Каково устройство ксеноновых ламп?
За последние годы получают все более широкое распространение газоразрядные лампы сверхвысокого давления, в которых используются не пары металлов, а тяжелые газы, в частности ксенон. Применение ксенона вносит существенные изменения в характеристики этих ламп. Период разгорания в ксеноновых лампах практически отсутствует, так как плотность газа в лампе не зависит от температуры колбы. Поэтому сразу же после зажигания в лампе разряда она начинает работать в номинальном режиме. Это удобно с точки зрения эксплуатации. Разряд в ксеноне имеет хорошие спектральные характеристики излучения, близкие к спектру солнечного света. В связи с этим ксеноновые лампы имеют хорошую цветопередачу.
Излучение ксеноновых ламп богато ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами.
При некоторых значениях тока лампы приобретают положительную вольт-амперную характеристику, что позволяет питать лампы определенной мощности без балласта (безбалластные лампы). Использование таких ламп экономически выгодно, так как при их включении в сеть отсутствуют непроизводительные потери в балласте. Ксеноновые лампы имеют относительно низкие рабочие напряжения при горении, но для достижения большой яркости разряда и повышения их световой отдачи приходится увеличивать ток лампы. Поэтому характерной особенностью этих ламп является относительно большой ток.
По своей экономичности ксеноновые лампы занимают среднее положение между лампами накаливания и ртутно-кварцевыми лампами высокого давления. Световая отдача ксеноновых ламп в зависимости от мощности в среднем составляет от 20 до 50 лм/вт. Срок службы, гарантируемый заводами, колеблется от 200 до 1000 ч.
Может показаться, что при указанных экономических параметрах ламп их применение не является целесообразным. Однако проведенные расчеты и имеющаяся практика использования ксеноновых ламп дают основание утверждать, что применение ксеноновых ламп в ряде случаев весьма целесообразно и экономически выгодно. Наивыгоднейшими областями применения ксеноновых ламп в настоящее время можно считать наружное освещение больших площадей в городах, освещение спортивных сооружений, освещение карьеров при разработке открытым способом, освещение открытых строительных площадок и монтажных площадок производственных предприятий, а также внутреннее освещение производственных цехов больших размеров и высотой более 20-25 м. Значительное применение находят ксеноновые лампы в кинопроекторах, при съемке цветных кинофильмов, в телевидении и театральном освещении и ряде других специальных установок.
Конструкция ксеноновых ламп
Различают два основных типа ксеноновых ламп: лампы в шаровых колбах с короткой дугой, с расстоянием между электродами в несколько миллиметров с естественным или воздушным охлаждением и лампы в трубчатых колбах с длинной дугой с естественным или водяным охлаждением.
Лампа с шаровой колбой (рис. 1) представляет собой толстостенный баллон из кварца с впаянными в него двумя электродами, изготовленными из торированного вольфрама. Токопроводящими контактами служат цилиндрические выводы, конструкция которых предусматривает как возможность крепления ламп, так и присоединение питающих проводов. Баллон лампы наполняется ксеноном до давления 8-9 ат, которое при работе лампы возрастает до 20-25 ат.
Лампы могут работать на постоянном и переменном токе. Отличие этих ламп – в конструкции электродов. При постоянном токе лампа имеет очень массивный анод (рис. 1а), располагаемый вверху. При переменном токе оба электрода имеют одинаковую конструкцию (рис. 1б).

Рисунок 2. Схема дуговых ксеноновых ламп типа ДКСТ: 1 – разрядная трубка; 2 — корпус охлаждающей рубашки; 3 — электрод; 4 — втулка; 5 – вывод; 6 — цилиндр из молибденовой фольги; 7 —вкладыш; 8 – стеклянный цилиндр; 9 – гайка; 10 — уплотняющий вкладыш; 11 – уплотняющие прокладки.
Трубчатая ксеноновая лампа с естественным охлаждением (рис. 2а). представляет собой толстостенную трубку из кварцевого стекла, по концам которой вварены электроды из торированного вольфрама. Вводы лампы изготовляются из молибденовой фольги. Внение выводы изготовлены из стали, а переходные втулки – из титана. Колба лампы заполняется ксеноном, его давление составляет от 15 до 350 мм рт.ст.
