1、 （ 此 图 只 限 才 考 ）工 作 原 理当 灯 泡 启 动 后 ， 电 弧 管 两 端 电 极 之 间 产 生 电 弧 ， 由 于 电 弧 的高 温 作 用 使 管 内 的 液 钠 汞 气 受 热 蒸 发 成 为 汞 蒸 气 和 钠 蒸 气 ， 阴 极发 射 的 电 子 在 向 阳 极 运 动 过 程 中 ， 撞 击 放 电 物 质 的 原 子 ， 使 其 获得 能 量 产 生 电 离 或 激 发 ， 然 后 由 激 发 态 回 复 到 基 态 ； 或 由 电 离 态变 为 激 发 态 ， 再 回 到 基 态 无 限 循 环 ， 此 时 ， 多 余 的 能 量 以 光 辐 射的 形 式
2、释 放 ， 便 产 生 了 光 。 高 压 钠 灯 中 放 电 物 质 蒸 气 压 很 高 ， 也即 钠 原 子 密 度 高 ， 电 子 与 钠 原 子 之 间 碰 撞 次 数 频 繁 ， 使 共 振 辐 射谱 线 加 宽 ， 出 现 其 它 可 见 光 谱 的 辐 射 ， 因 此 高 压 钠 灯 的 光 色 优 于低 压 钠 灯 。 高 压 钠 灯 是 一 种 高 强 度 气 体 放 电 灯 泡 。 由 于 气 体 放电 灯 泡 的 负 阻 特 性 ， 如 果 把 灯 泡 单 独 接 到 电 网 中 去 ， 其 工 作 状 态是 不 稳 定 的 ， 随 着 放 电 过 程 继 续 ， 它 必
3、 将 导 致 电 路 中 电 流 无 限 上升 ， 最 后 直 至 灯 管 或 电 路 中 的 零 部 件 被 过 流 烧 毁 。 伏 安 特 性 高 压 钠 灯 同 其 他 气 体 放 电 灯 泡 一 样 ， 工 作 是 弧 光 放 电 状 态 ，伏 安 特 性 曲 线 为 负 斜 率 ， 即 灯 泡 电 流 上 升 ， 而 灯 泡 电 压 却 下 降 。在 恒 定 电 源 条 件 下 ， 为 了 保 证 灯 泡 稳 定 地 工 作 ， 电 路 中 必 须 串 联一 具 有 正 阻 特 性 的 电 路 元 件 来 平 衡 这 种 负 阻 特 性 ， 稳 定 工 作 电 流 ，该 元 件 称
4、为 镇 流 器 或 限 流 器 。 电 阻 器 、 电 容 器 、 电 感 应 器 等 均 有限 流 作 用 。 电 阻 性 镇 流 器 体 积 小 ， 价 格 便 宜 ， 与 高 压 钠 灯 配 套 使用 会 发 生 启 动 困 难 ， 工 作 时 电 阻 产 生 很 高 的 热 量 ， 需 有 较 大 的 散热 空 间 、 消 耗 功 率 很 大 ， 将 会 使 电 路 总 照 明 效 率 下 降 。 它 一 般 在直 流 电 路 中 使 用 ， 在 交 流 电 路 中 使 用 灯 光 有 明 显 所 闪 烁 现 象 。 电 容 性 镇 流 器 虽 然 不 象 电 阻 性 镇 流 器 自
5、身 消 耗 功 率 很 大 ， 温 升 低 ，在 电 源 频 率 较 低 时 ， 电 容 器 充 电 时 ， 会 产 生 脉 冲 峰 值 电 流 ， 对 电极 造 成 极 大 损 害 ， 灯 光 闪 烁 ， 影 响 灯 泡 使 用 寿 命 ； 在 高 频 电 路 中工 作 ， 电 压 波 动 能 达 到 理 想 状 态 ， 成 为 理 想 的 镇 流 器 。 电 感 性镇 流 器 损 耗 小 ， 阻 抗 稳 定 ， 阻 抗 均 速 性 偏 差 小 ， 使 用 寿 命 长 ， 灯泡 的 稳 定 度 比 电 阻 性 镇 流 器 好 ， 目 前 与 高 压 钠 灯 配 套 使 用 的 镇 流器 均
