- 2 -

U 

f 

B 

Rys. 1. Konstrukcje lamp metalohalogenkowych: a) jednostronnie trzonkowane, b) dwu-

stronnie trzonkowane, c) do natychmiastowego powtórnego zapłonu 

U 

Uo= const 

Rys. 2. Typowa charakterystyka lampy wyładowczej 

W nowoczesnych konstrukcjach stosowane są wszelkiego rodzaju osłony ter-

miczne, które ograniczają zmiany temperatury jarznika podczas pracy lampy. 

Podobnie jak w innych wysokoprężnych lampach wyładowczych lampa meta-

lohalogenkowa wymaga użycia układu zapłonowego do zapłonu lampy. Wyładow-

- 3 -

cze źródła światła mają tzw. „ujemną" (opadającą) charakterystykę zewnętrzną 

(rys.2). 

Oporność wewnętrzna lampy R = U

L

 : II maleje ze wzrostem prądu płynącego 

przez lampę. Bezpośrednie włączenie lampy na napięcie sieci spowodowałoby zatem 

ciągły i nieograniczony wzrost prądu płynącego przez lampę, a w rezultacie znisz-

czenie lampy. 

Z tego względu każda lampa wyładowcza musi być zaopatrzona w dodatkowe 

urządzenia ograniczające nadmierny wzrost prądu i ustalające jego wartość na wy-

branym dla danego typu lampy poziomie (tzw. statecznik lub stabilizator). Mogą one 

posiadać dodatkowo zainstalowany kondensator równoległy, który poprzez indywi-

dualną kompensację mocy biernej poprawia stosunkowo niski współczynnik mocy 

układu. 

1.2. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA LA MP ME TA I.OIIA LOG EN KO WY CII 

Budowę lampy metalohalogenkowej przedstawiono na rys. 3. Składa się ona z 

następujących zasadniczych części: 

1. Rura wyładowcza (jarznik). 

Rura wyładowcza jest głównym elementem lampy. Wykonana jest ze szkła kwar-

cowego. Czasami stosowana jest biała warstwa tlenku cynku w celu zwiększenia 

temperatury barwowej światła. Szkło kwarcowe do produkcji jarzników powinno 

być wysokiej jakości. 

2. Elektrody. 

Elektrody lamp metalohalogenkowych podobne są do elektrod stosownych w wy-

sokoprężnych lampach rtęciowych. 

3. Bańka zewnętrzna. 

Podobnie jak w lampach rtęciowych dużej mocy bańka zewnętrzna lamp typu HPI, 

HPI-T oraz MHN-T wykonana jest z mocnego szkła, przezroczystego lub pokry-

tego od wewnątrz luminoforem. Lampy dwustronnie trzonkowane MHN-TD oraz 

M1IW-TD posiadają bańkę zewnętrzną wykonaną ze szkła kwarcowego, lampy 

- 4 -

MHD w ogóle nie posiadają bańki zewnętrznej. Wewnętrzna powierzchnia bańki 

może być pokryta luminoforem, który przetwarza promieniowanie ultrafioletowe 

pochodzące z wyładowania na promieniowanie widzialne. 

4. Gaz wypełniający. 

Jarznik wypełniony jest mieszaniną gazów inercyjnych (neon i argon lub krypton -

argon), określoną dawką rtęci i odpowiednimi związkami metali w zależności od 

typu lampy. 

Bańka zewnętrzna lamp metalohalogenkowych, których jarznik wypełniony jest 

mieszaniną neonu i argonu, musi być również wypełniana neonem. 

Jeżeli jarznik wypełniony jest mieszaniną krypton - argon, w bańce zewnętrznej 

może być zastosowany azot, bądź może być próżnia. 

5. Trzonki lampy. 

Zwykle stosuje się trzonki gwintowane E40, typowe dla żarówek za wyjątkiem 

lamp dwustronnie trzonkowanych. Lampy MHN-T posiadają specjalne zamoco-

wania dla zapewnienia odpowiedniej pozycji świecenia. 

Elektrody główne zatopione są w dwóch końcach rury wyładowczej. Pokryte 

są tzw. emiterem, czyli substancją ułatwiającą emisję elektronów. Obok elektrod 

głównych zatopione są elektrody pomocnicze połączone szeregowo z opornikiem 

regulującym wartość prądu zapłonu. Rura wyładowcza umocowana jest za pomocą 

konstrukcji wsporczej bańki zewnętrznej. Bańka zewnętrzna stanowi izolację ter-

miczną rury wyładowczej. 

