Безэлектродная лампа - Electrodeless lamp

Индукционная лампа круглая

внутренний безэлектродная лампа или же индукционная лампа это газоразрядная лампа в котором электрическое или магнитное поле передает энергию, необходимую для генерации света снаружи оболочки лампы, газу внутри. В этом отличие от типичной газоразрядной лампы, в которой используются внутренние электроды подключается к источнику питания проводниками, проходящими через кожух лампы. Отсутствие внутренних электродов дает два преимущества:

  • Увеличенный срок службы лампы (внутренние электроды являются самым ограничивающим фактором срока службы лампы, поскольку содержащиеся в них металлические части будут попадать на концы лампы при каждом включении)[нужна цитата ]
  • Возможность использовать более эффективные светообразующие вещества, которые будут реагировать с внутренними металлическими электродами обычных люминесцентных ламп.[нужна цитата ]

Распространены две системы: плазменные лампы, в котором электростатическая индукция возбуждает лампочку, наполненную сера пар или галогениды металлов, и люминесцентные индукционные лампы, которые похожи на обычные флюоресцентная лампа лампа, которая индуцирует ток с помощью внешней катушки с проводом через электродинамическая индукция.

История

В 1882 г. Филип Диль (изобретатель) получил патент на разновидность индукционной лампы накаливания.[1]

Никола Тесла продемонстрировал беспроводную передачу энергии к безэлектродным лампам в своих лекциях и статьях в 1890-х годах и впоследствии запатентовал систему распределения света и энергии на этих принципах.[2]

Пример круглой магнитно-индукционной лампы мощностью 150 Вт

В 1967 и 1968 годах Джон Андерсон из General Electric[3][4] подана заявка на патенты на безэлектродные лампы. В 1971 г. УФ-системы Fusion установил 300-ватт безэлектродная микроволновая плазма УФ лампа на Coors может конвейер.[5] Philips представил свои QL системы индукционного освещения, работающие на частоте 2,65 МГц, в 1990 г. в Европе и в 1992 г. в США. Мацусита в 1992 году были доступны системы индукционного освещения. Intersource Technologies также анонсировала в 1992 году одну, названную Электронная лампа. Работая на частоте 13,6 МГц, он был доступен на рынке США в 1993 году.

В 1990 году Майкл Ури, Чарльз Вуд и его коллеги сформулировали концепцию серная лампа. При поддержке Министерство энергетики США, он был разработан в 1994 году компанией Fusion Lighting из Роквилла, штат Мэриленд, дочерней компанией подразделения Fusion UV корпорации Fusion Systems. Его истоки лежат в источниках света микроволнового разряда, используемых для отверждения ультрафиолетом в полупроводниковой и полиграфической промышленности.

С 1994 г. General Electric произвел индукционную лампу Genura со встроенным балласт, работающий на частоте 2,65 МГц. В 1996 г. Osram начали продавать свои Endura система индукционного освещения, работающая на частоте 250 кГц. Он доступен в США как Sylvania. Icetron. В 1997 году PQL Lighting представила в США Бренд Superior Life системы индукционного освещения. Большинство систем индукционного освещения рассчитаны на 100 000 часов использования, прежде чем потребуются абсолютные замены компонентов.

В 2005 году компания Amko Solara на Тайване представила индукционные лампы, которые могут регулировать яркость и использовать управление на основе IP (Интернет-протокола). Их лампы имеют диапазон от 12 до 400 Вт и работают на частоте 250 кГц.

С 1995 года бывшие дистрибьюторы Fusion, Jenton / Jenact, расширили тот факт, что возбужденная УФ-излучающая плазма действует как проводники с потерями, чтобы создать ряд патентов на безэлектродные УФ-лампы для стерилизации и бактерицидного использования.

Примерно в 2000 году была разработана система, в которой радиочастота волны в твердое тело диэлектрик волновод из керамики, которая возбуждала светоизлучающий плазма в лампочке, расположенной внутри. Эта система впервые позволила получить чрезвычайно яркую и компактную безэлектродную лампу. Изобретение было предметом споров. Заявлено Фредериком Эспио (затем Luxim, теперь Topanga Technologies), Чандрашекхар Джоши и Ян Чанг, эти претензии были оспорены Ceravision Ограничено.[6] Ряд основных патентов был передан Ceravision.[7][8]

В 2006 г. Luxim представила лампу для проекторов под торговой маркой LIFI. Компания еще больше расширила технологию, добавив источники света для инструментов, развлечений, улиц, территорий и архитектурное освещение приложений, среди прочего, в 2007 и 2008 годах.

