Схема включения лампы ДРЛ в сеть приведена на рисунке

9.8, б. При включении лампы EL в сеть между близко расположенными основными и вспомогательными электродами возникает разряд, который ионизирует газ в горелке и обеспечивает зажигание разряда между основными электродами. После зажигания лампы разряд между основными и вспомогательными электродами прекращается. Балластное устройство в виде дросселя LL ограничивает ток лампы и стабилизирует его при отклонениях напряжения сети в допустимых пределах. Резисторы R1 и ^ограничивают силу тока при зажигании лампы.

В момент зажигания ток лампы в 2...2,6 раза превышает номинальный, но по мере разогрева горелки он постоянно уменьшается, напряжение на лампе возрастает от 65 до 130 В, мощность лампы и ее поток излучения возрастают. Разгорание лампы длится

5... 10 мин. В рабочем режиме температура внешней колбы превышает 200 °С. Повторное зажигание лампы ДРЛ осуществляют через 10...15 мин после ее погасания и остывания.

Излучение лампы, кроме отдельных спектральных линий, характерных для газового разряда в парах ртути при высоком давлении, содержит красную составляющую в виде сплошного спектра в диапазоне 580...720 нм, обусловленную свечением люминофора при облучении его ультрафиолетовым излучением кварцевой горелки лампы. Излучение люминофора составляет 8... 10 % общего потока лампы и в некоторой степени улучшает спектральный состав излучения.

Лампы ДРЛ выпускают мощностью от 80 до 2000 Вт. Средний срок службы ламп более 10000 ч. Световая отдача 40...55 лм/Вт, что более чем в 2 раза выше световой отдачи ламп накаливания такой же мощности и ниже, чем у люминесцентных ламп. Значительные единичные мощности лампы ДРЛ при сравнительно небольших размерах позволяют получать от одного источника во много раз больший поток излучения, чем от люминесцентных ламп. К концу срока службы значение светового потока ламп ДРЛ уменьшается до 70 % от начального.

Условия окружающей среды не оказывают существенного влияния на надежность зажигания и светотехнические характеристики лампы. Это объясняется тем, что горелка лампы находится в газонаполненном пространстве и все время имеет высокую температуру. Лампы ДРЛ успешно работают при температурах окружающего воздуха от —40 до +80 °С, что выгодно отличает их от других люминесцентных ламп.

Лампы ДРВЛ (дуговые ртутно-вольфрамовые люминесцентные) — разновидность ламп ДРЛ. Внешне они не отличаются от ламп ДРЛ, но внутри колбы встроено балластное устройство в виде вольфрамовой спирали, включенной последовательно с газоразрядным промежутком. Вольфрамовая спираль, ограничивая ток дугового разряда, дополняет излучение люминофора излучением красной части спектра. Лампы ДРВЛ включают в сеть непосредственно. Они имеют более благоприятный для правильной цветопередачи состав излучения, не требуют для работы металлоемкого и дорогостоящего балластного устройства, но обладают в 1,8...2 раза более низкой световой отдачей.

Фитолампы — другая разновидность ламп ДРЛ. Конструктивно они сходны с лампами ДРЛ соответствующей мощности. Их отличие состоит в том, что люминофор, нанесенный на внутреннюю поверхность колбы лампы, и под слоем люминофора отражающее покрытие из напыленного алюминия обеспечивают требуемое распределение потока излучения ламп в пространстве. Эти лампы широко используют с облучателями ОТ 400 в тепличном овощеводстве.

Растениеводческие лампы ДРВ750 имеют встроенный балласт в виде вольфрамовой спирали, размещенной внутри колбы. Использование ламп со встроенным балластом позволяет сократить капитальные затраты на облучательную установку в

5...6 раз. Эффективность таких ламп ниже в 1,5...2 раза по сравнению с лампами, работающими совместно со стандартным индуктивным балластом.

Рис.9.9. Устройство лампы ДРФ1000

Устройство фитолампы ДРФ1000 показано на рисунке 9.9. Колба 3 выполнена из термостойкого стекла, устойчивого против растрескивания при попадании на него капель воды. На внутреннюю поверхность колбы нанесен диффузно направленный отражающий слой из алюминия и его окислов. Кварцевая горелка 1 заполнена аргоном и парами ртути с добавками йодидов лития и индия. Основные электроды 2, 5 выполнены из вольфрама, активированного окислами тория. Зажигающий электрод включен через ограничительный резистор 4 с сопротивлением 10... 15 кОм. Работает лампа так же, как лампа ДРЛ.

Введение в полость горелки йодидов металлов позволило получить фитопоток, равный 90 фт, при фитоотдаче 90 мфт/Вт. Лампа ДРФ включается в сеть при помощи балластного устройства ДБ 1000-2/220.