6、为 电 感 性 镇 流 器 。 其 缺 点 较 笨 重 及 价 格 偏 高 。 另 外 ， 电 子镇 流 器 已 经 开 始 出 现 ， 目 前 其 价 格 昂 贵 ， 可 靠 性 还 不 能 与 高 压 钠灯 相 匹 配 ， 除 特 殊 场 合 使 用 外 ， 一 般 情 况 下 很 少 被 采 用 。 所 以 ，高 压 钠 灯 必 须 串 联 与 灯 泡 规 格 相 应 的 镇 流 器 后 方 可 使 用 。 高 压 钠灯 的 点 灯 电 路 是 一 个 非 线 性 电 路 ， 功 率 因 数 较 低 ， 因 此 在 网 路 上考 虑 接 补 偿 电 容 ， 以 提 高 网 路 的 功 率
7、 因 数 。 结 构 和 材 料电 弧 管电 弧 管 是 高 压 钠 灯 的 关 键 部 件 。 电 弧 管 工 作 时 ， 高 温 高 压 的钠 蒸 气 腐 蚀 性 极 强 ， 一 般 的 抗 钠 玻 璃 和 石 英 玻 璃 均 不 能 胜 任 ； 而采 用 半 透 明 多 晶 氧 化 铝 和 陶 瓷 管 做 电 弧 管 管 体 较 为 理 想 。 它 不 仅具 有 良 好 的 耐 高 温 和 抗 菌 素 钠 蒸 气 腐 蚀 性 能 ， 还 有 良 好 的 可 见 光穿 越 能 力 。 另 外 ， 单 晶 氧 化 铝 陶 瓷 管 在 耐 高 温 、 抗 钠 蒸 气 腐 蚀 和透 光 率 等
8、性 能 均 优 于 多 晶 扪 化 铝 陶 瓷 管 ； 因 其 价 格 昂 贵 ， 所 以 目前 很 少 被 采 用 。 电 弧 管 是 把 电 极 、 多 晶 氧 化 铝 陶 瓷 管 、 帽 、 焊 料环 装 配 在 一 起 ， 加 入 钠 汞 齐 进 入 封 接 炉 封 接 ； 同 时 充 入 少 量 氙 气 ，以 改 善 灯 泡 的 启 动 特 性 。 电 极 是 用 高 纯 钨 丝 绕 成 螺 旋 状 ， 在 螺 旋孔 中 插 入 芯 杆 ， 浸 渍 电 子 粉 ， 然 后 将 电 极 芯 杆 一 端 和 铌 管 封 闭 端焊 接 成 一 体 。 多 晶 氧 化 铝 陶 瓷 管 （ 帽
9、 ） 是 选 用 多 晶 氧 化 铝 陶 瓷 粉经 混 粉 、 喷 雾 干 燥 、 等 静 压 成 形 、 素 烧 、 高 温 烧 结 和 切 割 等 工 序制 成 。 高 压 钠 灯 的 光 、 电 参 数 与 电 弧 管 的 内 径 和 弧 长 （ 两 电 极 之间 距 离 ） 有 着 密 切 联 系 。 灯 芯灯 芯 是 采 用 金 属 支 架 将 电 弧 管 、 消 气 剂 环 等 固 定 在 芯 柱 上 ，电 弧 管 两 端 电 极 分 别 与 芯 柱 上 两 根 内 导 丝 相 连 接 。 芯 柱 由 导 丝 、排 气 管 和 喇 叭 经 高 温 火 焰 熔 融 成 一 体 。 金
10、 属 导 丝 与 玻 璃 封 接 部 分的 膨 胀 系 数 应 与 匹 配 ， 可 避 免 因 二 种 封 接 材 料 的 膨 胀 系 数 不 相 同 ，造 成 封 接 处 玻 璃 产 生 应 力 而 爆 裂 或 灯 泡 慢 性 漏 气 。 玻 壳玻 壳 是 选 用 高 温 的 硬 料 玻 璃 制 造 。 玻 壳 与 灯 芯 的 喇 叭 口 经 高温 火 焰 熔 融 封 口 ， 然 后 抽 真 空 或 充 入 惰 性 气 体 后 ， 再 装 上 灯 头 整个 灯 泡 基 本 成 型 。 由 于 电 弧 管 在 高 温 状 态 下 工 作 ， 其 外 裸 的 金 属极 易 氧 化 、 变 脆 ，
