Ртутная среднедуговая йодидная лампа

Головка HMI на подставке

Иодид средней дуги Hydrargyrum ( HMI торговая Osram . компании марка металлогалогенной газоразрядной ) — лампы средней длины дуги создан специально для кино и развлекательных приложений. Hydrargyrum происходит от греческого названия элемента ртути .

Лампа HMI мощностью 18 кВт

В лампе HMI используются пары ртути, смешанные с галогенидами металлов, в колбе из кварцевого стекла с двумя вольфрамовыми электродами со средним дуговым разделением. В отличие от традиционных осветительных приборов, использующих лампы накаливания , для HMI необходимы электрические балласты , которые отделены от головки через соединительный кабель, чтобы ограничивать ток и подавать необходимое напряжение. Лампа работает путем создания электрической дуги между двумя электродами внутри колбы, которая возбуждает пары ртути под давлением и галогениды металлов и обеспечивает очень высокую светоотдачу с большей эффективностью , чем осветительные приборы накаливания. Преимущество в эффективности почти четырехкратное: примерно 85–108 люмен на ватт электроэнергии. В отличие от обычных галогенных ламп накаливания, в которых галоидный газ используется для регенерации нити накаливания и предотвращения потемнения стекла испаренным вольфрамом, в лампах HMI свет излучают пары ртути и галогениды металлов. Высокий индекс цветопередачи (CRI) и цветовая температура обусловлены особым химическим составом лампы.

История

В конце 1960-х годов немецкие телевизионные продюсеры обратились к разработчику ламп OSRAM с просьбой создать более безопасную и чистую замену угольно-дуговому освещению, используемому в киноиндустрии . По их заказу компания Osram разработала и начала производство ламп HMI.

Philips выпустила вариант HMI, несимметричную версию под названием MSR (редкоземельный источник со средним источником). В нем используется стандартный двухконтактный цоколь. Чтобы избежать изменения цвета во время использования, вокруг газовой камеры была добавлена ​​вторичная оболочка. Существует несколько других вариантов ламп, в том числе GEMI (Йодистый металл General Electric), CID (компактный йодистый дневной свет; Thorn EMI, Великобритания, с 1990 г. GE), CSI (компактный источник йода; Thorn EMI, Великобритания), DAYMAX (производство ILC) и BRITE ARC (|[Sylvania Lighting Inc. (SLI)]). Все это вариации и разные названия одной и той же концепции.

Много исследований было вложено в уменьшение размеров ламп HMI из-за их использования в движущихся осветительных приборах, например, производства Vari-Lite , Martin, Robe и Highend. После этого главным вкладом Philips стало изобретение люминофорного покрытия на сварном шве нити с молибденовой фольгой, которое уменьшает окисление и ранние отказы на этом этапе, делая эту область способной выдерживать экстремально высокие температуры.

Светильники HMI мощностью несколько киловатт используются в киноиндустрии и для проецирования слайдов на большие экраны из-за их светоотдачи, сбалансированной по отношению к дневному свету, а также их эффективности.

Мерцание и цветовая температура

Подобно люминесцентным лампам , HMI создают проблемы с цветовой температурой при использовании для освещения фильмов или видео. В отличие от ламп накаливания, которые представляют собой излучатели абсолютно черного тела , ограниченные теоретическим максимумом в 3680 К (температура плавления вольфрама), лампы HMI, как и все газоразрядные светильники, излучают спектральные линии излучения составляющих их элементов, специально выбранных таким образом, чтобы они сочетались друг с другом. , они напоминают спектр абсолютно черного тела источника с температурой 6000 К. Это близко соответствует цвету солнечного света (но не света неба), поскольку поверхность Солнца представляет собой излучатель черного тела с температурой 6000 К.

ламп HMI Цветовая температура значительно меняется в зависимости от возраста лампы. Новая лампа обычно в течение первых нескольких часов светится при цветовой температуре около 15 000 К. По мере старения лампы цветовая температура достигает номинального значения около 5600 К или 6000 К. С возрастом длина дуги становится больше, поскольку сгорает все больше электродов. Для поддержания дуги требуется большее напряжение, и по мере увеличения напряжения цветовая температура пропорционально снижается со скоростью примерно 0,5–1 кельвин на каждый час горения. По этой причине, а также по другим соображениям безопасности, не рекомендуется использовать лампы HMI по истечении половины срока их службы.

Лампам HMI (как и всем дуговым лампам) для работы требуется устройство ограничения тока. Два способа сделать это описаны ниже в разделе балласта. Проблема мерцания существует только при использовании лампы в сочетании с магнитным балластом (электронные балласты дают свет без мерцания). Лампы HMI (работающие с магнитным балластом) представляют собой проблему, связанную с возможным появлением заметного мерцания света на пленке или видео . Это вызвано методом, с помощью которого устройство излучает свет. HMI, как и осветительная лампа накаливания, работает от сети, а это означает, что лампа включается и выключается 100 или 120 раз в секунду (дважды на каждый цикл сетевого напряжения). Хотя это и не видно человеческому глазу, пленочная или видеокамера должна быть правильно синхронизирована с этим циклом, иначе каждый записанный кадр будет показывать различную светоотдачу. Хотя лампы накаливания также работают от сети, они не демонстрируют заметного мерцания, поскольку их нити накаливания недостаточно охлаждаются между циклами, чтобы их светоотдача сильно уменьшалась. Для ламп HMI мерцания можно избежать за счет использования электронных балластов, которые циклически работают на частотах, в тысячи раз превышающих частоту сети.

