Phần 1. Khái quát chung về đèn phóng điện cường độ cao 1.1 Giới thiệu chung: Còn gọi là đèn cao áp Xenon( đèn HID) khác với đèn phóng điện huỳnh quang ở chỗ loại bóng này phóng điện trong môi trường áp suất cao ( trừ đèn sodium thấp áp). Trong vài chục năm trở lại đây, loại bóng đèn cao áp Xenon (tên không phổ biến là bóng cao áp HID) được các nhà chế tạo cho ra đời tiếp tục mang đến một cuộc cách mạng về công nghệ chế tạo đèn xe ô tô trên thế giới. Bóng đèn Xenon này được các nhà sản xuất đánh giá là có công suất chiếu sáng cao hơn đến 60% so với đèn halogen trước đó và năng lượng sử dụng lại ít hơn nhiều do không tốn điện năng để đốt nóng sợi dây tóc.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TIỀU LUẬN: TÌM HIỂU VỀ ĐÈN PHĨNG ĐIỆN CƯỜNG ĐỘ CAO (HID) Giáo viên hướng dẫn: Nhóm: Họ tên: Đoàn Duy Đạt Sùng A Nguyên Trương Thanh Long Lớp: Điện – K9 Hà nội 9/2017 Kỹ thuật chiếu sáng Mục lục Kỹ thuật chiếu sáng Phần Khái quát chung đèn phóng điện cường độ cao 1.1 Giới thiệu chung: Còn gọi đèn cao áp Xenon( đèn HID) khác với đèn phóng điện huỳnh quang chỗ loại bóng phóng điện môi trường áp suất cao ( trừ đèn sodium thấp áp) Trong vài chục năm trở lại đây, loại bóng đèn cao áp Xenon (tên khơng phổ biến bóng cao áp HID) nhà chế tạo cho đời tiếp tục mang đến cách mạng công nghệ chế tạo đèn xe ô tô giới Bóng đèn Xenon nhà sản xuất đánh giá có cơng suất chiếu sáng cao đến 60% so với đèn halogen trước lượng sử dụng lại nhiều khơng tốn điện để đốt nóng sợi dây tóc Hình Đèn pha bi -Xenon trang bị cho xe cao cấp Kỹ thuật chiếu sáng 1.2 Cấu tạo bản: Gồm ống phóng điện hồ quang nhỏ hình trụ chế tạo chất suốt mờ có khả chịu nhiệt cao(thạch anh gốm sứ) Trong ống, người ta bơm vào thủy ngân, muối kim loại, hay chất khí khác để tạo tượng phóng điện hồ quang chất khí Nguyên lí hoạt động gồm bước: + Bước 1: Phóng điện hồ quang Hình Đèn phóng điện hồ quang Đặt điện áp đủ lớn lên hai điện cực ống Giữa hai điện cực xảy trình phóng điện + Bước 2: Bức xạ nhiệt Do tượng phóng điện hồ quang, hạt điện tử va vào nguyên tử ion ống phóng điện làm thay đổi động nguyên tử, phân tử gây đến tăng tốc điện tích gây dao động lưỡng cực từ sản sinh xạ nhiệt Độ rộng phổ xạ tương ứng độ rộng phổ lượng nhiệt độ định Kỹ thuật chiếu sáng + Bước 3: Bức xạ huỳnh quang Các phân tử khí ion ống điện hấp thụ lượng chuyển lên mức lượng cao (trạng thái kích thích), mức lượng khơng bền, sẽ xạ lượng dạng photon để mức thấp Các photon va vào thành ống phóng điện phát dải ánh sáng Nhận xét Ưu điểm: Hiệu suất phát quang độ bền học cao Đa dạng hình dáng, kích thước gam màu sang Một số đèn có CRI tương đối cao Metal-Halide(60-90) Sodium cao áp(70) Nhược điểm: Đòi hỏi thiết bị kèm, chi phí đầu tư ban đầu lớn Tạo hiệu ứng nhấp nháy gây mỏi mắt tương tự đèn phóng điện huỳnh quang Thời gian khởi động lâu phải đốt nóng điện cực; sau tắt gần thời gian để khởi động lại Quang thông giảm nhiều điện áp đặt vào đèn giảm Khi đèn làm việc, tượng phóng điện hồ quang diễn có cố gây nổ ống phóng Kỹ thuật chiếu sáng điện tạo mảnh vỡ nhỏ với nhiệt độ gây nguy hiểm cho người thiết bị Kỹ thuật chiếu sáng Phần Một số loại đèn phóng điện cường độ cao 2.1 Đèn thủy ngân cao áp HPM Đây hệ đầu đèn phóng điện cường độ cao Do Peter Cooper Hewitt chế tạo năm 