لامپ HID

همانطور که می دانید امروزه مسئله روشنایی یکی از عوامل مهم در محیط زندگی و کار افراد می باشد. روشنایی درست و اصولی و متناسب با کاربری یک محیط علاوه بر افزایش بازدهی افراد باعث آرامش و عدم خستگی می شود. برای ایجاد یک روشنایی مناسب از انواع چراغ و لامپ استفاده می شود. لامپ ها انواع مختلفی دارند و هرکدام دارای ویژگی های منحصر به فردی ست که متناسب با نیاز های محیط مورد نظر انتخاب می شود. از رایج ترین انواع لامپ می توان به لامپ HID ، لامپ رشته ای و هالوژن ، لامپ فلورسنت و کم مصرف ، لامپ ال ای دی اشاره کرد.

در این مطلب آموزشی قصد داریم به توضیح مفصل در زمینه لامپ HID چیست، انواع لامپ HID، کاربرد و مشخصات فنی آن بپردازیم. بدین منظور لازم است ابتدا با مفهوم و انواع لامپ گازی آشنا شویم.

لامپ گازی

لامپ گازی یا لامپ تخلیه در گاز نوعی لامپ دارای یک محفظه شیشه‌ای یا سیلیکایی است که داخل آن دو الکترود جدا از هم وجود دارد و درون این محفظه از گاز پرشده است. با برق‌دار شدن این الکترود‌ها، الکترونهای پرانرژی از داخل گاز عبور کرده و نور تولید می‌کند. این الکترون‌ها به اتم‌های خنثی درون گاز برخورد می‌کنند و سبب برانگیخته شدن گاز درون لامپ می شوند.

انواع لامپ گازی

1. انواع لامپ گازی از نظر روش تولید نور

2. لامپ گازی از نظر روش تولید نور ، به دو دسته کلی تقسیم می شود: دسته اول لامپ‌هایی که مستقیماً نور مرئی تولید می‌کنند مانند لامپ بخار جیوه و لامپ بخار سدیم، و دسته دوم لامپ‌هایی که نور تولیدی آن‌ها غیرمرئی است و برای تولید نور مرئی در آن‌ها از تحریک یک جسم فلورسنت استفاده می‌شود که نمونه رایج آن لامپ مهتابی است.

1. انواع لامپ گازی از نظر فشار گاز داخل لامپ

2. لامپ گازی از نظر فشار گاز داخل لامپ به انواع کم فشار ( شامل لامپ فلورسنت، فلورسنت فشرده (کم‌مصرف CFL) و سدیمی کم‌فشار(SOX) ) و پرفشار (شامل لامپ جیوه‌ای پرفشار، متال هالید و سدیمی پرفشار(SON) ) تقسیم می شود.
3. حال که با انواع لامپ گازی آشنا شدید بهتر است برگردیم به موضوع اصلی، یعنی لامپ HID .

لامپ HID چیست

HID مخفف عبارت High-intensity discharge به معنی تخلیه با شدت بالا است. بنابراین همانطور که از نام آن پیداست، لامپ HID از انواع لامپ گازی پرفشار است. لامپ HID با انواع گازهای سدیم، جیوه، متال هالید تولید می شود که وجود هر کدام از این گاز‌ها درون لامپ HID یک لامپ منحصربه‌فرد تولید می‌کند که نور خاص خود را دارد. ساختار کلی لامپ HID در شکل زیر نشان داده شده است.