Балластная операция

Балласт ЧМИ

Смотрите также: Металлогалогенная лампа § Балласты

Для питания лампочки HMI специальные балласты действуют как воспламенитель, запускающий дугу, а затем регулирующий ее, действуя как дроссель. Существует два типа балластов: магнитные и электронные (прямоугольные или без мерцания). Магнитные балласты обычно намного тяжелее и громоздче электронных балластов, поскольку состоят в основном из сети больших индукторов. Они обычно дешевле электронных балластов. Поскольку магнитный тип балласта не поддерживает разряд постоянно, лампа фактически гаснет при переходе напряжения сети через нуль; Если камера не привязана к форме сигнала сети, разница в частоте между лампой и затвором будет создавать частоту биений , которая будет видна на полученной записи. Вот почему телевизионные стандарты обычно используют частоту электросети в качестве основной частоты кадров. Магнитные балласты представляют собой простые устройства по сравнению с электронными балластами. По сути, магнитный балласт представляет собой большую и тяжелую катушку трансформатора , в которой используется простой принцип создания высокого пускового напряжения, необходимого для создания дуги в холодной лампе. Входная мощность подается на дроссельную катушку, подключенную между основным входом и лампой. Катушка может иметь ответвления в нескольких местах, чтобы обеспечить различное входное напряжение (120 В или 240 В) и высокое пусковое напряжение. Конденсаторы также включены для компенсации индуктивности катушки и улучшения коэффициента мощности . Из-за большого тока, проходящего через балласт, часто слышен низкий гудящий звук из-за магнитострикции пластин балластного железа. Некоторые магнитные балласты имеют изоляцию вокруг катушки для бесшумной работы.

С начала 1990-х годов электронные балласты без мерцания (или прямоугольные ) становятся все более популярными и доступными в качестве альтернативы магнитным балластам, устраняя большинство проблем, связанных с мерцанием HMI. Их работа не так проста, как у магнитного балласта. Электронные балласты можно рассматривать как работающие в три этапа: промежуточный преобразователь постоянного тока, силовой модуль и инвертор переменного тока. Первоначально мощность поступает через главные выключатели в сетевой радиочастотный фильтр, который предотвращает попадание помех обратно во входящую линию электропередачи. Затем выпрямители и конденсаторы заряжаются и разряжаются, инвертируя отрицательную половину цикла переменного тока и преобразуя линию в положительное напряжение постоянного тока . Это называется промежуточным звеном постоянного тока. На втором этапе понижающий преобразователь получает питание от промежуточного постоянного тока и регулирует ток, подаваемый на конечную силовую электронику через электронную плату управления. Эта плата управления тщательно регулирует высокочастотный рабочий цикл своих транзисторов для поддержания оптимального цвета и светоотдачи по мере старения лампы. Наконец, регулируемый ток инвертируется платой НЧ-преобразователя, в которой используются четыре биполярных транзистора с изолированным затвором ( IGBT ) для переключения постоянного тока с частотой ровно 60 Гц в переменный ток прямоугольной формы (в отличие от синусоидальной формы линейного переменного тока). Лидерами в этой области являются Power Gems Corp, B&S и Mytronic.

Используя выходной сигнал прямоугольной формы, который не привязан к частоте цикла линии, можно получить выходной сигнал без мерцания. Поскольку IGBT включаются и выключаются с регулируемой частотой циклов, генератор может немного отклоняться от скорости, а лампа по-прежнему будет не мерцать, чего нельзя сказать о стандартном магнитном балласте. Прямоугольная форма выходного сигнала приводит к прямолинейной выходной мощности лампы. Время, в течение которого катоды не излучают электроны достаточно высокой энергии, очень короткое, а это означает, что безопасная съемка (без мерцания) может происходить при частоте кадров камеры до 10 000 кадров в секунду на большинстве электронных балластов.

Это очень резкое включение и выключение, свойственное прямоугольной форме сигнала, вызывает в лампе чрезвычайно высокочастотные вибрации. Прямоугольную волну можно рассматривать как бесконечную сумму гармоник с нечетными номерами, которые будут включать частоты на резонансной частоте лампочки, заставляя ее вибрировать на этой частоте, как звонок или свист. Корпус лампы этому не способствует, действуя как резонирующая камера, усиливающая шум и создающая проблему для синхронной записи звука для кино и видео. Чтобы исправить это, большинство электронных балластов оснащены бесшумным режимом , который устраняет более высокие частоты, но сглаживает переход напряжения, вызывая ту же проблему мерцания с магнитами, хотя и в меньшей степени. Этот режим обеспечивает безопасную съемку без мерцания с частотой кадров до 24 кадров/с на большинстве электронных балластов.