Величина давления ксенона определяется напряжением зажигания пускового устройства, а также зависит от выбранного внутреннего радиуса трубки и падения напряжения на единицу длины разряда. В лампах с водяным охлаждением разрядная трубка из кварца помещается внутри стеклянного цилиндра (рис. 2б). В зазоре между разрядной трубкой и цилиндром циркулирует вода, которой придается винтообразное движение благодаря некоторому сдвигу входного патрубка по отношению к плоскости, проходящей через ось лампы. Концы стеклянного цилиндра помещаются в сборные латунные муфты и уплотняются резиновыми прокладками.
Для охлаждения ламп используется дистиллированная вода, циркулирующая в замкнутой системе. Нормальная работа лампы возможна, если стеклянный цилиндр полностью заполняется водой. Максимальная температура охлаждающей воды не должна превышать температуры, при которой образуется сплошная паровая рубашка (не более 50°С на выходе из лампы). Из этих соображений определяется расход охлаждающей воды. Применение водяного охлаждения позволяет увеличить почти в 10 раз удельную нагрузку на кварц по сравнению с естественным охлаждением, что дает возможность уменьшить размеры лампы и при этом повысить на 30-40% их световую отдачу.
Зажигание ксеноновых ламп
Напряжение зажигания ксеноновых ламп значительно превышает напряжение питающей сети, поэтому поджигающее устройство основано на принципе искрового генератора. На рис. 3 приведены схемы зажигания лампы с помощью искрового генератора. Для зажигания ламп имеют важное значение не только величина поджигающего импульса и число подаваемых на лампу импульсов, но и сдвиг фаз между напряжением питания лампы и пускового устройства. При питании лампы и пускового устройства от одной и той же фазы сети напряжение зажигания лампы выше, чем при питании от различных фаз. Поэтому к пусковому устройству и к лампе подаются различные фазы сети. Контактами контактора R1 в случае автоматического управления зажиганием ламп на первичную обмотку трансформатора Т1 подается сетевое напряжение.
Конденсатор С1, включенный во вторичную обмотку трансформатора, заряжается, и, когда на нем напряжение достигает величины напряжения пробоя воздушного разрядника Р, он почти мгновенно разрядится на первичную обмотку импульсного трансформатора Т2. Во вторичной обмотке трансформатора Т2 индуктируется высоковольтный, высокочастотный импульс, который будет приложен к электродам лампы. Под воздействием этого импульса разрядный промежуток лампы пробьется, что вызовет его первоначальную ионизацию.
Если величина и число подаваемых импульсов оказываются достаточными, то в лампе создаются необходимые условия для развития дугового разряда, и лампа зажигается. После того как лампа зажглась, необходимо, чтобы искровой генератор продолжал работать в течение некоторого промежутка времени. Если отключить искровой генератор раньше положенного времени, то лампа может погаснуть. Время, в течение которого искровой генератор должен продолжать работать, зависит от напряжения и полного сопротивления сети. Необходимая выдержка времени обеспечивается введением в схему реле времени (на схеме не показано).
http://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=oAURMvlKCjs
Когда процесс зажигания лампы закончится, поджигающее устройство отключается от лампы. Для этого размыкается кнопка К1, а вторичная обмотка импульсного трансформатора замыкается накоротко кнопкой К2. В случае автоматического управления реле времени включает контактор (не показан на схеме), который своими контактами отключает трансформатор Т1 и замыкает накоротко вторичную обмотку трансформатора Т2. Конденсатор С2 служит для защиты сети от попадания в нее высокого напряжения.
Лампы мощностью до 6 кВт могут включаться по две последовательно на напряжение 220 В и зажигаться одним поджигающим устройством.
Следует обратить внимание на размещение пускового устройства. Оно должно размещаться не далее 30 м от лампы, в противном случае это будет снижать величину высоковольтного импульса. Так как величина этого импульса составляет 20-50 кВ, то изоляция провода, соединяющего лампу с пусковым устройством, должна быть выбрана из расчета на номинальное напряжение 15-20 кВ.
http://fazaa.ru/www.youtube.com/watch?v=vxKiPfELn6c
При отключении лампы от сети ее повторное включение возможно только после достаточного остывания, на что требуется 5-10 мин. Повторное включение неостывшей лампы может вывести ее из строя, поэтому его следует избегать.