1. لامپ بخار جیوه

2. لامپ بخار جیوه یکی از انواع لامپ HID (لامپ گازی پر فشار) می باشد. در این لامپ گازی با عبور جریان برق از درون بخار جیوه، نور تولید می‌شود. جیوه در حالت عادی مایع است و به همین دلیل برای راه‌اندازی آسان‌تر لامپ مقداری گاز آرگون به آن می‌افزایند. پس از روشن شدن لامپ رفته‌رفته جیوه داخل لامپ به بخار تبدیل می‌شود و فشار داخل حباب لامپ به چند اتمسفر می‌رسد، با بالا رفتن فشار داخل لامپ الکترون‌های سطوح انرژی بالاتری تحریک می‌شوند و رفته‌رفته نور لامپ به نور مرئی نزدیک می‌شود. 
3.  
4. مراحل روشن شدن لامپ بخار جیوه به این صورت است که در ابتدا به علت فشار کم جیوه، نور آبی کم رنگی ناشی از آرگون دیده می شود و کم کم نور سبز جیوه ظاهر می شود، با گذشت حدود ۳ تا ۵ دقیقه همه جیوه بخار می شود و فشار آن بالا می رود و رنگ نور به حالت طبیعی نزدیک می شود. اگر جریان برق قطع شود لامپ بخار جیوه خاموش می شود و با وصل مجدد برق لامپ روشن نخواهد شد زیرا فشار گاز خیلی زیاد است و امکان برقرار کردن جرقه در آن وجود ندارد. معمولا ۵ تا ۷ دقیقه طول می کشد تا لامپ گازی به حد کافی خنک شود و فشار داخل آن پایین آید تا مجدداً جرقه برقرار شود.
5.  
6. به همین دلیل از این نوع لامپ HID (لامپ بخار جیوه) برای مکان هایی که نیاز به خاموش و روشن کردن زیاد لامپ است، استفاده نمی شود. در واقع لامپ بخار جیوه برای تامین روشنایی بیرونی نظیر پارک، پیاده رو، استادیوم و تامین روشنایی سالن های کارخانه ها و هر مکانی که تعویض لامپ دارای هزینه و مشکلات فراوان است، مناسب است.

1. در حالت کلی، برای استفاده از لامپ های گازی پرفشار (لامپ HID)، مانند لامپ های فلورسنت به مدار راه انداز و مدار محدود کننده جریان نیاز داریم. این راه انداز که با نام بالاست یا چوک شناخته می شود، وظیفه ی بالا بردن ولتاژ در لحظه استارت و کاهش جریان پس از روشن شدن لامپ HID را بر عهده دارد. با این حال در برخی از انواع لامپ HID، مدارات راه انداز به نوعی در داخل خود لامپ تعبیه شده اند.
2.  
3. بر این اساس، لامپ بخار جیوه به دو دسته لامپ بخار جیوه و لامپ بخار جیوه مستقیم تقسیم می شود. لامپ بخار جیوه معمولی فیلامان ندارد و برای روشن شدن لامپ از ولتاژ ضربه‌ای ناگهانی که توسط چوک تأمین می‌گردد استفاده می‌شود. اما لامپ بخار جیوه مستقیم تنها لامپی است که در بین انواع لامپ HID نیازی به استارتر (چوک) ندارد. ساختمان لامپ بخار جیوه مستقیم به گونه ای است که می توان آن را بدون نیاز به مدار جانبی راه انداز روشن کرد. در لامپ بخار جیوه مستقیم علاوه بر تیوب اصلی که تخلیه الکتریکی در آن صورت می گیرد، یک فیلامان نیز داخل این لامپ HID قرار دارد. به عبارتی نور حاصله از این لامپ ترکیبی از نور ناشی از گداخته شدن فیلامان و تخلیه الکتریکی در گاز است.