Ujemna charakterystyka lampy wyrażająca się obniżeniem się napięcia na 

lampie w miarę wzrostu prądu wymaga zastosowania dławika, który ma za zadanie 

stabilizację wyładowania i utrzymanie wartości prądu na poziomie odpowiadającym 

znamionowej mocy lampy. Zwykle nie jest konieczne znalezienie indywidualnych 

układów stabilizujących dla różnych typów lamp wyładowczych pracujących na na-

pięciu 230 V. W ten sposób w promiennikach trójpasmowych (HPI) stosuje się te 

same układy, co w wysokoprężnych lampach rtęciowych, podczas gdy lampy zawie-

- 5 -

rające pierwiastki metali ziem rzadkich (MHN-T, MHN-TD) oraz MHW-TD dobrze 

działają przy układach stosowanych w wysokoprężnych lampach sodowych. 

Rys. 3. Schemat budowy lampy metalohalogenkowej typu HPI 

W układzie zasilania lampy metalohalogenkowej znajduje się układ zapłono-

wy. Ponieważ napięcie uzyskiwane z dławika jest niewystarczające do zapłonu lam-

py konieczne są dodatkowe urządzenia wspomagające zapłon - elektroniczne układy 

zapłonowe. Jedynie lampy skandowe i kilka mniejszych trójpasmowych typów ta-

kich jak HPI 400W BUS mogą startować bez układu zapłonowego a jedynie przy 

pomocy elektrody pomocniczej. 

Stosowane obecnie układy zapłonowe dla wysokoprężnych lamp wyładow-

czych omówiono w rozdziale 1.3. 

Stabilizacja wyładowania w lampach metalohalogenkowych trwa krócej niż w 

lampach rtęciowych. Wartości napięcia i prądu osiągają swe wartości znamionowe 

po kilku minutach od chwili zapłonu (rys. 4). Po pierwszym zgaszeniu lampy ciśnie-

nie panujące w rurze wyładowczej jest zbyt duże do zapewnienia ponownego zapło-

- 6 -

nu na istniejącym napięciu. Ponowny zapłon lampy jest możliwy dopiero po 5 do 20 

minutach, zależnie od szybkości stygnięcia jarznika. 

o / o

160 

4  1 4 0 

I  1 2 0 

1 0 0 

80 

60 

4 0 

20 

0 

Rys. 4. Zachowanie podczas rozruchu lampy ITPI-(T) 

gdzie: W|

a

 - moc lampy, 

Via - napięcie lampy, 

Ii

a

 - prąd lampy, 

O - strumień świetlny. 

W lampach z pierwiastkami metali ziem rzadkich (dysproz lub ind) dwustron-

nie trzonkowanych o specjalnej konstrukcji jednego z trzonków, istnieje możliwość 

natychmiastowego zapłonu po krótkiej przerwie w przepływie prądu (na przykład po 

awarii sieci zasilającej) po przyłożeniu impulsu napięciowego o wartości 30 - 60 kV. 

Lampy metalohalogenkowe są bardziej wrażliwe na zmiany napięcia zasilają-

cego niż lampy rtęciowe (rys. 5). Zmiana napięcia o ± 10% powoduje zmianę tempe-

ratury barwowej. Poza tym wzrost napięcia zasilającego powyżej U

r

 zmniejsza 

trwałość lampy. 

\ 

\ 

/ 

/ 

/ / 

/ , 

F / 

/ 

/ 

/ I 

w,„ 

/ 

/ / 

"J 

/ 

/ 

/ 

• 

'O 

1

2 3 4 

c z a s w  m i n . •  — • 

70 

92 100 106 

napięcie zasilania w % 

Rys. 5. Wpływ wahań napięcia roboczego na parametry lampy metałohalogenkowej typu HPI 

Lampy metalohalogenkowe dostępne są w wielu odmianach: 

• dwustronnie trzonkowane, 

• jednostronnie trzonkowane. 

Na badanym stanowisku wykorzystano lampę dwustronnie trzonkowaną typu 

MHN-TD. 

1.3. PRZEGLĄD UKŁADÓW ZAPŁONOWYCH 

Obecnie stosowane są cztery typy układów zapłonowych dla wysokoprężnych 

lamp wyładowczych (HID). Na rysunku 6 przedstawiono cztery typy układów zapło-

nowych stosowanych zarówno w lampach rtęciowych, sodowych jak i metalohalo-

genkowych. 