11、 就 必 须 将 电 弧 管 置 于 真 空 或 惰 性 气 体 的 外 壳 内 。这 样 还 可 减 少 电 弧 管 热 量 损 失 ， 提 高 冷 端 温 度 ， 提 高 发 光 效 率 。 灯 头灯 头 的 作 用 是 方 便 灯 泡 与 灯 座 、 电 路 相 连 接 。 长 寿 命 灯 泡 要求 灯 头 与 玻 壳 连 接 应 牢 固 ， 不 能 有 松 动 和 脱 落 现 象 。 所 以 ， 目 前一 般 采 用 螺 纹 机 械 紧 固 技 术 ， 可 防 止 焊 泥 自 然 老 化 而 脱 落 。 制 造灯 头 的 材 料 一 般 采 用 黄 铜 带 ， 它 可 与 灯 座 保
12、持 较 小 的 接 触 电 阻 ，减 轻 金 属 表 面 氧 化 层 。 如 灯 泡 在 特 殊 环 境 中 使 用 ， 还 可 以 在 黄 铜灯 头 表 面 涂 覆 铬 层 或 镍 层 。 其 规 格 型 号 有 ： E27 、 E40 二 种 。 消 气 剂玻 壳 内 经 抽 真 空 后 ， 其 真 空 度 仅 为 6.6X10 -2 Pa ， 仍 可 使金 属 零 件 氧 化 ， 影 响 灯 泡 稳 定 地 工 作 ； 所 以 在 玻 壳 内 放 置 适 量 消气 剂 ， 可 将 灯 泡 内 真 空 度 提 高 到 1.4X10 -4 Pa 高 真 空 状 态 。 目前 ， 高 压 钠
13、灯 一 般 采 用 钡 消 气 剂 ， 它 是 把 钡 钛 合 金 置 于 金 属 环 内 ，再 将 其 固 定 在 消 气 剂 蒸 散 后 不 影 响 光 输 出 的 位 置 。 灯 泡 经 抽 真 空工 序 后 ， 采 用 高 频 感 应 加 热 金 属 环 ， 使 环 内 钡 钛 合 金 受 热 后 蒸 散 ，在 蒸 散 过 程 中 吸 收 残 余 有 害 气 体 ， 同 时 在 玻 壳 颈 部 形 成 一 层 黑色 镜 面 。 必 须 指 出 ， 消 气 剂 放 置 位 置 非 常 重 要 ， 以 黑 色 镜 面 不 阻碍 光 线 输 出 为 宜 ； 在 使 用 过 程 中 如 发 现
14、 黑 色 镜 面 部 分 或 全 部 变 成灰 白 色 ， 它 指 示 该 灯 泡 已 漏 气 ， 不 能 继 续 使 用 ， 必 须 调 换 新 灯 泡 。汞汞 常 态 时 呈 液 态 状 ， 具 有 银 白 色 镜 面 光 泽 。 在 电 弧 管 中 加 入汞 可 提 高 灯 管 工 作 电 压 ， 降 低 工 作 电 流 ， 减 小 镇 流 器 体 积 ， 改 善电 网 的 功 率 因 数 ， 增 高 电 弧 温 度 ， 提 高 辐 射 功 率 。 钠该 元 素 呈 银 白 色 金 属 ， 也 称 金 属 钠 。 它 的 理 化 性 能 有 质 软 而轻 ， 可 溶 于 汞 蒸 汽 。