В 2009 году Ceravision Limited представила первый Плазма с высокой эффективностью (HEP) лампа под торговой маркой Альвара. Эта лампа заменяет непрозрачный керамический волновод в более ранних лампах на оптически прозрачный кварцевый волновод, что увеличивает эффективность. В предыдущих лампах горелка или колба были очень эффективными, но непрозрачный керамический волновод сильно препятствовал проецированию света. Кварцевый волновод пропускает весь свет из плазмы.

В 2012, Топанга Технологии представила линейку передовых плазменных ламп (APL) с приводом от твердое состояние радиочастота (РФ) Водитель,[9] тем самым обходя ограниченную жизнь магнетрон драйверы на базе, с системной мощностью 127 и 230 Вт и системной эффективностью 96 и 87 просвет / ватт, с CRI около 70.

Несколько компаний лицензировали эту технологию, и она стала жизнеспособным энергосберегающим решением для модернизации и модернизации освещения до того, как светодиодное освещение стало жизнеспособным решением для повышения эффективности. Он широко использовался в строительстве проезжей части и высотных мачт по всему миру, заменив металлогалогенные системы высокого давления и натриевые системы высокого давления мощностью 400, 750 и 1000 Вт. Решение LEP (светоизлучающая плазма) было отличным, поскольку оно предлагало гораздо более высокую плотность просвета, чем его аналоги HID, примерно на 50% снижение мощности и могло достигать полной интенсивности примерно через 45-60 секунд после холодного или горячего удара, в отличие от это HID предшественники.

Плазменные лампы

Основная статья: Плазменная лампа

Плазменные лампы - это семейство источников света, которые генерируют свет, возбуждая плазма внутри закрытой прозрачной горелки или колбы с использованием радиочастота (RF) мощность. Обычно такие лампы используют благородный газ или смесь этих газов и дополнительных материалов, таких как галогениды металлов, натрий, Меркурий или же сера. А волновод используется для ограничения и фокусировки электрическое поле в плазму. В процессе работы газ ионизируется, а свободные электроны ускоряются за счет электрическое поле, сталкиваются с атомами газа и металла. Некоторые электроны, вращающиеся вокруг атомов газа и металлов, являются в восторге этими столкновениями, переводя их в более высокое энергетическое состояние. Когда электрон возвращается в исходное состояние, он излучает фотон, что приводит к появлению видимого света или ультрафиолетовый излучение в зависимости от заполняющих материалов.

Первая плазменная лампа была ультрафиолетовой. лечение лампа с колбой, заполненной парами аргона и ртути, разработанная Fusion UV. Эта лампа подтолкнула Fusion Systems к разработке серная лампа, который концентрирует микроволны через полое волновод бомбардировать колбу, наполненную аргоном и серой.

В прошлом магнетрон который генерирует микроволны, ограничивает надежность безэлектродных ламп. Твердотельная генерация RF работает и дает долгую жизнь. Однако использование твердотельных микросхем для генерации ВЧ в настоящее время примерно в пятьдесят раз дороже, чем использование магнетрон и поэтому подходит только для дорогих осветительных ниш. Диполярный [1] Швеции недавно показали, что можно значительно продлить жизнь магнетроны[требуется разъяснение ] до более 40 000 часов[10] создание недорогих плазменных ламп. Плазменные лампы в настоящее время производятся Ceravision и Luxim и в разработке Topanga Technologies.

Ceravision представила комбинированную лампу и светильник под торговой маркой Альвара для использования в многоэтажном и уличном освещении. В нем используется оптически прозрачный кварцевый волновод со встроенной горелкой, поэтому весь свет от плазмы проходит через него. Небольшой источник света также позволяет светильнику использовать более 90% доступного света по сравнению с 55% для обычных HID-светильников. Ceravision претендует на самый высокий рейтинг эффективности светильников (LER)[11] любого светильника на рынке и создать первый Плазма с высокой эффективностью (HEP) лампа. Ceravision использует магнетрон для выработки необходимой мощности РЧ и требует срока службы 20 000 часов.

Luxim Лампа LIFI требует 120 люмен на РЧ-ватт (т.е. без учета электрических потерь).[12] Лампа использовалась в Освещение халата с ROBIN 300 Plasma Spot движущаяся фара.[13] Он также использовался в линейке снятых с производства Panasonic телевизоры с обратной проекцией.[14]

Лампы магнитной индукции

Внешняя индукционная лампа с закрытым сердечником и двухвитковой первичной обмоткой
Система индукционного освещения Philips QL, где (A) Разгрузочная емкость, (В) Трубка с силовой муфтой и (C) Электронный балласт.