1. لامپ بخار سدیم

2. لامپ بخار سدیم یکی دیگر از انواع لامپ گازی پرفشار (لامپ‌ HID) است، این نوع لامپ HID ساختمانی شبیه به لامپ بخار جیوه دارد با این تفاوت که در آن به جای جیوه از سدیم به همراه گاز نئون استفاده شده است. 
3. با وجود اینکه، زمان راه‌اندازی لامپ سدیمی نسبت به لامپ‌ بخار جیوه بیشتر است (بین ۱۵ تا ۲۰ دقیقه)، اما لامپ بخار سدیم در صورت قطع‌شدن برق می‌تواند بدون تأخیر دوباره روشن شود. دلیل طولانی تر بودن زمان راه‌اندازی لامپ بخار سدیم، جامد بودن ذرات سدیم در دمای معمولی (دمای کمتر از 98 درجه) است. به همین دلیل مقداری گاز خنثی (گاز نئون) جهت شروع یونیزاسیون و گرم کردن سدیم داخل لوله وجود دارد. همچنین حدود یک درصد گاز آرگون جهت پایین آوردن فشار استارت به گاز نئون افزوده شده است. لامپ بخار سدیم مانند سایر انواع لامپ HID، برای راه‌اندازی، به مدار جانبی (بالاست) نیاز دارد.
4.  
5. برای شناسایی موارد کاربرد لامپ بخار سدیم باید به این نکته توجه کرد که به دلیل پایین بودن شاخص نمود رنگ لامپ بخار سدیم، استفاده از این لامپ برای محل هایی که در آنها افراد به صورت بلند مدت تردد دارند، نظیر پیاده روها، پارک ها، محیط های داخلی از قبیل مراکز خرید و ... مناسب نیست. اما در مقابل، صرف نظر از رنگ نور نامناسب، لامپ بخار سدیم به دلیل داشتن بهره نوری بالا و نیز طول عمر زیاد، یکی از مناسب و پرکاربردترین انواع لامپ برای تامین روشنایی معابر شهری و بین شهری، نظیر اتوبان ها، خیابان ها و جاده ها، تونل ها، پله ها و … می باشد.

1. از دیگر موارد کاربرد لامپ بخار سدیم می توان به کاربردهای گلخانه ای آن اشاره کرد. همانطور که می دانید امروزه برای پرورش گیاهان در گلخانه ها از انواع لامپ گیاهی، به منظور تامین نور مورد نیاز برای رشد، تغذیه و فتوسنتز گیاهان استفاده می شود. لامپ های گیاهی معمولا یا از دسته لامپ های گازی (لامپ HID) از قبیل لامپ متال هالید و لامپ بخار سدیم و یا از دسته ال ای دی ها می باشند.
2.  لامپ گازی گیاهی به دلیل خروجی نور موثر و زیاد و قیمت پایین، همواره در میان پرورش دهندگان گیاهان بسیار محبوب و پرطرفدار بوده است و به عنوان بهترین نوع لامپ گلخانه ای شناخته می شود.
3. 
   
4.  

5. 1. لامپ بخار سدیم گلخانه

   2. لامپ بخار سدیم گلخانه ای می‌تواند طیف نوری مرئی زرد و قرمز را ساطع کند. و از آن بیشتر در مرحله گلدهی و میوه دهی گیاهان استفاده می شود زیرا  نور قرمز موجب افزایش انرژی در گیاه می‌شود و همین امر باعث شکوفه دادن و باروری گیاه خواهد شد.

1. لامپ متال هالید

2. لامپ متال هالید یکی دیگر از انواع لامپ گازی پرفشار (لامپ‌ HID) است، این نوع لامپ HID از دو حباب بیرونی و داخلی تشکیل شده است، وظیفه حباب بیرونی محافظت از حباب داخلی (در برابر رطوبت و تماس) و نیز جلوگیری از انتشار اشعه ماوراء بنفش است چنانچه حباب بیرونی بشکند، لامپ کماکان روشن می‌شود ولی استفاده از آن بسیار خطرناک است و می‌تواند آسیب جدی به چشم و پوست انسان وارد کند. در واقع لامپ های متال هالید دارای ساختمانی مشابه لامپ بخار جیوه می باشند. اما تفاوت اصلی آن در این است که در حباب داخلی لامپ متال هالید افزون بر جیوه کمی هم نمک های هالوژنی(متال هالید) استفاده می شود. این نمک ها پس از راه اندازی کامل لامپ تبخیر شده و به فلز تشکیل دهنده شان و ید تجزیه می شوند. بخار اصلی این فلزها نورهایی در طول موج های مخصوص تولید می کنند. لامپ متال هالید در مقابل لامپ های گازی بخار سدیم بهره نوری بالاتری دارد. زمان راه اندازی کامل لامپ متال هالید حدود 5 تا 7 دقیقه است، که بعد از این مدت، رنگ نور لامپ کاملاً سفید به نظر می‌رسد.
3.  
4. طول عمر زیاد از جمله ویژگی های لامپ متال هالید می باشد که البته عواملی همچون روش استفاده روی آن تاثیر گذار است. بطور کلی، روشن بودن کوتاه مدت در کنار روشن و خاموش کردن مرتب لامپ، به لامپ آسیب می رساند و باعث کاهش طول عمر آن می شود.  به ویژه در مورد لامپ متال هالید با توان بیش از  1000W، بسیار مهم است که لامپ حداقل ۳ ساعت روشن باشد و قبل از راه اندازی مجدد، حداقل ۳۰ دقیقه خاموش باشد.
5.  
6. از جمله موارد کاربرد لامپ متال هالید در روشنایی استادیوم ها و زمین های ورزشی، نورپردازی نمای ساختمان‌های بزرگ و روشنایی داخلی کارگاه و کارخانجات، موزه ها و نمایشگاه ها و ... می باشد همچنین همانطور که گفته شد این لامپ HID، یکی از پرکاربرد ترین انواع لامپ گازی گیاهی می باشد.