Дуговые металлогалогенные лампы высокого давления (ДРИ) устроены следующим образом (рис. 9.10, а). Лампа имеет стеклянную термостойкую колбу 3, внутри которой создан вакуум, обеспечивающий необходимый температурный режим и препятствующий электрическому пробою между токоведущими частями лампы. Внутри колбы расположена кварцевая горелка 1 с электродами 2. Полость горелки заполнена аргоном и строго дозированными компонентами ртути, йодидов редкоземельных металлов (гольмия, тулия, таллия), а также натрия и цезия.

Схема включения лампы ДРИ показана на рисунке 9.10, б. Она содержит трансформатор Т2, вторичная обмотка которого выполняет роль балластного сопротивления, стабилизирующего разряд между электродами. Первичная обмотка трансформатора Т2 — часть зажигающего устройства, содержащего, кроме того, трансформатор 77, конденсатор С и разрядник FV.

Напряжение сети, приложенное к электродам лампы EL, недостаточно для возникновения разряда между ними. При включении кнопкой SB трансформатора Т1 конденсатор С за часть полупери- ода тока сети заряжается от вторичной II обмотки Т1 до напряжения пробоя разрядника. В момент пробоя по первичной /обмотке Т2 протекает импульс тока разряда конденсатора, а во вторичной

II обмотке Т2 возникает импульс напряжения с амплитудой от 2 до 3 кВ, обеспечивающий зажигание разряда в горелке лампы. В следующий полупериод тока процесс повторяется.

Лампа разогревается через 2...4 мин после включения. Повторное зажигание лампы ДРИ возможно после ее погасания через

5...10 мин.

Каждый из компонентов наполнения горелки лампы дополняет линейчатый спектр ртутного разряда своим излучением. Иодид натрия дополняет излучение в желтой части, таллия — в зеленой, индия — в голубой. Совокупность излучений всех компонентов создает впечатление непрерывного спектра, а определенный состав смеси позволяет получить цветность излучения лампы, близкую к естественному свету.

Рис. 9.10. Лампа ДРИ: а — устройство; б — схема включения

Световой поток ламп ДРИ по сравнению с лампами ДРЛ такой же мощности больше в 1,5... 1,6 раза, а спектральный состав излучения обеспечивает правильную цветопередачу. Световая отдача ламп ДРИ достигает 95 лм/Вт, что ставит их в ряд наиболее эффективных источников света. Срок службы ламп ДРИ не менее 1000 ч, а у отдельных типов, например ДРИЗ (зеркальных), достигает 7500 ч. Условия окружающей среды не оказывают существенного влияния на светотехнические характеристики ламп, поэтому их широко применяют в сельскохозяйственном производстве.

В процессе эксплуатации световой поток ламп ДРИ уменьшается в 1,3...1,5 раза быстрее по сравнению с лампами ДРЛ. При отклонениях напряжения в сети в пределах ±10% световой поток изменяется в 3 раза и мощность в 2,2 раза от номинальных значений.

Использование в газоразрядных лампах ртути требует особого внимания к их утилизации, так как вылившаяся из разбитой лампы ртуть и особенно ее пары несут серьезную опасность для организма человека, животных и растений, вызывая их отравление.

Натриевая лампа высокого давления (ДНаТ) (рис. 9.11, а) устроена следующим образом. Колба лампы выполнена из термостойкого стекла 3. Внутри колбы расположена горелка 1, выполненная из по- ликристаллической окиси алюминия (керамики), хорошо пропускающей световое излучение и устойчивой к длительному воздействию насыщенных паров натрия. Кроме паров натрия, горелка заполнена ксеноном и парами ртути. На торцы горелки напаяны металлические колпачки с вольфрамовыми активированными электродами 2. Для теплоизоляции горелки из колбы лампы откачан воздух.

Рис. 9.11. Лампа ДНаТ:

а — устройство; б— схема включения

Для работы лампы EL необходимы: балластное устройство в виде дросселя LL, ограничивающего и стабилизирующего ток разряда, и зажигающее устройство ЗУ (рис. 9.11, б), представляющее собой генератор импульсов с частотой 500 Гц, образующихся в результате периодического разряда конденсатора на первичную обмотку импульсного трансформатора. При этом во вторичной обмотке трансформатора, включенной параллельно лампе, индуцируются импульсы напряжения с амплитудой около 4,5 кВ, обеспечивающие зажигание разряда в горелке.

Продолжительность разгорания лампы ДНаТ — 10... 15 мин, повторное зажигание после погасания лампы происходит через

И др.).

Натриевые лампы не подвержены воздействию окружающей среды, надежно зажигаются и работают в интервале температур от —60 до +40 °С. Их характеристики мало меняются от положения в пространстве. Эти лампы выпускают в двух исполнениях: для работы цоколем вверх и цоколем вниз.