Помимо метода связь энергия в Меркурий пара, эти лампы очень похожи на обычные флюоресцентные лампы. Пары ртути в разрядном сосуде электрически возбуждаются для образования коротковолновой ультрафиолетовый свет, который затем возбуждает внутренний люминофор производить видимый свет. Хотя эти лампы все еще относительно неизвестны широкой публике, они доступны с 1990 года. В отличие от ламп накаливания или обычных люминесцентных ламп здесь нет электрическое подключение заходить внутрь стеклянной колбы; энергия передается через стеклянный конверт исключительно электромагнитная индукция. Существует два основных типа ламп с магнитной индукцией: лампы с внешним сердечником и лампы с внутренним сердечником. Первой коммерчески доступной и все еще широко используемой формой индукционной лампы является лампа с внутренним сердечником. Тип внешнего сердечника, который был коммерциализирован позже, имеет более широкий спектр применения и доступен в форм-факторах круглой, прямоугольной и «оливковой» формы.

Лампы с внешним сердечником - это в основном люминесцентные лампы с магнитными сердечниками, намотанными вокруг части газоразрядной трубки. Ядро обычно делается из феррит, керамический материал, содержащий оксид железа и другие металлы. В лампах с внешним сердечником высокочастотная энергия от специального источника питания, называемого электронным балластом, проходит по проводам, которые намотаны катушкой вокруг тороидальной лампы. ферритовый сердечник размещается вокруг внешней части стеклянной трубки. Это создает высокочастотное магнитное поле внутри ферритового сердечника. Поскольку магнитная проницаемость феррита в сотни или тысячи раз выше, чем у окружающего воздуха или стекла, а ферритовый сердечник обеспечивает замкнутый путь для магнитного поля, ферритовый сердечник содержит практически все магнитное поле.

Поперечное сечение лампы внутреннего индуктора

Следующий Закон индукции Фарадея, изменяющееся во времени магнитное поле в сердечнике генерирует изменяющееся во времени электрическое напряжение на любом замкнутом пути, который охватывает изменяющееся во времени магнитное поле. Газоразрядная трубка образует один такой замкнутый путь вокруг ферритового сердечника, и таким образом изменяющееся во времени магнитное поле в сердечнике генерирует изменяющееся во времени электрическое поле в разрядной трубке магнитное поле не должно проникать в разрядную трубку. Электрическое поле, создаваемое изменяющимся во времени магнитным полем, приводит в действие разряд ртуть-инертный газ точно так же, как разряд возбуждается электрическим полем в обычной люминесцентной лампе. Первичная обмотка на ферритовом сердечнике, сердечнике и разряде образуют трансформатор, с разрядом на одном витке вторичной обмотки этого трансформатора.

Газоразрядная трубка содержит инертный газ низкого давления, такой как аргон и Меркурий пар. Атомы ртути представлены каплей жидкой ртути или полутвердым амальгама ртути и других металлов, таких как висмут, вести, или же банка. Некоторая часть жидкой ртути или ртути в амальгаме испаряется, образуя пары ртути. Электрическое поле ионизирует некоторые атомы ртути с образованием свободных электронов, а затем ускоряет эти свободные электроны. Когда свободные электроны сталкиваются с атомами ртути, некоторые из этих атомов поглощают энергию электронов и «возбуждаются» на более высокие энергетические уровни. После короткой задержки возбужденные атомы ртути спонтанно релаксируют в свое исходное более низкое энергетическое состояние и излучают УФ-излучение. фотон с избытком энергии. Как в обычном флуоресцентная лампа УФ-фотон диффундирует через газ внутрь внешней колбы и поглощается люминофор покрывая эту поверхность, передавая свою энергию люминофору. Когда люминофор затем возвращается в исходное, более низкое энергетическое состояние, он излучает видимый свет. Таким образом, УФ-фотон преобразуется в видимый свет с помощью люминофор покрытие на внутренней стороне трубки. Стеклянные стенки лампы предотвращают испускание УФ-фотонов, поскольку обычное стекло блокирует УФ-излучение на длине волны 253,7 нм и более коротких длинах волн.

В форме внутреннего сердечника (см. Диаграмму) стеклянная трубка (B) выступает в сторону колб из дна разрядного сосуда (A), образуя входящую полость. Эта трубка содержит антенна называется силовой соединитель, который состоит из катушка намотанный на цилиндрический феррит основной. Катушка и феррит образуют индуктор, передающий энергию внутрь лампы.

Катушки антенны принимают электроэнергия из электронного балласт (C), который генерирует высокий частота. Точная частота зависит от конструкции лампы, но популярные примеры включают 13,6 МГц, 2,65 МГц и 250 кГц. Специальный резонансный цепь в балласте создает начальное высокое напряжение на катушке для запуска газового разряда; после этого напряжение снижается до нормального рабочего уровня.

