무전극 램프

무전극 램프, 유도 램프 또는 무전극 유도 램프는 램프 엔벨로프 외부에서 빛을 발생시키는 데 필요한 전력을 전기장 또는 자기장이 내부의 가스로 전달하는 가스 방전 램프입니다.이는 램프 엔벨로프를 통과하는 도체에 의해 전원 공급 장치에 연결된 내부 전극을 사용하는 일반적인 가스 방전 램프와는 대조적입니다.내부 전극을 제거하면 다음 두 가지 이점이 있습니다.

• 램프 수명 연장(내장 전극은 ^{[citation needed]}켜질 때마다 램프 끝에 금속 성분이 스퍼터지므로 램프 수명에서 가장 제한적인 요인)
• 기존 형광등에서^{[citation needed]} 내부 금속 전극과 반응하는 고효율 발광물질 사용 가능

전자레인지나 전파가 황증기나 할로겐화 금속으로 채워진 전구에 전력을 공급하는 플라즈마 램프와 전자유도를 통해 외부 또는 내부 와이어 코일로 전류를 유도하는 기존 형광등 전구 같은 두 가지 시스템이 공통적이다.

역사

1882년 필립 디엘(발명가)^[1]은 일종의 유도 백열전구에 대한 특허를 받았다.

니콜라 테슬라는 1890년대 강연과 기사에서 무전극 램프에 대한 무선 전력 전달을 시연하고, 그 ^[2]원리에 대한 빛과 배전 시스템을 특허화했다.

1967년과 1968년에 제너럴^[4][5] 일렉트릭의 존^[3] 앤더슨은 무전극 램프에 대한 특허를 출원했다.1971년 Fusion UV Systems는 Coors 캔 생산 ^[6]라인에 300와트 무전극 극초단파 플라즈마 UV 램프를 설치했습니다.Philips는 2.65MHz로 작동하는 QL 유도 조명 시스템을 1990년 유럽 및 1992년 미국에서 도입했습니다.마쓰시타는 1992년에 유도등을 사용할 수 있었다.인터소스 테크놀로지스는 또한 1992년에 E-램프라고 불리는 하나를 발표했다.13.6MHz로 작동하며 1993년 미국 시장에 출시되었습니다.

1990년 마이클 유리, 찰스 우드와 동료들이 유황 램프의 개념을 공식화했다.미국 에너지부의 지원을 받아 1994년 Fusion Systems Corporation의 Fusion UV 사업부의 자회사 메릴랜드주 Rockville의 Fusion Lighting에 의해 더욱 개발되었습니다.그 기원은 반도체와 인쇄업계의 자외선 경화에 사용되는 마이크로파 방전 광원에 있다.

제너럴 일렉트릭은 1994년부터 2.65MHz로 작동하는 고주파 드라이버를 내장한 유도등 제누라를 생산해 왔습니다.1996년 오스람은 엔두라 유도등 시스템을 250kHz로 판매하기 시작했다.미국에서는 실바니아 아이세트론으로 판매되고 있습니다.1997년 PQL Lighting은 미국에 Superior Life Brand 유도 조명 시스템을 도입했습니다.대부분의 유도 조명 시스템은 절대적인 구성 요소 교체가 필요하기 전에 100,000시간 동안 사용할 수 있습니다.

2005년 대만의 Amko Solara는 IP(Internet Protocol) 기반 제어를 어둡게 하고 사용할 수 있는 유도등을 선보였다.램프의 범위는 12~400와트이며 250kHz에서 작동합니다.

1995년부터, Fusion의 전 대리점 Jenton/Jenact는, 통전된 자외선 방출 플라즈마가 손실 도체로서 작용해 살균 및 살균을 위한 무전극 UV 램프에 관한 다수의 특허를 만들어 낸다는 사실을 확대했습니다.

2000년경에는 세라믹으로 만든 고체 유전체 도파관에 고주파수를 집속시키는 시스템이 개발되어 내부에 위치한 전구 안에서 발광 플라즈마를 통전시켰다.이 시스템은 처음으로 매우 밝고 컴팩트한 무전극 램프를 가능하게 했습니다.그 발명은 논쟁거리가 되어 왔다.Frederick Espiau(당시 Luxim, 현재는 Topanga Technologies)의 Chandrashekhar Joshi 및 Yian Chang이 주장한 이러한 주장은 Ceravision ^[7]Limited에 의해 반박되었습니다.다수의 핵심 특허가 Ceravision에 ^[8][9]할당되었다.

2006년에 Luxim은 LIFI라는 이름의 프로젝터 램프 제품을 발표했습니다.이 회사는 2007년과 2008년에 걸쳐 악기, 엔터테인먼트, 거리, 지역 및 건축 조명 분야에서의 광원 제품으로 이 기술을 더욱 확장했습니다.