15、钠 光 谱 特 点 为 共 振 辐 射 线 宽 ， 偏 向 红 色 区 ，总 辐 射 功 率 高 ； 高 压 钠 灯 的 光 色 和 发 光 效 率 与 钠 蒸 气 压 有 关 。 目前 ， 工 业 化 生 产 的 高 压 钠 灯 均 采 用 钠 汞 齐 添 加 入 灯 泡 内 ， 可 简 化生 产 工 艺 ， 同 时 使 灯 泡 参 数 一 致 性 有 很 大 提 高 。 氙氙 气 是 一 种 稀 有 气 体 ， 它 在 灯 泡 中 的 作 用 是 帮 助 启 动 和 降 低启 动 电 压 。 氙 气 压 的 高 低 还 将 影 响 灯 泡 的 发 光 技 术 参 数启 动 特 性高 压 钠
16、 灯 启 动 后 ， 在 初 始 阶 段 是 汞 蒸 气 和 氙 气 的 低 气 压 放 电 。这 时 候 ， 灯 泡 工 作 电 压 很 低 ， 电 流 很 大 ； 随 着 放 电 过 程 的 继 续 进行 ， 电 弧 温 度 渐 渐 上 升 ， 汞 、 钠 蒸 气 压 由 放 电 管 最 冷 端 温 度 所 决定 ， 当 放 电 管 冷 端 温 度 达 到 稳 定 ， 放 电 便 趋 向 稳 定 ， 灯 泡 的 光 通量 、 工 作 电 压 、 工 作 电 流 和 功 率 也 处 于 正 常 工 作 状 态 。 在 正 常 工作 条 件 下 ， 整 个 启 动 过 程 约 需 10 分 钟
17、 左 右 。 光 和 电 参 数2.2.1 高 压 钠 灯 的 光 和 电 参 数 2.2.2 高 显 色 高 压 钠 灯 的 光 和 电 参 数 显 色 指 数 已 提 高 到 Ra =70 80 2.2.3 光 通 量 维 持 率 发 光 效 率 可 达 80 流 明 / 瓦 以 上 ， 最 高 发 光 效 率 140 流 明/瓦 电 源 电 压 变 化 对 光 、 电 参 数 的 影 响电 源 电 压 的 波 动 必 将 引 起 灯 泡 个 、 电 参 数 的 变 化 ， 由 图 2.3 可 见 ， 如 果 电 源 电 压 上 升 将 引 起 灯 泡 工 作 电 流 增 大 ， 促 使
18、电 弧 管冷 端 温 度 提 高 ， 汞 、 钠 蒸 气 压 增 高 ， 工 作 电 压 、 灯 泡 功 率 随 着 增高 ， 造 成 要 泡 寿 命 大 大 下 降 ； 反 之 ， 电 源 电 压 降 低 ， 灯 光 不 能 正常 工 作 ， 发 光 效 率 下 降 ， 还 可 能 造 成 灯 泡 不 能 启 动 或 自 行 熄 灭 。所 以 ， 要 求 客 户 在 灯 泡 使 用 时 ， 电 源 电 压 的 波 动 不 宜 过 大 ， 一 般要 求 在 额 定 值 +6% -8% 范 围 之 内 变 化 。 寿 命高 压 钠 灯 的 寿 命 20000 小 时 左 右 高 显 色 高 压
19、钠 灯 的 寿 命 平 均 寿 命 平 均 寿 命 指 一 批 受 试 灯 泡 样 品 点 燃 至 50% 数 量 损 坏 时 之 时数 。 显 色 性 的 改 善白 炽 灯 泡 工 作 时 发 出 暖 色 光 ， 而 且 显 色 性 极 佳 （ 显 色 指 数Ra=100 ） ， 从 它 诞 生 至 今 的 相 当 长 时 间 时 里 ， 仍 然 被 人 们 广 泛 使用 的 照 明 光 源 。 虽 然 使 用 高 压 钠 灯 虽 然 有 许 多 优 点 ， 但 是 光 色 （ Ra=30 ） 、 色 温 约 2000K 。 为 了 保 持 高 压 钠 灯 的 长 寿 命 、 高 发光 效
