Мощная индукционная люминесцентная лампа, работающая на частоте 135 кГц

17 декабря 2012 - Админ

В статье представлены конструкция и характеристики индукционной люминесцентной лампы (лампа), работающей на частоте (f) 135 кГц, с начальным световым потоком (Ф) 23 клм при мощности (Р) 232 Вт. Как видно из рис. 1, к дну стеклянной колбы лампы диаметром 180 мм и высотой (H) 240 мм приварена стеклянная цилиндрическая полость высотой (Hп) 220 мм и диаметром 41 мм, в которой размещён контур возбуждения индукционного разряда. Контур содержит 60-витковую катушку индуктивности из многожильного (19 жил) литцендрата, имеющего на f = 135 кГц низкое удельное сопротивление (2х10–3 Ом/см), и полый ферромагнитный сердечник сечением 1,4 см2, изготовленный из ферромагнитного материала Р-типа (MnZn) с низкими потерями мощности на f = 10-500 кГц при индукции магнитного поля 0,02-0,1 Тл. На внутренние поверхности стенок колбы и полости нанесено защитное покрытие и слой люминофора с цветовой температурой (Тц) 3000 К (NP-92, Nichia). Aмальгама (3,5% Hg) расположена в штенгеле на расстоянии (Ha) 140 мм от дна колбы, где её рабочая температура лежит в пределах 70-130°С во всём рабочем диапазоне температур окружающей среды (tос): от –10 до +60°C, что обеспечивает оптимальное давление ртутного пара: 0,53-1,60 Па. Оптимальное давление инертного газа (аргона), которое соответствует (при Р = 232 Вт) максимуму световой отдачи лампы, найдено экспериментально: 2,67-4,0 Па.

 

Рис. 1. Схематический чертёж индукционной люминесцентной лампы

Рис. 1. Схематический чертёж индукционной люминесцентной лампы

 
Эквивалентное сопротивление контура возбуждения (Rк) на f = 135 кГц мало (менее 1 Ом), что при большой индуктивности контура (Lк), равной 0,5 мГн, обеспечивает его высокую добротность (Qк):


Qк = 2 π f Lк / Rк = 440.


Из-за весьма большой мощности лампы (232 Вт), катушка индуктивности и ферромагнитный сердечник через стенки полости подвергаются конвекционному и лучистому нагреву индукционным разрядом. Для их охлаждения в полости лампы расположена цилиндрическая медная трубка, имеющая хороший термический контакт с сердечником и отводящая от него в цоколь лампы тепло, рассеиваемое вовне через соответствующий светильник (не показан).


Питание лампы осуществляется с помощью схемы, содержащей задающий генератор (PM 5193, Philips) и широкополосный усилитель (1140 LA, ENI), сигнал с которого подаётся на согласующий Г-контур, составленный из тонкоплёночных конденсаторов.


Измерялись электрические и светотехнические характеристики лампы – ток катушки индуктивности и напряжение на ней, Р2, мощность потерь в контуре возбуждения (Рк), спектр излучения, Ф, Тц и общий индекс цветопередачи (Ra). Для исследования работы лампы при различных toc она помещалась в термокамеру, температура в которой могла меняться от –20 до +60°С.


Благодаря малости Pк (4 Вт) при Р = 232 Вт КПД контура возбуждения (ηк), определяемый как ηк = (P – Pк)/P, весьма высок (98%). Вместе с оптимальным выбором размеров колбы, давления буферного газа и люминофора малость Pк обеспечивает высокую световую отдачу лампы (ηv), определяемую как ηv = Ф/Р. Как видно из рис. 2, с повышением Р от 100 до 250 Вт ηv слегка падает: со 105 до 98 лм/Вт, имея при Р = 232 Вт значение 99 лм/Вт (!). Наличие максимума (105 лм/Вт) кривой ηк (Р), наблюдаемое при Р = 100 Вт, объяснимо ростом Pк с уменьшением Р, с одной стороны, и ростом частоты тушащих соударений возбуждённых атомов ртути с электронами плазмы с увеличением Р, с другой.

 

Рис. 2. Зависимость световой отдачи ηv двух одинаковых индукционных люминесцентных ламп с давлением инертного газа (аргона) 4 Па от мощности лампы Р при температуре окружающей среды 25°С

Рис. 2. Зависимость световой отдачи ηv двух одинаковых индукционных люминесцентных ламп с давлением инертного газа (аргона) 4 Па от мощности лампы Р при температуре окружающей среды 25°С

 
С повышением Р от 100 до 250 Вт Тц слабо возрастает: с 3100 до 3200 К; а Ra слабо падает: с 79 до 77.


Относительные фотометрические измерения лампы, установленной в термокамере, при Р = 232 Вт показали, что во всём рабочем диапазоне toc, от –10 до +60°С, Ф не опускается ниже 77% от своего максимума при toc = 25°С.


Автор выражает признательность Роберту Чандлеру за помощь в проведении конструкторских и экспериментальных работ, а Джейкобу Майя за ценные советы и постоянную поддержку в работе.

Рейтинг: 0 Голосов: 0 3777 просмотров
Комментарии (0)