2009년 세라비전 리미티드(Ceravision Limited)는 알바라(Alvara)라는 상표명으로 첫 고효율 플라즈마(HEP) 램프를 선보였다.이 램프는 초기 램프의 불투명 세라믹 도파관을 광학적으로 투명한 석영 도파관으로 대체하여 효율성을 높입니다.이전의 램프에서는 버너 또는 전구가 매우 효율적이었습니다. 그러나 불투명한 세라믹 도파관은 빛의 투사를 심각하게 방해했습니다.석영 도파관은 플라즈마로부터의 모든 빛을 통과시킨다.

2012년 Topanga Technologies는 솔리드 스테이트 무선 주파수(^[10]RF) 드라이버에 의해 구동되는 첨단 플라즈마 램프(APL) 라인을 출시하여 시스템 전력 127 및 230V, 시스템 효율 96 및 87루멘/와트, CRI 약 70으로 마그네트론 기반 드라이버의 제한된 수명을 회피했습니다.

여러 회사가 이 기술을 라이선스하여 LED 조명이 효과적인 솔루션 포인트에 도달하기 전에 조명 개량과 업그레이드를 위한 에너지 절약 솔루션이 되었습니다.400와트, 750와트 및 1000와트 금속 할로겐화물 및 고압 나트륨 시스템을 대체하는 전 세계 도로 및 하이 마스트 애플리케이션에서 널리 사용되고 있습니다.LEP(Light Emitting Plasma) 솔루션은 HID에 비해 훨씬 높은 내강 밀도를 제공하여 HID의 이전 솔루션과는 달리 약 50%의 전력 절감을 실현하고 냉간 또는 열간 타격 시 약 45~60초 만에 최대 강도를 달성할 수 있었습니다.

플라즈마 램프

플라즈마 램프는 닫힌 투명 버너 또는 전구 내부에서 무선 주파수(RF) 전원을 사용하여 플라즈마를 들뜨게 하여 빛을 내는 광원 패밀리입니다.일반적으로 이러한 램프는 귀한 가스 또는 이러한 가스와 금속 할로겐화 나트륨, 수은 또는 황과 같은 추가 물질의 혼합물을 사용합니다.도파로는 플라즈마 내에 전계를 구속하고 초점을 맞추기 위해 사용됩니다.작동 시 가스는 이온화되고 전장에 의해 가속된 자유 전자는 가스 및 금속 원자와 충돌합니다.가스와 금속 원자의 주위를 선회하는 일부 전자는 이러한 충돌에 의해 흥분되어 더 높은 에너지 상태에 이르게 됩니다.전자가 원상태로 떨어지면 광자를 방출해 충전재에 따라 가시광선이나 자외선을 방출한다.

최초의 플라즈마 램프는 Fusion UV에 의해 개발된 아르곤과 수은 증기로 채워진 전구를 가진 자외선 경화 램프였다.이 램프는 Fusion Systems가 유황 램프를 개발하도록 이끌었습니다. 유황 램프는 중공 도파관을 통해 전자파를 집중시켜 아르곤과 유황으로 채워진 전구를 폭격합니다.

과거에는 전자파를 생성하는 마그네트론이 무전극 램프의 신뢰성을 제한했습니다.솔리드 스테이트 RF 생성은 동작하며 긴 수명을 제공합니다.단, 현재 RF를 발생시키기 위해 솔리드 스테이트 칩을 사용하는 것은 마그네트론을 사용하는 것보다 약 50배 더 비싸기 때문에 고부가가치 조명용 니치에만 적합합니다.스웨덴의 Dipolar는 저렴한 플라즈마 램프를 가능하게^[12] 하여 마그네트론의 수명을^{[clarification needed]} 4만 시간 이상으로 크게 연장하는 것이 가능하다는 것을 보여주었다.플라즈마 램프는 현재 Ceravision과 Luxim이 생산하고 있으며 Topanga Technologies가 개발 중이다.

Ceravision은 하이베이 및 가로등 용도로 사용할 수 있도록 Alvara라는 상표명으로 램프와 조명기구를 도입했습니다.일체형 버너가 있는 광학적으로 투명한 석영 도파관을 사용하여 플라즈마에서 나오는 모든 빛을 통과시킵니다.또한 조명기구는 광원이 작기 때문에 일반적인 HID 피팅의 55%에 비해 90% 이상의 조명을 사용할 수 있습니다.Ceravision은 시판되는 조명기구 중 가장 높은 LER(^[13]Luminaire Efficient Rating)를 자랑하며, 최초의 고효율 플라즈마(HEP) 램프를 개발했습니다.Ceravision은 마그네트론을 사용하여 필요한 RF 전력을 생성하며 20,000시간의 수명을 요구합니다.