1.  
2. 
   1.  

   2. لامپ متال هالید گلخانه

   3. لامپ متال هالید گلخانه یکی دیگر از انواع لامپ HID گیاهی است که دارای طیف نور آبی و بنفش می باشد و نور آن شبیه نور منتشر شده در فصل بهار است وامکان ریشه زنی و رشد ساقه و برگها را فراهم می کند.
       

راه اندازی لامپ HID

انواع لامپ HID همانند لامپ های فلورسنت، به بالاست یا ترانس برای راه اندازی نیاز دارند. بالاست ها به دو منظور در هنگام راه اندازی لامپ HID مورد استفاده قرار میگیرند:

1. ایجاد ولتاژ بالا هنگام روشن شدن

2. به منظور یونیزه شدن گاز داخل لامپ HID (لامپ گازی پرفشار)، به ولتاژ بالایی نیاز است که این ولتاژ از طریق بالاست ایجاد می گردد.

1. کنترل و تثبیت جریان

2. به دنبال یونیزه شدن گاز داخل لامپ، مقاومت اهمی لامپ شدیداً کاهش پیدا می کند. بنابراین در این شرایط، نیاز به یک بالاست (چوک) است که به طور سری در مدار قرار می گیرد و جریان لامپ را کنترل میکند.
    
3.  

شار نوری لامپ HID

كل نور خارج شده از یك منبع نوری در واحد زمان در تمام جهات در فضا را شار نوری می‌گویند. واحد شار نوری، لومن (Lm) می باشد. شار نوری جزء مشخصات هر لامپ است و توسط شركت‌های سازنده لامپ در كاتالوگ محصولات درج می‌شود. در واقع هر چه شار نوری یك لامپ بیشتر باشد لامپ پر نورتر است.

البته به این نکته توجه کنید که مقادیری که به عنوان شار نوری و منحنی پخش نور لامپ ارائه می شود، در آزمایشگاه و پس از ۱۰۰ ساعت کار لامپ اندازه گیری شده اند و نکته بسیار مهم دیگر در مورد شار نوری لامپ های مختلف، وضعیت قرارگیری آن ها است، به عنوان مثال بعضی انواع لامپ گازی مستقیم و بخار جیوه باید به صورت عمودی طوری که سرپیچ آنها رو به بالا یا رو به پایین باشد، قرار بگیرند.
اگر لامپ با هر وضعیت دیگری روشن شود، تغییرات قابل توجهی در شار نوری خروجی، رنگ نور یا طول عمر لامپ ممکن است رخ دهد.
 

از دیگر عوامل تاثیر گذار بر نور لامپ HID، تغییرات دمایی محیط اطراف لامپ می باشد. در دماهای بسیار پایین، ایگنیتورهای مخصوصی باید در نظر گرفته شود. لامپ متال هالید و لامپ بخار سدیم پرفشار، حداکثر شار نوری را در دمای بالا منتشر می سازند.