Исследование характеристик индукционной бесферритной ртутной лампы низкого давления с замкнутой разрядной трубкой
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.
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.
#
1. Shaffer J., Godyak V.A. The Development of Low Frequency High Output Electrodeless Fluorescent Lamp. J. Illuminating Eng. Soc. 2013;28 (1):142—148.
2. Isupov M.V., Ulanov I.M., Litvintsev A.Yu., Kolmakov K.N. Eksperimental'noe Issledovanie Energeticheskih Harakteristik Induktsionnogo Razryada Transformatornogo Tipa v Parah Rtuti. Teplofizika i Aeromekhanika. 2002;9:151—161. (in Russian).
3. Gvozdev-Karelin S.V. Osobennosti i Primery Primeneniya Bezelektrodnoy Lyuminestsentnoy Lampy Endura Firmy Osram. Svetotekhnika. 2006;3:9—12. (in Russian).
4. Popov O.A., Chandler R.T. Induktivnyy Istochnik Sveta Transformatornogo Tipa na Chastotah 150—400 kGts Moshchnost'yu 200—500 Vt. TVT. 2007;4:795—800. (in Russian).
5. Pat. 7183717 US. Inductively-driven Plasma Light Source.
6. Isupov M.V., Krotov C.B., Litvintsev A.Yu., Ulanov I.M. Induktsionnaya Ul'trafioletovaya Lampa. Svetotekhnika. 2007; 5:37—40. (in Russian).
7. Godyak V. Ferromagnetic Enhanced InductivePlasma Sources. J. Phys D. Appl. Phys. 2013; 46; 28:1—23.
8. Kobayashi S., Hatano A. High-intensity Lowpressure Electrodeless Mercury-argon Lamp for UV Disinfection of Wastewater. J. Water and Environment Techn. 2005; 3;1:71—76.
9. Svitnev S.A., Popov O.A., Levchenko V.A. Harakteristiki Vysokochastotnoy 13,56 MGts Besferritnoy Induktsionnoy Ul'trafioletovoy Lampy. Prikladnaya Fizika. 2015; 6:92—97. (in Russian).
10. Popov O.A., Chandler R.T. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160—1000 kHz. Plasma Sources Sci. Tech. 2002; 11; 2:218—224.
11. Popov O.A., Nikiforova V.A. Induktsionnyy Besferritnyy Istochnik Sveta Moshchnost'yu 300—400 Vt na Chastote 200—400 kGts. Vestnik MPEI. 2010; 2:159—164. (in Russian).
12. Lister G.G., Cox M. Modeling of Inductively Coupled Discharges with Internal and External Coils. Plasma Sources Sci. Tech. 1992; 1; 1:67—73.
13. Nikiforova V.A., Popov O.A. Prostranstvennoe Raspredelenie Parametrov Plazmy Induktsionnogo Razryada v Besferritnoy Lampe Zamknutogo Tipa. Vestnik MPEI. 2010; 5:111—117. (in Russian).
14. Denneman J.W. Determination of Electromagnetic Properties of Low-pressure Electrodeless Inductive Dischar-ges. J. Phys. D. Appl. Phys. 1990; 23:293—298.
15. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B.M. A Simple Analyses of an Inductive RF Discharge. Plasma Sources Sci. Tech. 1992; 1; 3:179—185.
16. Gudmundsson J.T., Lieberman M.A. Magnetic Induction and Plasma Impedance in a Cylindrical Inductive Discharge. Plasma Sources Sci. Tech. 1997; 6; 4:540—550.
17. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev S.A., Starshinov P.V. Elektricheskie i Izluchatel'nye Harakteristiki Lampy Transformatornogo Tipa s Razryadnoy Trubkoy Diametrom 16,6 mm. Svetotekhnika. 2016; 1:41—44. (in Russian).
18. Isupov M.V., Fedoseev A.V., Suhinin G.I., Ulanov G.I. Eksperimental'noe i Teoreticheskoe Issledovanie Nizkochastotnogo Induktsionnogo Razryada Transformatornogo Tipa. Teplofizika i Aeromekhanika. 2014; 5:681—692. (in Russian).
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; 89; 7:3580—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; 21; 3: 035003.
21. Godyak V.A., Piejak R.B., Alexandrovich B.M. Hot Plasma and Nonlinear Effects in Inductive Discharges. Phys. of Plasma. 1999; 6; 5:1804—1812.
22. Aleksandrov A.F. i dr. Issledovanie Parametrov Plazmy Induktivnogo VCH-istochnika Plazmy Diametrom 46 sm. Ch. I. Parametry Plazmy v Oblasti Skin-sloya. Prikladnaya Fizika. 2013; 5:34—37. (in Russian).
---
For citation: Popov O.A., Starshinov P.V., Vasina V.N. The Characteristics of a Ferrite-free Closed-loop Inductively-coupled Low-pressure Mercury Discharge Lamp. MPEI Vestnik. 2018;4:89—96. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-4-89-96.