20、率 和 暖 色 调 气 氛 ； 在 改 善 显 色 性 方 面 ， 人 们 经 过 孜 孜 不 倦 地努 力 ， 已 研 制 出 符 合 上 述 要 求 的 高 显 色 高 压 钠 灯 （ 又 称 白 光 高 压钠 灯 ） 。 白 光 高 压 钠 灯高 显 色 高 压 钠 灯 是 在 高 压 钠 灯 的 基 础 上 ， 采 用 提 高 钠 蒸 气 压 和 增大 电 弧 管 管 径 ， 同 时 在 电 弧 管 两 端 裹 上 一 层 铌 箔 ， 提 高 冷 端 温 度等 措 施 来 改 善 显 色 性 ； 另 外 ， 提 高 充 入 电 弧 管 内 氙 气 压 力 ， 使 电弧 中 心 部 分
21、温 度 升 高 ， 而 其 余 放 电 部 分 温 度 较 低 ， 通 过 改 变 电 弧温 度 分 布 的 途 径 来 改 善 显 色 性 ， 其 显 色 指 数 已 提 高 到 Ra =70 80, 发 光 效 率 可 达 80 流 明 / 瓦 以 上 ， 可 拓 宽 应 用 领 域 ， 为 使用 高 显 色 高 压 钠 取 代 白 炽 煤 泡 成 为 现 实 。 工 作 电 路 系 统在 高 压 钠 灯 的 工 作 电 路 中 除 了 灯 泡 外 ， 还 必 须 按 内 触 发 高 压钠 灯 或 外 触 发 高 压 钠 灯 分 别 选 用 相 应 的 工 作 电 路 ， 如 灯 泡 +
22、镇流 器 或 者 灯 炮 + 镇 流 器 + 触 发 器 的 工 作 电 路 ， 方 可 达 到 高 压 钠灯 正 常 工 作 的 要 求 。 高 压 钠 灯 工 作 电 路 系 统外 触 发 高 压 钠 灯 的 燃 点 电 路外 触 发 高 压 钠 灯 的 燃 点 电 路 中 必 须 与 配 套 镇 流 器 串 联 使 用 外 ，还 要 在 灯 泡 两 端 并 联 一 个 触 发 器 后 ， 高 压 钠 灯 方 可 正 常 使 用 。 目前 ， 高 压 钠 灯 触 发 器 普 遍 由 电 子 元 件 组 成 ， 亦 称 为 电 子 触 发 器 。它 具 有 无 机 械 触 点 、 可 靠 性
23、 好 、 体 积 小 、 重 量 轻 、 使 用 方 便 等 优点 ， 而 受 到 用 户 的 青 睐 。 两 端 倍 压 式 电 子 触 发 器 的 启 动 电 路两 端 倍 压 式 电 子 触 发 器 的 电 原 理 图 ， 其 工 作 原 理 如 下 ： 电 源电 压 在 负 半 周 时 ， 电 流 经 过 V 1 、 L 1 和 L 2 向 C 2 充 电 ，同 时 ， 经 过 L 1 向 C 1 充 电 ， 当 电 源 电 压 达 到 最 大 值 220V 2=311V 时 ， C 1 和 C 2 充 电 电 压 达 到 约 300V ， 由 于 V 1 的 单 向 导 电 特 性
24、， U C2 电 压 值 保 持 不 变 ， 而 U C1 逐 渐 放电 ， 直 至 电 压 为 零 ； 当 电 源 电 压 在 正 半 周 时 ， 又 通 过 L 1 对 L 2 的 匝 数 比 为 10 ： 1 ， 经 过 L 1 升 压 后 输 出 脉 冲 电 压 可 达 3000V ， 使 灯 泡 启 动 点 燃 。 两 端 倍 压 式 电 子 触 发 器 的 电 路 简 单 ，因 晶 闸 管 的 触 发 电 流 随 温 度 变 化 较 大 ， 开 启 式 电 压 会 在 很 大 范 围内 漂 移 工 作 可 靠 生 差 。 它 是 早 期 使 用 的 高 压 钠 灯 电 子 触 发 器 。 双 向 晶 闸 管 触 发 器 启 动 电 路