- 8 -

a)Bez zapłonnika 

JJF-FYYYYY 

F 

/1\ 

HP 
HPL 

i>) Układ równoległy 

f 

F 

HPI 
SON-I 

(SOX) 

W 

C)

 Układ szeregowo-ró^ioległy d> Układ szeregowy ^ 

^

T

^

M COM  ^ Y Y Y Y y r - i 

MH 

SON-E 

HPA 

0=) 

CDM 
MH 

SON-E 
HPA 

y 

Rys. 6. Układy zapłonowe HID: a) bez zapłonnika, b) równoległy, c) szeregowo - równołegły, 

d) szeregowy 

Oprócz konwencjonalnych układów zapłonowych (statecznik + zapłonnik) 

stosowane są również elektroniczne układy zapłonowe. Układ elektroniczny zastę-

puje tradycyjną anodę zapłonową i kondensator. 

L/-

N  f -

/ J \ 

La 

Rys. 7. Układ pracy lampy przy zastosowaniu układu elektronicznego 

Najważniejszymi cechami tych układów są: 

• eliminacja pulsowania strumienia świetlnego, 

• eliminacja wahań sieci zasilającej, 

• mały rozmiar i ciężar. 

Dla lamp metalohalogenkowych stosowane są przeważnie dwa konwencjonal-

ne układy: układ szeregowo - równoległy i szeregowy (rys. 6 c, d). 

- 9 -

Zaletami technicznymi układu szeregowego jest niezależność działania dławi-

ka i zapłonnika. 

Wadami natomiast są: 

• straty mocy na zapłonniku, 

• dławik i zapłonnik wymagają osobnej ochrony przeciw efektom końca trwałości 

lampy, 

• zapłonnik buczy (cewka). 

Do zalet układu szeregowo - równoległego możemy zaliczyć: 

• minimalny pobór mocy przez zapłonnik, 

• zapłonnik się nie nagrzewa, 

• wyższa dopuszczalna temperatura otoczenia zapłonnika, 

• wystarczająca odległość pomiędzy lampą i układem, 

• cichy zapłonnik, 

• zapłonnik nie jest narażony na efekty końca trwałości lampy. 

Układ ten wykorzystano w zaprojektowanym stanowisku laboratoryjnym. Jest 

to układ zalecany przez firmę Philips dla lamp SON i lamp metalohalogenkowych. 

W celu zapewnienia stabilności pracy lampy pracującej na stateczniku kon-

wencjonalnym zaleca się, aby napięcie zasilania nie wahało się więcej niż ± 5% od 

napięcia znamionowego statecznika. 

LITERATURA 

1. Grabowski Z., Szypowski H.: Oświetlenie elektryczne. Warszawa, PWN 1972. 

2. Lighting manuał. Philips Lighting. Philips International B. V., 1993 (Wyd. 5). 

3. Technika świetlna. Poradnik - informator. Praca zbiorowa pod redakcją Przewod-

niczącego PKOSw. dr inż. Jana Grzonkowskiego. Warszawa, 1996. 

- 10-

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA 

2.1. DANE ZNAMIONO WE LAMPY 

Określić moc lampy oraz jej moc znamionową. 

2.2. UKŁAD POŁĄCZEŃDO POMIARÓW 

Rys. 8. Układ połączeń do badania lampy metalohałogenkowej 

Oznaczenia: 

L

a

 - lampa metalohalogenkowa typu MHN-TD, 

S - statecznik (dławik), 

Pi P2 - przełączniki Pi i P

2

 służące do odpowiednich przełączeń obwodu w celu uzyskania 

odpowiednich pomiarów mocy i napięcia, 

Przełącznik Pi w pozycji A - moc układu, 

B - moc lampy, 

Przełącznik P2 w pozycji A - napięcie układu zapłonowego, 

B - napięcie dławika, 

,0 - napięcie lampy. 

- 1 1 -

2.3. WYKONANIE POMIARÓW 

2.3.1. Przygotowanie układu 

Ustawić luksomierz w odpowiednim miejscu tak, aby jego ogniwo fotoelek-

tryczne skierowane było w stronę lampy. 

UWAGA: Właściwy pomiar powinien odbywać się bez wpływu obcych źródeł świa-

tła, jak również bez wpływu strumienia rozproszenia odbitego od otocze-

nia. W przypadku występowania w pomieszczeniu trudnych do wyelimi-

nowania obcych źródeł (np. oświetlenie ogólne laboratorium), luksomierz 

wskazuje przy pomiarze natężenie oświetlenia będącego sumą dwu natę-

żeń: 

E = E' + E

0 

Należy wówczas przed właściwymi pomiarami zmierzyć natężenie 

oświetlenia E

0

 pochodzące od obcych źródeł światła i panujące w miejscu 

pomiarów. Wtedy natężenie E' pochodzące od badanego źródła światła 

wynosi: 

E' = E - E

0 

UWAGA: Przy pomiarach mocy (P) należy uwzględnić, że watomierz wskazuje su-

mę mocy pobieranej przez źródło światła i mocy pobieranych przez mier-

niki. 