1...2 мин. Излучение паров натрия имеет световую отдачу до 150 у лампы NAV E600SUPER лм/Вт, но 70 % его сосредоточено в диапазоне длин волн 560...610 нм. Желто-оранжевое излучение лампы обеспечивает хорошее различие положения и формы объектов, но цветопередача может быть оценена как удовлетворительная. Поэтому натриевые лампы применяют в тех случаях, когда к осветительной установке не предъявляют особых требований даже при удовлетворительной цветопередаче (освещение больших пространств, улиц, автострад, стоянок техники, складских площадок

Рис. 9.12. Устройство ксеноновой лампы:

1— внешняя стеклянная трубка; 2— разрядная кварцевая трубка; 3 — электрод; 4 — патрубок для охлаждающей воды

На светотехнические характеристики натриевых ламп сильно влияют отклонения напряжения сети от номинального значения. Так, отклонения напряжения сети в пределах от +10 до -10 % вызывают отклонения светового потока лампы на 13... 15 %, мощности лампы — на 8...20 %.

Работа натриевых ламп на переменном токе сопровождается заметной пульсацией светового потока с двойной частотой.

Ксеноновые лампы (рис. 9.12) выпускают с воздушным и водяным охлаждением. Лампа с естественным воздушным охлаждением типа ДКсТ представляет собой кварцевую трубку определенных размеров, зависящих от мощности лампы, на торцах которой смонтированы электроды. Они изготовлены из торированного вольфрама. Электрические вводы выполняют либо в виде контактных штырей, либо в виде гибких многопроволочных медных жгутов, оснащенных наконечниками для подключения лампы к сети при помощи болтовых соединений.

Ксеноновые лампы не требуют балластного сопротивления, но для их зажигания необходимо зажигающее устройство. После зажигания лампы пусковое устройство может быть отключено и использовано для зажигания другой лампы.

Излучение ксеноновых ламп в видимой части спектра весьма близко к естественному солнечному, однако в спектре их излучения имеется избыток инфракрасного и ультрафиолетового излучений, что требует коррекции спектральной плотности излучения в этих областях при выращивании растений и освещения обширных пространств.

Дуговые ксеноновые лампы обладают наибольшими из всех источников света единичной мощностью и световым потоком. Срок службы их ограничен, но при стабилизации питания ламп средний срок службы может достигать нескольких тысяч часов. Световая отдача этих ламп находится в диапазоне 20...45 лм/Вт.

 

ЛАЗЕРЫ

В традиционно используемых источниках света (солнце, электрические лампы накаливания и газоразрядные) спонтанное излучение атомов происходит беспорядочно и неодновременно, с различными частотами, непостоянством разности фаз и направлением распространения в пространстве. Один из существенных недостатков подобных источников — невозможность фокусировки энергии излучения в малом объеме, размеры которого были бы меньше самого источника света; невозможность получения высоких значений яркости излучения.

В отличие от спонтанного хаотического излучения традиционных источников возможен принципиально иной механизм излучения фотонов возбужденными атомами, основанный на вынужденном, или индуцированном, излучении — процессе, определяющем принцип работы лазера.

Лазеры характеризуются когерентным излучением атомов, создающих узконаправленный пучок монохроматического света, яркость которого превосходит яркость свечения люминесцентной лампы в миллионы раз. Излучение современных мощных лазеров сравнимо по плотности энергии и даже превышает плотность энергии ядерного взрыва. Уровень выходной мощности у лазеров достигает 10¹³ Вт в импульсном режиме и 10⁵ Вт в непрерывном режиме.

На рисунке 9.13 приведена схема устройства газового лазера, работающего на смеси гелия и неона. Разрядная трубка /является активным элементом, внутри которой создается тлеющий электрический разряд при подключении электродов 2 и 3 (катода и анода) к источнику высокого напряжения. На концах трубки имеется плоское (полупрозрачное) зеркало 4 и сферическое зеркало 8, полностью отражающее лазерное излучение. Зеркала образуют оптический резонатор. Торцы активного элемента отшлифованы под определенным углом (Брюстера) и закрыты окнами 6, что необходимо для создания поляризованного излучения лазера.

Рис. 9.13. Схема устройства лазера

Оптический резонатор с активным элементом укреплены в защитном корпусе /, имеющем выходное отверстие 5 со стороны плоского зеркала.

Тлеющий разряд возбуждает атомы гелия и переводит их на ме- тастабильный уровень. Возбужденные атомы гелия, сталкиваясь с атомами неона, сообщают им энергию, переводя их также в возбужденное состояние.

С этих высоких энергетических уровней атомы неона переходят на промежуточный уровень. Переходы атомов с высших энергетических уровней на низший сопровождаются индуцированным когерентным излучением. В газовом лазере имеет место многократное отражение осевого луча в зеркальном резонаторе, что приводит к формированию мощного потока излучения. Вместе с фотонами, летящими под углом к оси трубки, некогерентное излучение выходит через ее боковую поверхность и наблюдается в виде розового свечения, равномерно распределенного по всему объему трубки.