高压钠灯完成板.pdf

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高压钠灯

一、钠灯的概念
高压钠灯是由半透明的多晶氧化铝（PCA）
陶瓷电弧管，外泡壳、金属支架、消气剂
和灯头组成。放电时内部的钠蒸气压力
10~10KPa。
二、钠灯的结构和材料
1、电弧管
电弧管是高压钠灯的关键部件，电弧
管工作时，高温高压的钠蒸汽腐蚀性极强，
一般的抗钠玻璃和石英玻璃均不能胜任，
需要用半透明的多晶氧化铝陶瓷管做电弧
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性
能都优于多晶氧化铝陶瓷管，因其价格昂贵所以目前很少使用。
电弧管是把电极、多晶氧化铝陶瓷管、陶瓷帽、焊料环装配在一起加入钠
汞一起进入封接炉封接，同时充入少量的氙气，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）是选用多晶氧化铝陶瓷粉
经混粉、喷泉雾干燥等静压成型，素烧、高温烧结和切割等工序制成。
注：在氧化铝管内，除了充入钠以外还充入一定量的汞，钠和汞的重量比
大约是 1：2~1：10。添加汞的原因有：（1）提高发光效能，并提高交流电的功
率因数。如 400W 的高压钠灯在不充入汞时，灯的工作电压只有 40~44V 电流为
10A，充入汞后灯的工作电压为 100V 电流为 。这样还可以使镇流器做的小
又经济。（2）适当改善光的颜色，在这里汞蒸气起缓冲气体和增加放电电抗的作
用。
高压钠灯的光、电参数与电弧管的内径和弧长（两极之间距离）有着密切
的关系。
2、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。 金属导丝与玻璃封接部分的膨胀系数要匹配，避免因两种封接材料的膨
胀系数不同造成封接处玻璃产生应力而爆裂或灯泡慢性漏气。
3、玻璃
钠灯玻璃壳是选用高温的硬料玻璃制造。玻璃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，就必须将电弧管置于
真空或惰性气体的外壳内，这样还可以减少电弧管热量损失，提高冷端温度，提
高发光效率。 : .
4、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和玻璃
壳连接要牢固，不能有松动和脱落现象，所以目前一般采取螺纹机械紧固技术，
可以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，他可以与灯座
保持较小的接触电阻，减轻金属表面的氧化层，如灯泡在特殊环境中工作，还可
以在黄铜灯头表面涂覆铬层或镍层。灯头的规格型号有：E27、E40 两种。
5、消气剂
玻璃壳内抽真空后，其真空度仅为 -2Pa 乃可以使金属配件氧化，影响
灯泡稳定工作，所以在玻璃壳内充入适量消气剂可将灯泡内真空度提高到
-4Pa 高真空状态。目前高压钠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上。灯泡在经抽真空
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，在蒸散过程中棘
手残余气体，同时在玻璃壳颈部形成一层黑色镜面。必须指出消气剂放置的位置
非常重要，以黑色镜面不阻碍光线输出为宜，在使用过程如发现黑色镜面有部分
或者全部变成灰白色则说明该灯泡已漏气，不能继续使用必须更换新的灯泡。
6、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以提高灯
泡的工作电压，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。
7、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。
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。目前工业生产的高压钠灯均采用钠汞齐添加入灯泡内，
可以简化生产工艺，同时使灯泡参数一致性有很大的提高。
8、氙
氙气是一种稀有气体，他在灯泡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率。
三、原理

如上图钠灯的电亮电路：
F-保险丝
Ballast-镇流器
Capacitor(PFC)-功率因数补偿电容
Ignitor-触发器
Lamp-灯泡
1、当以上电路接入 220V 电压时 PFC 电容充电，同时 IGN 触发器会感应出高压
脉冲，即感应高压，与电源 220V 一起叠加到灯泡两端。两电压相加大约是 2500V，
这也是灯泡启动所需的电压。 : .
2、 触发启动过程
放电管内充有氙气的高压钠灯，在触发时需要在放电管两端加上约 2500V 左右
的高压才能使两极间在氙气中放电，此时灯的光色为很暗的白灰色辉光，很快变
为蓝色这表明放电管内的汞蒸发已有足够的压力，激发和电离主要是在汞蒸气中
发生，随后发出单一的黄光，说明在较低的钠蒸气下钠产生了共振辐射随着钠蒸
气压力的提高，灯发出金白色光启动过程结束。当灯启动后，施加在触发器上的
电压≤140V，触发器处于休眠状态。
3、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
内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射的电在向阳极运动过程中，
撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回复到稳定态；
或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余的能量以光辐射的形式释放，
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。
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，它必将导致电路
中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁。
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，电路中必须串联一个具有正阻特性的电路无条件来平衡这种负阻特性，稳
定工作电流，该元件称为镇流器或限流器。电阻器、电容器、电感受器等均肯有
限流作用。

4、 启动特性
高压钠灯启动后，在初始阶段是汞蒸气和氙蒸气的低气压放电，这时灯泡的工作
电压很低，电流很大。随着放电过程的继续进行，电弧温度渐渐升高，汞、钠蒸
气气压有放电管最冷端温度决定，当放电管端温度达到稳定，放电便趋于稳定。
灯泡的光通量、工作电压、工作电流和功率也处于正常的工作状态，整个启动过
程约需10分钟。
5、 点亮电路各部件的联系及作用
（1）、保险丝保护整个电路，即电路发生异常时保险丝会断路，停止电路的工作。
（2）、镇流器
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，它必将导致电
路中电流无限上升，最后直至灯光或电路中的零、部件被过流烧毁，所以镇流器
在电路中起到限制电流，稳定电流、电压。 : .
（3）、功率因数补偿电容
高压钠灯的点亮电路是一个非线性电路。功率因数比较低，因此在网路上
考虑一个补偿电容以提高网路的功率因数。
（4）、触发器
触发器为钠灯泡的启动提供瞬间高电压，当灯泡正常工作后触发器处于休眠状
态。
四、光和电参数
高压钠灯的光和电参数
高显色高压钠灯的光和电参数
显色指数已提高到 Ra =70 ～ 80
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 可见，如
果电源电压上升将引起灯泡工作电流增大，促使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
高显色高压钠灯的寿命
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）。 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。
五、产品的使用指南
高压钠灯使用时发出金白色光，它具有发光效率高，耗电少、寿命长、透
雾能力强和不诱蚊虫等优点。
广泛应用于道路、高速路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、
工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展
览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等照明场所。


低压钠灯
低钠灯 sodium，lamp 利用钠蒸气放电产生可见光的电光源。低压钠灯的
工作蒸气压不超过几个帕。
两条双 D 谱线上， 它们非常接近人眼视觉曲线的最高值（555纳米），故其发光
效率极高，已达到200流每瓦（lm／W），成为各种电光源中发光效率最高的节
能型光源。
太强，显色性很差，放电管过长等缺点而研制的。高压钠灯又分普通型（标准型），
其发光效率为130lm／W，显色指数 Ra＝25；改进型， 其发光效率为75lm/ W，
显色指数 Ra＝60；高显色型，其发光效率为45～60lm / W，显色指数 Ra＝80～
85。

低压钠灯与常用光源相比，节电可达70以上。由于低压钠灯的发光管密封在高
真空并涂有红外线反射膜的玻璃壳中，它的发光效率基本不受部环境温度的影
响，其辐射光谱纯正、稳定、无杂散光，该波长光线透雾性强，再配上优质的多
功能电子镇流器，使低压钠灯更易于使用在各种电源条件下，尤其适合太阳能路