W układzie jak na rys. 8, watomierz wskazuje sumę mocy pobieranej przez lampę, i 

w watomierzu (Pw)- Znając oporności wewnętrzne przyrządów, można wyznaczyć 

P

w

, co pozwoli na dokonanie korekty wyników pomiarów. 

2.3.2. Pomiary podczas rozruchu 

a) Wyłączniki Wi, W2 i W

3

 zamknięte. Przy pomocy autotransformatora nastawiamy 

na woltomierzu Vi napięcie 220 V. Następnie należy zamknąć wyłącznik

 W4, roz-

poczynając od tej chwili pomiar czasu. Zanotować wskazania amperomierza (I), 

watomierza (P), woltomierza (V

2

) i luksomierza (E), bezpośrednio po zamknięciu 

- 12 -

W4 oraz w kolejnych odstępach czasu, np. co 10 czy 15 s. Osiągnięcie przez lampę 

strumienia znamionowego sygnalizuje ustalenie się wskazań amperomierza (jak i 

luksomierza). 

Wyniki pomiarów zamieścić w tablicy 1. 

Tablica 1 

Lp. 

I 

P 

U 

E 

[A] 

[W] 

[V] 

[lx] 

1 

2 

Zmieniając położenie przełączników Pi i P2 należy wyznaczyć moc lampy, układu 

oraz napięcie lampy, układu zapłonowego i dławika, 

b) Otworzyć wyłącznik W

t

 i zaraz zamknąć go ponownie. Od momentu zamknięcia 

Wi należy rozpocząć pomiar czasu i w kolejnych odstępach czasu notować wska-

zania amperomierza, watomierza, woltomierza (V

2

) i luksomierza, aż do ustalenia 

się wskazań amperomierza (oraz luksomierza). Pomierzyć czas od momentu po-

nownego włączenia lampy do momentu jej zapłonu. 

Wyniki pomiarów zamieścić w tablicy 1. 

2.3.3. Pomiary w normalnym stanie pracy 

Nie gasząc lampy (wyłączniki W

2

, W

3

, W

4

 zamknięte) należy podwyższać na-

pięcie do 250 V, odczekać do czasu ustalenia się wielkości mierzonych i zanotować 

wskazania przyrządów (watomierza, amperomierza, woltomierza i luksomierza). Na-

stępnie obniżać kolejno napięcie do 180 V i każdorazowo po ustaleniu się wielkości 

mierzonych zanotować wskazania przyrządów jak poprzednio. 

Napięcia zmieniamy co 5 V. 

- 13-

Wyniki pomiarów zamieścić w tablicy 2. 

Tablica 2 

Pl 

Pu 

Uzas 

łzas 

U

L 

Ud. 

U

uz 

E 

W 

W 

V 

A 

V 

V 

V 

lx 

Zmieniając kolejno pozycje przełączników Pi i P

2

 wyznaczamy moc lampy, 

układu i odpowiednio napięcie dławika, lampy i układu zapłonowego. 

2.3.4. Oscylografowanie prądów i napięć 

Przed rozpoczęciem oscylografowania należy ustawić oscyloskop na najmniej-

szą czułość. 

Zdjąć oscylogramy: 

a) prądu zasilającego układ przy włączonym i wyłączonym kondensatorze, 

b) napięcia na lampie, zwrócić uwagę na wpływ kondensatora na przebieg napięcia. 

- 14-

3. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW 

1. Przedstawić na wspólnym wykresie zależności: P = f(t); I = f(t); U = f(t); O = f(t) 

po pierwszym i po powtórnym włączeniu lampy (p. 2.3.2. a, b). 

2. Przedstawić na wspólnym wykresie zależności: P = f(U); I = f(U); O = f(U);  U l = 

f(U

s

) (p. 2.3.3.). 

3. Wyznaczyć czas, po jakim lampa osiąga strumień znamionowy po pierwszym i po 

powtórnym jej włączeniu oraz czas od powtórnego załączenia napięcia do zapłonu 

lampy. 

4. Podać napięcie zapłonu lampy (w woltach i w procentach napięcia znamionowe-

go)-

5. Wyciągnąć wnioski z oglądanych na oscyloskopie przebiegów napięć i prądów. 

6. Uwagi i wnioski z wykonywanego ćwiczenia.