Введение

Тип лампы

Металлогалогенная лампа — электрическая лампа, производящая свет посредством электрической дуги, проходящей через газовую смесь паров ртути и галогенидов металлов (соединений металлов с бромом или йодом). Это тип газоразрядной лампы высокой интенсивности (HID). Металлогалогенные лампы, являясь одним из наиболее эффективных источников белого света с высоким индексом цветопередачи (CRI), к 2005 году были самым быстрорастущим сегментом в индустрии освещения. Однако светодиоды практически полностью вытеснили металлогалогенные лампы во всех областях применения, и лишь немногочисленные энтузиасты продолжают их использовать.

Операция

Как и другие газоразрядные лампы, такие как очень похожие ртутные лампы, металлогалогенные лампы производят свет путем ионизации смеси газов в электрической дуге. В металлогалогенной лампе компактная дуговая трубка содержит смесь аргона или ксенона, ртути и различных галогенидов металлов, таких как йодид натрия и йодид скандия. Конкретная смесь галогенидов металлов влияет на коррелированную цветовую температуру и интенсивность (например, делая свет более синим или красным). При запуске аргонный газ в лампе ионизируется первым, что помогает поддерживать дугу между двумя электродами при приложенном пусковом напряжении. Тепло, генерируемое дугой и электродами, затем ионизирует ртуть и галогениды металлов в плазму, которая производит все более яркий белый свет по мере повышения температуры и давления до рабочих условий. Дуговая трубка работает при давлении от 5 до 50 атм или более (70–700 psi или 500–5000 кПа) и температуре от 1000 до 3000 °C. Как и все другие газоразрядные лампы, металлогалогенные лампы имеют отрицательное сопротивление (за редким исключением самобалластных ламп с нитью накаливания), и поэтому требуют балласта для обеспечения надлежащего запуска и рабочего напряжения, а также регулирования потока тока через лампу. Около 24% энергии, потребляемой металлогалогенными лампами, преобразуется в свет (с эффективностью 65–115 лм/Вт).

Пульсовые металлогалогенные лампы не содержат стартового электрода для зажигания дуги и требуют зажигателя для генерации импульса высокого напряжения (1–5 кВ при холодном пуске, более 30 кВ при горячем повторном пуске). Электронные балласты включают в себя схему зажигания в одном корпусе. Стандарты системы балластов ламп Американского национального института стандартов (ANSI) устанавливают параметры для всех компонентов металлогалогенных ламп (за исключением некоторых новых продуктов).

Цветовая температура

Из-за более белого и естественного света, металлические галогенные лампы изначально предпочитались синеватым ртутным лампам. С появлением специализированных смесей металлогалогенидов, металлические галогенные лампы теперь доступны с коррелированной цветовой температурой от 3000 К до более чем 20000 К. Цветовая температура может незначительно варьироваться от лампы к лампе, и этот эффект заметен в местах, где используется большое количество ламп. Поскольку цветовые характеристики лампы имеют тенденцию изменяться в течение срока службы, цвет измеряется после 100 часов работы лампы (после прогрева) в соответствии со стандартами ANSI. Импульсные металлогалогенные лампы обеспечивают улучшенную цветопередачу и более стабильное отклонение цветовой температуры (±100–200 Кельвинов) благодаря улучшенной форме дуговой трубки по сравнению с лампами с предварительным подогревом, которым не требуется стартовый электрод и которые допускают более высокое давление и температуру галогенидов. На цветовую температуру металлогалогенной лампы также могут влиять электрические характеристики питающей системы и производственные отклонения самой лампы. Если металлогалогенная лампа работает с недостаточной мощностью, из-за более низкой рабочей температуры её световой поток будет синеватым из-за испарения только ртути. Это явление можно наблюдать во время прогрева, когда дуговая трубка ещё не достигла полной рабочей температуры, а галогениды не полностью испарились. Это также особенно заметно при использовании диммируемых балластов. Обратное верно для лампы, работающей с избыточной мощностью, но такое состояние может быть опасным и привести к взрыву дуговой трубки из-за перегрева и избыточного давления.

Запуск и разогрев

Холодная металлогалогенная лампа не может сразу начать выдавать полную световую мощность, поскольку температура и давление во внутренней дуговой камере требуют времени для достижения рабочего уровня. Запуск начальной аргоновой дуги (или ксеноновой в автомобильных лампах) иногда занимает несколько секунд, а время прогрева может составлять до пяти минут (в зависимости от типа лампы). В течение этого времени лампа демонстрирует различные цвета по мере испарения различных металлогалогенидов в дуговой камере. При отключении питания дуга гаснет, а высокое давление в горячей дуговой трубке препятствует повторному зажиганию дуги; при использовании обычного пускорегулирующего устройства потребуется период охлаждения 5–10 минут, прежде чем лампу можно будет перезапустить, но при использовании специальных пускорегулирующих устройств и специально разработанных ламп дуга может быть восстановлена немедленно. В светильниках без функции мгновенного повторного зажигания кратковременное отключение электроэнергии может привести к отсутствию света в течение нескольких минут. В целях безопасности некоторые металлогалогенные светильники оснащены резервной вольфрамогалогенной лампой накаливания, которая работает во время охлаждения и повторного зажигания. Как только металлогалогенная лампа восстановит дугу и прогреется, резервная лампа накаливания отключается. Теплая лампа также, как правило, требует больше времени для достижения полной яркости, чем лампа, запускаемая полностью холодной. Большинство подвесных потолочных светильников обычно охлаждаются пассивно, с использованием комбинированного пускорегулирующего аппарата и светильника.

Поведение в конце жизни

Металлогалоидные лампы обычно теряют светоотдачу или меняют цвет из-за потери галогенидов и почернения дуговой трубки. Они выходят из строя в конце срока службы, подобно ртутным лампам. В редких случаях они могут циклически включаться и выключаться. Некоторые могут демонстрировать значительное изменение цвета, а в редких случаях – взрываться.

Риск взрыва лампы

Все металлические галоидные дуговые трубки со временем теряют прочность из-за химического воздействия, тепловых напряжений и механических вибраций. По мере старения лампы дуговая трубка обесцвечивается (часто приобретая темно-серый оттенок), поглощая свет и нагреваясь. Трубка продолжает ослабевать, пока в конечном итоге не разрушится, что приведет к ее поломке. Преждевременный выход из строя дуговой трубки может быть вызван производственными дефектами. Производители могут проводить "обкатку" новых ламп для выявления таких дефектов перед продажей. Поскольку металлогалогенная лампа содержит газы под значительным давлением (до 3,4 атмосфер), разрушение дуговой трубки неизбежно происходит с большой силой. Обломки дуговой трубки могут разбить внешнюю колбу, а горячие осколки стекла могут упасть на людей или предметы внизу. Горячие осколки могут представлять пожарную опасность. Светильники сконструированы таким образом, чтобы удерживать горячие осколки с помощью прочного стеклянного покрытия, либо предназначены для ламп с кварцевой трубкой, окружающей дуговую трубку, для предотвращения ее разрушения. Разрушения дуговой трубки можно избежать, заменив лампу при чрезмерном потемнении дуговой трубки, ее вздутии, резком изменении цвета света или цикличном включении и выключении лампы.