Luxim의 LIFI 램프는 RF 와트당 120루멘을 요구합니다(즉,^[14] 전기적 손실을 고려하기 전).램프는 로브 라이팅의 ROB에 사용되었습니다.300 플라즈마 스팟 무빙 헤드라이트.^[15]현재는 단종된 파나소닉 리어 프로젝션 TV 제품 ^[16]라인에도 사용되고 있습니다.

자기 유도등

에너지를 수은 증기와 결합하는 방법을 제외하면 이 램프는 기존 형광등과 매우 유사합니다.방전용기 내의 수은 증기는 전기적으로 흥분하여 단파 자외선을 발생시키고, 이 자외선은 내부 인광을 들뜨게 하여 가시광을 발생시킨다.이 램프는 아직 대중에게 비교적 알려지지 않았지만 1990년부터 사용할 수 있게 되었습니다.백열등이나 일반적인 형광등과 달리, 유리 전구 내부에는 전기적 연결이 없으며, 에너지는 전자파 유도로만 유리 엔벨로프를 통해 전달됩니다.자기 유도등에는 주로 외부 코어 램프와 내부 코어 램프의 두 가지 유형이 있습니다.상업적으로 사용 가능하며 여전히 널리 사용되는 최초의 유도등은 내부 코어 타입입니다.나중에 상용화된 외장 코어 타입은 응용 범위가 넓으며 원형, 직사각형, "올리브" 형태의 폼 팩터로 이용할 수 있습니다.

외부 코어 램프는 기본적으로 방전관의 일부를 감싸는 자기 코어가 있는 형광 램프입니다.코어는 보통 산화철과 다른 금속을 포함하는 세라믹 재료인 페라이트(Ferrite)로 만들어집니다.외부 코어 램프에서는 특수 전원으로부터의 고주파 에너지가 유리관의 일부 외부에 배치된 트로이덜 페라이트 코어 주위의 코일에 감긴 와이어를 통과한다.이로 인해 페라이트 코어 내에 고주파 자기장이 생성됩니다.페라이트 코어는 주변 공기나 유리보다 수백배 또는 수천배 높은 자기투과율을 가지며 페라이트 코어는 자기장의 폐쇄경로를 제공하기 때문에 페라이트 코어는 거의 모든 자기장을 포함한다.

패러데이의 유도 법칙에 따라 코어의 시간 변동 자기장은 시간 변동 자기장을 둘러싸는 폐쇄 경로에서 시간 변동 전압을 생성합니다.방전관은 페라이트 코어 주위에 이러한 폐쇄 경로를 형성하며, 이와 같이 코어 내의 시간 변동 자기장이 방전 튜브 내에서 시간 변동 전계를 생성하므로 자기장이 방전 튜브를 통과할 필요가 없습니다.시간 변화에 따른 자기장에 의해 발생하는 전계는 기존의 형광등에서 전기장에 의해 방전되는 것과 같은 방식으로 수은 희소가스 방전을 구동합니다.페라이트 코어, 코어 및 방전 상의 1차 권선은 변압기를 형성하고 방전은 변압기의 1회용 2차 권선이 됩니다.

방전관에는 아르곤, 수은증기 등 희가스의 저압이 포함되어 있습니다.수은 원자는 액체 수은 한 방울 또는 수은과 비스무트, 납 또는 주석과 같은 다른 금속의 반고체 혼합물에 의해 제공됩니다.액체 수은이나 아말감에 있는 수은의 일부는 수은 증기를 제공하기 위해 증발한다.전장은 수은 원자의 일부를 이온화하여 자유 전자를 만들고, 그 자유 전자를 가속시킨다.자유 전자가 수은 원자와 충돌할 때, 그 원자 중 일부는 전자로부터 에너지를 흡수하고 더 높은 에너지 수준으로 "흥분"된다.약간의 지연 후, 들뜬 수은 원자는 자연스럽게 원래의 낮은 에너지 상태로 이완되고 과도한 에너지와 함께 UV 광자를 방출합니다.기존 형광관과 마찬가지로 UV광자는 가스를 통해 외구 내부로 확산되어 표면화된 형광체 코팅에 흡수되어 그 에너지를 형광체에 전달한다.그런 다음 형광체가 원래의 낮은 에너지 상태로 이완되면 가시광선을 방출합니다.이와 같이 UV 광자는 튜브 내부의 형광체 코팅에 의해 가시광선으로 하향 변환됩니다.램프의 유리벽은 일반 유리가 253.7nm 이상의 짧은 파장에서 자외선을 차단하기 때문에 자외선 광자의 방출을 막는다.