1901 a Cấu tạo Phần tử phát ánh sáng ống phóng điện có chứa hai điện cực làm việc điện cực khởi động Ống phóng điện làm từ thạch anh cho phép tia tử ngoại qua Chúng chứa thủy ngân lượng nhỏ argon, neon krypton Kỹ thuật chiếu sáng Kỹ thuật chiếu sáng b Nguyên lý làm việc: Khi đèn nối vào nguồn điện hồ quang điện phóng điện cực điện cực khởi động Khi nguyên tử thủy ngân ion hóa, điện trở ống phóng giảm Khi điện trở ống phóng nhỏ điện trở mạch ngồi hồ quang chuyển sang phát hai điện cực Ngun tử thủy ngân tiếp tục iơn hóa làm tăng thông lượng ánh sáng phát Ánh sáng phát chứa vạch phổ đặc trưng thủy ngân (tại bước sóng 404.7 nm, 435.8 nm, 546.1 nm, and 577.9 nm) với tia cực tím Các ống phóng điện có áp suất khoảng từ đến 10 átmốtphe Đặc trưng chính: P = 50 - 1000 W, CT = 3900 - 4300 K, CRI = 33 – 50, Hiệu suất = 32 - 60 Tuổi thọ trung bình Phân bố phổ đèn thủy ngân 10000 - 24000 lm/W, Hình Phân bố phổ đèn thủy ngân Kỹ thuật chiếu sáng c Ứng dụng Ứng dụng rộng rãi để chiếu sáng nơi có khơng gian rộng chiếu sáng đường phố, công xưởng, sân vận động… Ưu điểm : Tuổi thọ cao,bền chắc,ít bị tác động từ mơi trường Nhược điểm: Không giống loại pha trộn, đèn thủy ngân cao áp tiêu chuẩn khơng có điện cực khởi động Do chúng có hiệu suất thấp, CRI thấp ảnh hưởng không tốt lên môi trường chứa thủy ngân nên loại đèn trở nên lỗi thời 10 Kỹ thuật chiếu sáng 2.2 Đèn Metal Halide (MH) a Cấu tạo nguyên lý hoạt động Đèn halide có kết cấu tương tự đèn thủy ngân chỗ phần tử phát ánh sáng chúng ống phóng điện chứa hai điện cực làm việc điện cực khởi động Ống phóng chúng có kết cấu tương tự đèn thủy ngân Ngoài thủy ngân, argon, neon krypton, ống phóng điện đèn halide chứa muối halơgen (muối iốt) kim loại Đầu tiên muối iode thủy ngân, natri scandi, muối iốt thalli, indi, and cesi Khi hồ quang điện kích thích muối phát vạch phổ khác với vạch thủy ngân, vạch màu đỏ, da cam vàng Do ánh sáng đèn halide trở nên trắng Do cải thiện chất lượng ánh sáng mà không cần tráng thêm lớp bột huỳnh quang đèn halide dùng 11 Kỹ thuật chiếu sáng nguồn sáng điểm dùng rộng rãi ứng dụng phản xạ quang học Đối với kiểu phóng điện nằm ngang hồ quang ống phóng điện trở nên đồng b Đặc trưng chủ yếu nguồn sáng P = 35 - 3500 W, CT = 2900 - 6000 K, CRI = 60 – 93, Hiệu suất = 65 - 120 lm/W (tiêu biểu 70), Tuổi thọ trung bình khoảng 3000 - 20000 c Nhận xét bố bốcủa củađèn đènMH MHcải cảithiện màu PhânPhân bố phổ đèn đèn MH MH tiêu tiêu chuẩn Phân Phân bố phổ chuẩn thiện màu Đây loại đèn phóng điện mà phần lớn ánh sáng phát hỗn hợp thủy ngân sản phẩm phân ly muối kim loại nhóm halogen (halide) So với đèn thủy ngân cao áp, đèn halide có hiệu suất cao nhiều So với đèn Natri cao áp đèn halide có nhiều ưu điểm có đặc trưng khác Hiệu suất MH tương đương đèn HPS, chúng có cơng suất khoảng rộng từ 50 đến 2000 W MH có ánh sáng trắng lạnh đèn HPS có tính hồn màu tốt HPS dùng chỗ đòi hỏi hiệu suất tính chất hồn màu đèn Tuy nhiên với thời gian ánh sáng MH thay đổi Những nhược điểm MH so với HPS chúng có thời gian sống ngắn để trả giá lại cho việc có tính hồn màu tốt 12 Kỹ thuật chiếu sáng 2.3 Đèn sodium thấp áp LPS a Cấu tạo nguyên lý hoạt động Bên ống phóng điện có natri với áp suất thấp (khoảng 3-10 mmHg) Dòng điện cung cấp thơng qua điện cực thermionic