В система можно рассматривать как тип трансформатор, с силовым ответвителем (индуктором), образующим первичную катушку, и сброс газа дуга в колбе, образующей однооборотную вторичную обмотку и нагрузка трансформатора. Балласт подключен к сети электроэнергии, и, как правило, предназначен для работы при напряжении от 100 до 277 В переменного тока при частоте 50 или 60 Гц или при напряжении от 100 до 400 В постоянного тока для аккумулятор кормили аварийное освещение системы. Многие балласты доступны в моделях с низким напряжением, поэтому их также можно подключать к Источники постоянного напряжения подобно батареи для аварийного освещения или для использования с возобновляемыми источниками энергии (солнечный и ветер ) системы с питанием.

В других обычных газоразрядных лампах электроды являются частью с самым коротким сроком службы, что резко ограничивает срок службы лампы. Поскольку индукционная лампа не имеет электродов, срок ее службы может быть больше. Для систем индукционных ламп с отдельным балластом срок службы может достигать 100 000 часов, что составляет 11,4 года непрерывной работы. Срок службы индукционных ламп со встроенным балластом составляет от 15 000 до 50 000 часов. Чрезвычайно качественный электронные схемы необходимы для того, чтобы балласт достиг такого длительного срок службы. Такие лампы обычно используются в коммерческих или промышленных целях. Как правило, эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание систем индукционного освещения значительно ниже из-за их среднего промышленного жизненного цикла 100 000 часов и гарантии от пяти до десяти лет.

Преимущества

Лондонская башня с часами, содержащая Большой Бен. Циферблат освещен безэлектродными лампами.
  • Длительный срок службы из-за отсутствия электродов - строго говоря, почти неограниченный для лампы, но от 25 000 до 100 000 часов, в зависимости от модели лампы и качества используемой электроники, что сопоставимо с низкокачественными светодиодами 1970-х годов;
  • Высокая эффективность преобразования энергии от 62 до 90 люмен / ватт (лампы большей мощности более энергоэффективны);
  • Высоко фактор силы из-за низких потерь высокочастотных электронных балластов, которые обычно имеют КПД от 95% до 98%;
  • Минимальное снижение светового потока (снижение светоотдачи с возрастом) по сравнению с другими типами ламп, поскольку нет испарения и истощения нити накала;
  • «Мгновенное включение» и повторное включение горячего зажигания, в отличие от большинства HID ламп, используемых в коммерческих и промышленных осветительных приборах, таких как ртутная лампа, натриевая лампа и металлогалогенная лампа;
  • Экологичность, так как индукционные лампы потребляют меньше энергии и меньше ртути в час работы, чем большинство обычных осветительных приборов, из-за их длительного срока службы. Ртуть находится в твердой форме, которая легко восстанавливается, если лампа сломана или переработана по окончании срока службы.[нужна цитата ]

Недостатки

  • Некоторые лампы с внутренним индуктором, в которых используются высокочастотные балласты, могут производить радиопомехи (RFI), которые могут мешать радиосвязи. В более новых лампах с внешним индуктором используются низкочастотные балласты, которые обычно имеют FCC или другой сертификат, предполагающий соблюдение правил RFI.
  • Некоторые типы индукционных ламп содержат ртуть, которая очень токсична при попадании в окружающую среду.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Патент США 255,497 , Электрическая лампа накаливания, 28 марта 1882 г.
  2. ^ «Эксперименты с переменными токами очень высокой частоты и их применение в методах искусственного освещения», AIEE, Колумбийский колледж, Нью-Йорк, 20 мая 1891 г.
  3. ^ Безэлектродные газоэлементы с ферритовыми сердечниками
  4. ^ Узел высокочастотной безэлектродной люминесцентной лампы
  5. ^ История Heraeus Noblelight Fusion UV и ее лидерство в отрасли оборудования и продуктов для УФ-отверждения В архиве 2012-09-05 в Wayback Machine
  6. ^ Ceravision усиливает судебный иск против Luxim, чтобы восстановить IP
  7. ^ Плазменная лампа с СВЧ-питанием и твердым диэлектрическим волноводом
  8. ^ Плазменная лампа с диэлектрическим волноводом
  9. ^ Topanga :: Главная
  10. ^ Ceravision и Dipolar создают глобальный альянс, чтобы внедрить сверхэффективные технологии освещения в ... - МИЛТОН КЕЙНС, Англия, 19 мая / PRNewswire /
  11. ^ Методика определения эффективности светильников для промышленных светильников с высокоинтенсивным разрядом (HID) В архиве 1 мая 2009 г. Wayback Machine
  12. ^ «Luxim запускает твердотельные плазменные источники света серии LIFI STA-40». Журнал светодиодов. 2008-11-13. Получено 2019-10-30.
  13. ^ "Robe запускает плазменное пятно ROBIN 300". Освещение халата. 2009-04-27.[мертвая ссылка ]
  14. ^ «Дар LIFI: проекционные телевизоры Panasonic не перегорают». cnet. 2007-01-09.

внешняя ссылка