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.
#
1. Shaffer J., Godyak V.A. The Development of Low Frequency High Output Electrodeless Fluorescent Lamp. J. Illuminating Eng. Soc. 2013;28 (1):142—148.
2. Isupov M.V., Ulanov I.M., Litvintsev A.Yu., Kolmakov K.N. Eksperimental'noe Issledovanie Energeticheskih Harakteristik Induktsionnogo Razryada Transformatornogo Tipa v Parah Rtuti. Teplofizika i Aeromekhanika. 2002;9:151—161. (in Russian).
3. Gvozdev-Karelin S.V. Osobennosti i Primery Primeneniya Bezelektrodnoy Lyuminestsentnoy Lampy Endura Firmy Osram. Svetotekhnika. 2006;3:9—12. (in Russian).
4. Popov O.A., Chandler R.T. Induktivnyy Istochnik Sveta Transformatornogo Tipa na Chastotah 150—400 kGts Moshchnost'yu 200—500 Vt. TVT. 2007;4:795—800. (in Russian).
5. Pat. 7183717 US. Inductively-driven Plasma Light Source.
6. Isupov M.V., Krotov C.B., Litvintsev A.Yu., Ulanov I.M. Induktsionnaya Ul'trafioletovaya Lampa. Svetotekhnika. 2007; 5:37—40. (in Russian).
7. Godyak V. Ferromagnetic Enhanced InductivePlasma Sources. J. Phys D. Appl. Phys. 2013; 46; 28:1—23.
8. Kobayashi S., Hatano A. High-intensity Lowpressure Electrodeless Mercury-argon Lamp for UV Disinfection of Wastewater. J. Water and Environment Techn. 2005; 3;1:71—76.
9. Svitnev S.A., Popov O.A., Levchenko V.A. Harakteristiki Vysokochastotnoy 13,56 MGts Besferritnoy Induktsionnoy Ul'trafioletovoy Lampy. Prikladnaya Fizika. 2015; 6:92—97. (in Russian).
10. Popov O.A., Chandler R.T. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160—1000 kHz. Plasma Sources Sci. Tech. 2002; 11; 2:218—224.
11. Popov O.A., Nikiforova V.A. Induktsionnyy Besferritnyy Istochnik Sveta Moshchnost'yu 300—400 Vt na Chastote 200—400 kGts. Vestnik MPEI. 2010; 2:159—164. (in Russian).
12. Lister G.G., Cox M. Modeling of Inductively Coupled Discharges with Internal and External Coils. Plasma Sources Sci. Tech. 1992; 1; 1:67—73.
13. Nikiforova V.A., Popov O.A. Prostranstvennoe Raspredelenie Parametrov Plazmy Induktsionnogo Razryada v Besferritnoy Lampe Zamknutogo Tipa. Vestnik MPEI. 2010; 5:111—117. (in Russian).
14. Denneman J.W. Determination of Electromagnetic Properties of Low-pressure Electrodeless Inductive Dischar-ges. J. Phys. D. Appl. Phys. 1990; 23:293—298.
15. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B.M. A Simple Analyses of an Inductive RF Discharge. Plasma Sources Sci. Tech. 1992; 1; 3:179—185.
16. Gudmundsson J.T., Lieberman M.A. Magnetic Induction and Plasma Impedance in a Cylindrical Inductive Discharge. Plasma Sources Sci. Tech. 1997; 6; 4:540—550.
17. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev S.A., Starshinov P.V. Elektricheskie i Izluchatel'nye Harakteristiki Lampy Transformatornogo Tipa s Razryadnoy Trubkoy Diametrom 16,6 mm. Svetotekhnika. 2016; 1:41—44. (in Russian).
18. Isupov M.V., Fedoseev A.V., Suhinin G.I., Ulanov G.I. Eksperimental'noe i Teoreticheskoe Issledovanie Nizkochastotnogo Induktsionnogo Razryada Transformatornogo Tipa. Teplofizika i Aeromekhanika. 2014; 5:681—692. (in Russian).
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; 89; 7:3580—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; 21; 3: 035003.
21. Godyak V.A., Piejak R.B., Alexandrovich B.M. Hot Plasma and Nonlinear Effects in Inductive Discharges. Phys. of Plasma. 1999; 6; 5:1804—1812.
22. Aleksandrov A.F. i dr. Issledovanie Parametrov Plazmy Induktivnogo VCH-istochnika Plazmy Diametrom 46 sm. Ch. I. Parametry Plazmy v Oblasti Skin-sloya. Prikladnaya Fizika. 2013; 5:34—37. (in Russian).
---
For citation: Popov O.A., Starshinov P.V., Vasina V.N. The Characteristics of a Ferrite-free Closed-loop Inductively-coupled Low-pressure Mercury Discharge Lamp. MPEI Vestnik. 2018;4:89—96. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-4-89-96.
