Исследование характеристик индукционной бесферритной ртутной лампы низкого давления с замкнутой разрядной трубкой

  • Олег Алексеевич Попов
  • Павел Валерьевич Старшинов
  • Виктория Николаевна Васина
Ключевые слова: бесферритный индукционный разряд, ртутная плазма низкого давления, индуктивная катушка, мощность потерь, световая отдача

Аннотация

Проведены исследования электрических и оптических характеристик бесферритной индукционной лампы низкого давления в парах ртути и аргона в замкнутой разрядной трубке с внутренним диаметром 30 мм, имевшей форму параллелепипеда длиной 500 и высотой 70 мм. Разряд возбуждался на частоте 2,0 МГц с помощью шестивитковой индуктивной катушки, изготовленной из посеребренного медного провода с малым удельным сопротивлением и расположенной на внешней поверхности замкнутой трубки по ее периметру. Внутренняя (вакуумная) поверхность разрядной трубки покрыта смесью из трех узкополосных люминофоров. Экспериментально установлено, что увеличение поглощенной плазмой разряда ВЧ-мощности от 127 до 180 Вт слабо влияет на электрические параметры индуктивной катушки, которые находятся в пределах 3,75 ̶ 4,0 А (ВЧ-ток) и 800 ̶ 850 В (напряжение катушки). Практически не меняется мощность потерь в проводе катушки, рассчитанный в рамках трансформаторной модели разрядный ток возрастает с увеличением мощности плазмы от 1,63 до 2,35 A, а средняя по сечению плазменного витка напряженность электрического поля не обнаруживает явной зависимости, оставаясь в пределах 0,7 ̶ 0,76 В/см. Световой поток лампы возрастает с увеличением мощности плазмы от 10430 до 13500 лм, световая отдача плазмы снижается от 82 до 75 лм/Вт, а световая отдача лампы уменьшается от 70 до 67 лм/Вт.

Сведения об авторах

Олег Алексеевич Попов

Учёная степень:

доктор технических наук

Место работы

кафедра Светотехники НИУ «МЭИ»

Должность

профессор

Павел Валерьевич Старшинов

Место работы

кафедра Светотехники НИУ «МЭИ»

Должность

аспирант

Виктория Николаевна Васина

Место работы

НИУ «МЭИ»

Должность

студент

Литература

1. Shaffer J., Godyak V.A. The Development оf Low Frequency High Output Electrodeless Fluorescent Lamp // J. Illuminating Eng. Soc. 2013. V. 28 (1). Pp. 142—148.

2. Исупов М.В., Уланов И.М., Литвинцев А.Ю., Колмаков К.Н. Экспериментальное исследование энергетических характеристик индукционного разряда трансформаторного типа в парах ртути // Теплофизика и аэромеханика. 2002. Т. 9. С. 151—161.

3. Гвоздев-Карелин С.В. Особенности и примеры применения безэлектродной люминесцентной лампы Endura фирмы Оsram // Светотехника. 2006. № 3. С. 9—12.

4. Попов О.А., Чандлер Р.Т. Индуктивный источник света трансформаторного типа на частотах 150 — 400 кГц мощностью 200—500 Вт // ТВТ. 2007. № 4. С. 795—800.

5. Pat. No. 7183717 US. Inductively-driven Plasma Light Source.

6. Исупов М.В., Кротов C.B., Литвинцев А.Ю., Уланов И.М. Индукционная ультрафиолетовая лампа // Светотехника. 2007. № 5. С. 37—40.

7. Godyak V. Ferromagnetic Enhanced Inductive Plasma Sources // J. Phys D. Appl. Phys. 2013. V. 46. No. 28. Pp. 1—23.

8. Kobayashi S., Hatano A. High-intensity Lowpressure Electrodeless Mercury-argon Lamp for UV Disinfection of Wastewater // J. Water and Environment Techn. 2005. V. 3. No. 1. Pp. 71—76.

9. Свитнев С.А., Попов О.А., Левченко В.А. Характеристики высокочастотной 13,56 МГц бесферритной индукционной ультрафиолетовой лампы // Прикладная физика. 2015. № 6. C. 92—97.

10. Popov О.А., Chandler Р.Т. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160—1000 kHz // Plasma Sources Sci. Tech. 2002. V. 11. No. 2. Pp. 218—224.

11. Попов О.А., Никифорова В.А. Индукционный бесферритный источник света мощностью 300—400 Вт на частоте 200—400 кГц // Вестник МЭИ. 2010. № 2. С. 159—164.

12. Lister G.G., Cox M. Modeling of Inductively Coupled Discharges with Internal and External Coils // Plasma Sources Sci. Tech. 1992. V. 1. No. 1. Pp. 67—73.

13. Никифорова В.А., Попов О.А. Пространственное распределение параметров плазмы индукционного разряда в бесферритной лампе замкнутого типа // Вестник МЭИ. 2010. № 5. С. 111—117.

14. Denneman J.W. Determination of Electromagnetic Properties of Low-pressure Electrodeless Inductive Discharges // J. Phys. D. Appl. Phys. 1990. V. 23. Pp. 293 —298.

15. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B.M. А Simple Analyses of an Inductive RF Discharge // Plasma Sources Sci. Tech. 1992. V. 1. No. 3. Pp. 179—185.

16. Gudmundsson J.T., Lieberman M.A. Magnetic Induction and Plasma Impedance in a Cylindrical Inductive Discharge // Plasma Sources Sci. Tech. 1997. V. 6. No. 4. Pp. 540—550.

17. Левченко В.А., Попов О.А., Свитнев С.А., Старшинов П.В. Электрические и излучательные характеристики лампы трансформаторного типа с разрядной трубкой диаметром 16,6 мм // Светотехника. 2016. № 1. С. 41—44.

18. Исупов М.В., Федосеев А.В., Сухинин Г.И., Уланов Г.И. Экспериментальное и теоретическое исследование низкочастотного индукционного разряда трансформаторного типа // Теплофизика и аэромеханика. 2014. № 5. C. 681—692.

19. Cunge G., Crawly B., Vender D., Turner M.M. Anomalous Skin Effect and Collisionless Power Dissipation in Inductively-coupled Discharges // J. Appl.Phys. 2000. V. 89. No. 7. Pp. 3580—3589.

20. Hyo-Chang Lee, Seung Ju Oh, Chin-Wook Chung. Experimental Observation of the Skin Effect on Plasma Uniformity in Inductively Coupled Plasmas with a Radio Frequency Bias // Plasma Sources Sci. Techn. 2012. V. 21. No. 3. P. 035003.

21. Godyak V.A., Piejak R.B., Alexandrovich B.M. Hot Plasma and Nonlinear Effects in Inductive Discharges // Phys. of Plasma. 1999. V. 6. No. 5. Pp. 1804—1812.

22. Александров А.Ф. и др. Исследование параметров плазмы индуктивного ВЧ-источника плазмы диаметром 46 см. Ч. I. Параметры плазмы в области скин-слоя // Прикладная физика. 2013. № 5. C. 34—37.
---
Для цитирования: Попов О.А., Старшинов П.В., Васина В.Н. Исследование характеристик индукционной бесферритной ртутной лампы низкого давления с замкнутой разрядной трубкой // Вестник МЭИ. 2018. № 4. С. 89—96. DOI:10.24160/1993-6982-2018-4-89-96.
Опубликован
2018-08-01
Раздел
Электротехника (05.09.00)