hai đầu Ống phóng yêu cầu cách nhiệt để đảm bảo hiệu đèn cao, điều thực cách lắp bên bóng đèn, lớp chân khơng giảm thiểu dẫn nhiệt đối lưu nhiệt Trong loại đèn đại phủ bề mặt bên lớp indium phản chiếu tia hồng ngoại để giảm thiểu tổn thất nhiệt xạ Đây đèn phóng điện Áng sáng phát xạ natri LPS loại đèn hiệu suất cao có giá trị đến 200 lm/W Bởi ánh sáng đèn màu vàng đơn sắc nên dùng chúng Phân bố phổ đèn LPS chỗ không cần đến phân biệt màu sắc 13 Phân bố phổ đèn LPS Kỹ thuật chiếu sáng b Những đặc trưng chính: Hiệu suất = 100 - 200 lm/W, P = 18 - 185 W, Tuổi thọ trung bình 12000 - 24000 c.Ứng dụng: - Là nguồn ánh sáng phù hợp cho chiếu sáng đường, đặc biệt đường hầm - Đèn phòng chụp ảnh, xử lý ảnh Ưu điểm: - Ánh sáng phát nhạy cảm với mắt người - Không chứa thủy ngân, xử lý khơng gây hại môi trường - Quang thông đèn gần khơng thay đổi thời gian hoạt động - Có thể khởi động lại có điện Nhược điểm: - Chỉ số hoàn màu thấp - Tuổi thọ thấp 2.4 Đèn sodium cao áp HPS a Cấu tạo 14 Kỹ thuật chiếu sáng Phần tử phát ánh sáng ống phóng điện đường kính nhỏ chịu nhiệt độ cao Do đường kính ống nhỏ nên chúng khơng có điện cực khởi động Natri áp suất thấp nhiệt độ cao ăn mòn thành ống chúng làm từ thủy tinh bình thường thạch anh Ống phóng điện chứa xenon, hỗn hống thủy ngân natri làm việc áp suất 200 mm thủy ngân Trong đèn HPS động trung bình điện tử tự (gọi nhiệt độ điện tử) thường lớn chút so với nhiệt độ khí phóng điện Có thể coi hai nhiệt độ tương tự coi chung nhiệt độ phóng điện Việc nhiệt độ điện tử lớn chút để tạo hiệu ứng truyền tải lượng từ điện tử cho nguyên tử khí b Nguyên lý làm việc Hỗn hợp sodium thủy ngân nằm vị trí có nhiệt độ thấp đèn cung cấp sodium thủy ngân cần thiết để tạo hồ quang Tại điện áp cung cấp, thơng thường ta có chế độ hoạt động: - Đèn tắt khơng có dòng điện - Đèn hoạt động với hỗn hợp lỏng ống đèn - Đèn hoạt động với tất hỗn hống bay Trạng thái cuối ổn định, điện trở đèn nhỏ so với điện áp, trạng thái hai khơng ổn định Vì với tăng bất thường dòng điện làm tăng cơng suất, làm tăng nhiệt độ hỗn hống, tiếp 15 Kỹ thuật chiếu sáng tục làm tăng dòng Điều tạo hiệu ứng chạy-quá làm cho đèn vọt tới trạng thái dòng cao Trạng thái trạng thái hoạt động mong muốn đèn, trình bay chậm hỗn hống gây ảnh hưởng tới đặc tính đèn trình bay hồn tồn So với đèn tiêu chuẩn loại đèn có ánh sáng trắng Đèn HPS có hiệu suất thấp đèn HPS tiêu chuẩn tiêu thụ cơng suất có đặc trưng màu cải thiện Do mà chúng sử dụng ứng dụng giống đèn MH kể cửa hàng bán lẻ tư nhân c Đặc trưng P = 35 - 100 W, CT = 2500 K, CRI = 80, Hiệu suất = 57 - 76 lm/W (thơng thường 65), Tuổi thọ trung bình khoảng 15000 16 Kỹ thuật chiếu sáng 17 ... Phân bố phổ đèn thủy ngân 10000 - 24000 lm/W, Hình Phân bố phổ đèn thủy ngân Kỹ thuật chiếu sáng c Ứng dụng Ứng dụng rộng rãi để chiếu sáng nơi có khơng gian rộng chiếu sáng đường phố, công xưởng, ... phổ biến bóng cao áp HID) nhà chế tạo cho đời tiếp tục mang đến cách mạng công nghệ chế tạo đèn xe ô tô giới Bóng đèn Xenon nhà sản xuất đánh giá có cơng suất chiếu sáng cao đến 60% so với đèn... điện hồ quang diễn có cố gây nổ ống phóng Kỹ thuật chiếu sáng điện tạo mảnh vỡ nhỏ với nhiệt độ gây nguy hiểm cho người thiết bị Kỹ thuật chiếu sáng Phần Một số loại đèn phóng điện cường độ cao