Помимо решения проблемы мерцания, электронные балласты также обладают и другими преимуществами по сравнению с магнитными балластами. При прямоугольном напряжении катоды тратят гораздо больше времени на испускание электронов и возбуждение плазмы, создавая прирост светового потока на 5–10%. Прямоугольный характер потока энергии позволяет продлить срок службы лампы на целых 20%. Большинство современных балластов теперь также оснащены диммером, который использует широтно-импульсную модуляцию для затемнения лампы до 50%, или до одной ступени света. В отличие от лампы на основе вольфрама, которая имеет отрицательный сдвиг цветовой температуры при падении мощности, спектры ртутного излучения берут верх при падении мощности (примерно на 200 К синее при 50% мощности).

Безопасность

Лампы HMI имеют примерно ту же цветовую температуру, что и солнце в полдень (6000 К), и, как и другие газоразрядные лампы высокой интенсивности, содержащие ртуть, генерируют ультрафиолетовый свет . Каждый прибор HMI имеет стеклянную крышку, защитную от ультрафиолета, которую следует использовать для защиты людей, которые могут находиться перед источником света. Воздействие незащищенной лампы может привести к повреждению сетчатки и серьезным ожогам кожи.

Лампы HMI могут достигать напряжения зажигания до 70 000 В при нагреве и считаются очень опасно, если неправильно подключить. Рекомендуется зажигать свет с балласта, а не с головки. в случае короткого замыкания в головке лампы. Также следует соблюдать надлежащие процедуры нанесения ударов, например, подавать голосовое предупреждение при каждом включении света, чтобы предупредить людей, находящихся в этом районе. Кроме того, соединительный кабель должен быть правильно и надежно подсоединен. Почти все современные магистральные кабели оснащены фитингами с поворотным замком на обоих концах, чтобы обеспечить безопасное и точное соединение как на балласте, так и на корпусе лампы.

Во всех кварцевых лампах с газовым наполнением имеется небольшой участок, похожий на сосок. На самом деле это место выхлопной трубы, где лампа была наполнена газовой смесью. Положение соска очень важно, и если он направлен не в ту сторону, на оптическом пути он может появиться в виде тени. По возможности наконечник выхлопной трубы должен быть направлен прямо вверх или под углом до 45 градусов от вертикали. Это позволит сохранить наконечник в самом горячем месте и предотвратить скопление в нем йодидов и редкоземельных металлов по мере остывания лампы. Если наконечник направлен вниз, то со временем в нем будут собираться редкоземельные металлы и цвет лампы будет меняться, так как они перестанут включаться в плазменную дугу.

Помимо этих проблем, известно, что лампы HMI разбиваются в конце срока службы или при достаточной нагрузке. Хотя они и не такие сильные, как взрыв ксеноновой лампы с короткой дугой , они требуют осторожности. В результате лампы HMI не следует использовать дольше половины их номинального срока службы. и следует соблюдать осторожность при зажигании (включении лампы) ламп большего размера, поскольку наиболее вероятно, что лампа взорвется в течение первых пяти минут после зажигания. По этой причине каждая лампа HMI обычно имеет подробный журнал с указанием количества зажиганий и количества часов ее использования. Следует соблюдать осторожность при транспортировке лампы и замене ламп. Газы в лампе HMI находятся под очень небольшим давлением, но оно увеличивается с температурой. Как и в случае с кварцево-галогенными лампами, следует соблюдать осторожность и не прикасаться непосредственно к стеклу, так как кожный жир, оставшийся на колбе, может нагреться выше рабочей температуры колбы и вызвать пузырение и/или слабость. По этой причине при каждом обращении с лампой ее следует протирать салфеткой, пропитанной изопропиловым спиртом. Большинство конструкций корпусов ламп по своей природе прочнее и толще, чем традиционные вольфрамовые блоки, поэтому в случае взрыва лампы находящиеся рядом люди будут защищены от летящих обломков. Существует вероятность того, что передняя линза на головке лампы треснет от термического удара (но не полностью выгорит или разобьется). При использовании устройств HMI всегда следует соблюдать надлежащие процедуры безопасности, поскольку они могут быть опасными при неправильном использовании.

В 2014 году журналист Керри Сандерс сообщил, что он ослеп на 36 часов в результате чрезмерного воздействия ультрафиолета от неисправной лампы HMI. Если бы светильник имел защиту от ультрафиолета, как того требует OSHA, мощность лампы не оказала бы никакого влияния.

См. также

• Газоразрядная лампа высокой интенсивности (HID)
• Список источников света
• Проекция большого изображения
• Широкоформатный слайд-проектор

Ссылки

Общий

• Коробка, Гарри. Установить Справочник светотехника, 3-е изд. , Фокус Пресс, 2003.
• Металлогалогенные лампы с короткой дугой
• Технология и применение: металлогалогенные лампы, фотооптика. ОСРАМ