내부 코어형상(그림 참조)에서는 유리관(B)이 방전용기(A)의 바닥에서 밸브 방향으로 돌출하여 재진입 캐비티를 형성하고 있다.이 튜브에는 원통형 페라이트 코어 위에 감긴 코일로 구성된 파워 커플러라고 불리는 안테나가 포함되어 있습니다.코일과 페라이트는 램프 내부에 에너지를 결합하는 인덕터를 형성합니다.

안테나 코일은 고주파를 생성하는 전자 고주파 드라이버(C)로부터 전력을 공급받습니다.정확한 주파수는 램프 설계에 따라 다르지만 일반적인 예로는 13.6MHz, 2.65MHz 및 250kHz가 있습니다.드라이버의 특수 공진회로는 코일에 초기 고전압을 발생시켜 가스방전을 개시한 후 정상 가동레벨로 감압한다.

이 시스템은 파워 커플러(인덕터)가 1차 코일을 형성하고 전구의 가스 방전 아크가 1회전 2차 코일을 형성하며 변압기의 부하를 구성하는 변압기의 한 종류로 볼 수 있습니다.드라이버는 주전원에 연결되어 있으며, 일반적으로 50 또는 60Hz의 주파수로 100 ~ 277VAC의 전압 또는 배터리로 작동하는 비상등 시스템의 경우 100 ~ 400VDC의 전압으로 작동하도록 설계되었습니다.많은 드라이버는 저전압 모델에서 사용할 수 있으므로 비상 조명 또는 재생 에너지(태양광 및 풍력) 동력 시스템과 함께 사용하기 위해 배터리와 같은 DC 전압 소스에 연결할 수도 있습니다.

다른 기존 가스방전램프에서는 전극이 수명이 가장 짧은 부품으로 램프 수명을 크게 제한한다.인덕션 램프는 전극이 없기 때문에 수명이 길어집니다.별도의 드라이버가 있는 인덕션 램프 시스템의 경우 사용 수명은 최대 10만 시간, 즉 연속 작동 기간 11.4년입니다.통합 드라이버가 장착된 인덕션 램프의 수명은 15,000~50,000시간입니다.운전자가 이렇게 긴 수명을 달성하려면 매우 고품질의 전자 회로가 필요합니다.이러한 램프는 일반적으로 상업용 또는 산업용 용도로 사용됩니다.일반적으로 인덕션 조명 시스템은 업계 평균 10만 시간의 라이프 사이클과 5~10년의 보증으로 운영 및 유지보수 비용이 크게 절감됩니다.

이점

• 전극이 없기 때문에 긴 수명– 엄밀하게 말하면 램프에는 거의 무기한이지만 램프 모델 및 사용되는 전자 장치의 품질에 따라 1970년대의 저품질 LED와 비교해도 손색이 없는 25,000~100,000시간입니다.
• 와트당 62~90루멘의 높은 에너지 변환 효율(고전력 램프가 에너지 효율)
• 고주파 드라이버의 저손실로 인한 고역률(일반적으로 95% ~98%의 효율)
• 필라멘트 증발 및 고갈이 없으므로 다른 램프 유형에 비해 최소한의 내강 감가(연령에 따라 광출력이 감소함)
• 수은-증기 램프, 나트륨-증기 램프 및 메탈-할라이드 램프와 같이 상업용 산업용 조명 애플리케이션에 사용되는 대부분의 HID 램프와 달리 "즉시 켜짐" 및 핫-스트라이크
• 인덕션 램프는 수명이 길기 때문에 대부분의 기존 조명보다 시간당 에너지 소비량이 적고 수은이 적기 때문에 친환경적입니다.수은은 램프가 고장나거나 수명이 ^{[citation needed]}다했을 때 재활용되면 쉽게 회수할 수 있는 고체 형태입니다.

단점들

• 고주파 드라이버를 사용하는 일부 내부 인덕터 램프에서는 무선 통신을 방해할 수 있는 Radio Frequency Interference(RFI; 무선 주파수 간섭)가 발생할 수 있습니다.새로운 외부 인덕터 타입의 램프에서는, 통상, FCC 또는 그 외의 인증을 취득한 저주파 드라이버가 사용되고 있기 때문에, RFI 규제에 준거하고 있습니다.
• 일부 유형의 유도등에는 수은이 함유되어 있어 환경에 방출될 경우 독성이 매우 높습니다.

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레퍼런스

외부 링크

• 무전극 유도등, 전등 기술 박물관