Характеристики индуктора и плазмы бесферритных индукционных амальгамных ультрафиолетовых ламп с замкнутыми трубками малого диаметра
Ключевые слова:
бесферритный индукционный разряд, ртутная плазма низкого давления, ультрафиолетовое излучение, катушка индуктивности
Аннотация
Проведено экспериментальное исследование электрических и излучательных характеристик инновационных эффективных источников ультрафиолетового (УФ) излучения на длине волны 254 нм на основе бесферритных индукционных разрядов низкого давления в замкнутых кварцевых разрядных трубках. Разряд возбуждали с помощью трехвитковой катушки индуктивности на частоте 1,7 МГц, мощности лампы 90…160 Вт в смеси паров ртути давлением ~ 0,01 мм рт. ст. и буферного газа (Ar, смесь 30%Ne + 70%Ar) давлением 0,7 и 1,0 мм рт. ст. в замкнутой трубке диаметром 16,6 мм и длиной 815 мм. Витки катушки, изготовленной из многожильного провода (литцендрата) с низким погонным сопротивлением 0,00014 Ом/см и диаметром 1,5 мм, размещали по периметру разрядной трубки. С ростом мощности лампы мощность потерь в проводе катушки уменьшалась от 7…9 Вт до 3…4 Вт, а КПД катушки возрастал от 92 до 98%. В лампах с давлением буферного газа 1,0 мм рт. ст., максимальные КПД генерации УФ-излучения плазмы (68%)
и лампы 66%) достигались на мощностях плазмы 105…155 Вт. Уменьшение давления буферного газа до 0,7 мм рт. ст. снижает КПД генерации УФ-излучения лампы на 10…20% и сдвигает его максимальные значения в область меньших мощностей плазмы.
Литература
1. Shaffer J.W., Godyak V.A. The Development оf Low Frequency, High Output Electrodeless Fluorescent Lamp // J. Ill. Eng. Soc. 2013. V. 28 (1). Pp. 142—145.
2. Popov O.A., Chandler R.T. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160…1000 kHz // Plasma Sources Sci. and Technol. 2002. V. 11. Pp. 218—227.
3. Гвоздев-Карелин С.В. Особенности и примеры применения безэлектродной люминесцентной лампы Endura фирмы Оsram // Светотехника. 2006. № 3. С. 9—12.
4. Kobayashi S., Hatano A. High-intensity Low-pressure Electrodeless Mercury-argon Lamp for UV Disinfection of Wastewater // Journal Water and Environment Technol. 2005. V. 3. No. 1. Pp. 71—76.
5. Isupov M.V., Krotov S.V., Litvintzev A.Y., Ulanov I.M. An Induction UV Lamp // Light and Eng. 2008. V. 16. No. 1. Pp. 67—71.
6. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev S.A., Starshinov P.V. Experimental Research into the Electrical and Optical Characteristics of Electrodeless UV Lamps of the Transformer Type // Light and Eng. 2015. V. 23. No. 1. Pp. 60—64.
7. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev C.A., Starshinov P.V. Electrical and Radiation Characteristics of a Transformer Type Lamp with a Discharge Tube of 16.6 mm Diameter // Light and Eng. 2016. V. 24. No. 2. Pp. 77—81.
8. Свитнев С.А. и др. Характеристики бесферритного индукционного разряда низкого давления. Ч. 2. Излучательные характеристики плазмы // УПФ. 2016. № 4. С. 372—384.
9. Ультрафиолетовые технологии в современном мире / под ред. Кармазинова Ф.В., Костюченко С.В., Кудрявцева Н.Н., Храменкова С.В. Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2012.
10. Попов О.А., Старшинов П.В., Васина В.Н. Исследование характеристик индукционного бесферритного ртутного разряда низкого давления в замкнутой трубке // Вестник МЭИ. 2018. № 4. C. 89—96.
11. Старшинов П.В., Попов О.А., Ирхин И.В., Васина В.Н., Левченко В.А. Электрические и излучательные характеристики индуктивных бесферритных ртутных УФ-ламп в замкнутых трубках // Вестник МЭИ. 2019. № 3. С. 87—97.
12. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.
13. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B.M. А Simple Analyses of an
Inductive RF Discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 1992. No. 1. Pp. 179—185.
14. Gudmundsson J.T., Lieberman M.A. Magnetic Induction and Plasma
Impedance in a Cylindrical Inductive Discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 1997. No. 4. Pp. 540—550.
15. Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. М.: Энергоатомиздат, 1991.
16. Свитнев С.А., Попов О.А., Левченко В.А., Старшинов П.В. Характеристики бесферритного индукционного разряда низкого давления. Ч. 1. Электрические параметры индуктивной катушки // УПФ. 2016. № 2. С. 139—149.
17. Попов О.А. Исследование влияния давления инертного газа на характеристики индукционных люминесцентных ламп // Вестник МЭИ. 2013. № 3. С. 76—84.
18. Popov O.A., Chandler R.T., Maya J. Compact Inductively-coupled fluorescent Lamp Operated at Frequencies of 100…200 kHz // Light & Eng. 2007. V. 15. No. 1. Pp. 68—72.
19. Lovlya E.V., Popov O.A. Power Losses in RF Inductor of Ferrite-free Closed-loop Inductively-coupled Low Mercury Pressure Lamps // Light and Eng. 2020. V. 28. No. 2. Pp. 89—94.
---
Для цитирования: Попов О.А., Старшинов П.В., Иликеева Р.А., Буреева Д.А., Ирхин И.В., Левченко В.А. Характеристики индуктора и плазмы бесферритных индукционных амальгамных ультрафиолетовых ламп с замкнутыми трубками малого диаметра // Вестник МЭИ. 2020. № 5. С. 98—111. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-5-98-111.
#
1. Shaffer J.W., Godyak V.A. The Development of Low Frequency, High Output Electrodeless Fluorescent Lamp. J. Ill. Eng. Soc. 2013;28 (1):142—145.
2. Popov O.A., Chandler R.T. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160…1000 kHz. Plasma Sources Sci. and Technol. 2002;11:218—227.
3. Gvozdev-Karelin S.V. Osobennosti i Primery Primeneniya Bezelektrodnoy Lyuminestsentnoy Lampy Endura Firmy Osram. Svetotekhnika. 2006;3:9—12. (in Russian).
4. Kobayashi S., Hatano A. High-intensity Low-pressure Electrodeless Mercury-argon Lamp for UV Disinfection of Wastewater. Journal Water and Environment Technol. 2005;3;1:71—76.
5. Isupov M.V., Krotov S.V., Litvintzev A.Y., Ulanov I.M. An Induction UV Lamp. Light and Eng. 2008;16;1:67—71.
6. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev S.A., Starshinov P.V. Experimental Research into the Electrical and Optical Characteristics of Electrodeless UV Lamps of the Transformer Type. Light and Eng. 2015;23;1:60—64.
7. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev C.A., Starshinov P.V. Electrical and Radiation Characteristics of a Transformer Type Lamp with a Discharge Tube of 16.6 mm Diameter. Light and Eng. 2016;24;2:77—81.
8. Svitnev S.A. i dr. Kharakteristiki Besferritnogo Induktsionnogo Razryada Nizkogo Davleniya. Ch. 2. Izluchatel'nye Kharakteristiki Plazmy. UPF. 2016;4:372—384. (in Russian).
9. Ul'trafioletovye Tekhnologii v Sovremennom Mire. Pod Red. Karmazinova F.V., Kostyuchenko S.V., Kudryavtseva N.N., Khramenkova S.V. Dolgoprudnyy: Izdat. Dom «Intellekt», 2012. (in Russian).
10. Popov O.A., Starshinov P.V., Vasina V.N. Issledovanie Kharakteristik Ninduktsionnogo Besferritnogo Rtutnogo Razryada Nizkogo Davleniya v Zamknutoy Trubke. Vestnik MEI. 2018;4:89—96. (in Russian).
11. Starshinov P.V., Popov O.A., Irkhin I.V., Vasina V.N., Levchenko V.A. Elektricheskie i Izluchatel'nye Kharakteristiki Induktivnykh Besferritnykh Rtutnykh UF-lamp v Zamknutykh Trubkakh. Vestnik MEI. 2019;3:87—97. (in Russian).
12. Rayzer YU.P. Fizika Gazovogo Razryada. M.: Nauka, 1987. (in Russian).
13. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B.M. A Simple Analyses of an Inductive RF Discharge. Plasma Sources Sci. Technol. 1992;1:179—185.
14. Gudmundsson J.T., Lieberman M.A. Magnetic Induction and Plasma Impedance in a Cylindrical Inductive Discharge. Plasma Sources Sci. Technol. 1997;4:540—550.
15. Rokhlin G.N. Razryadnye Istochniki Sveta. M.: Energoatomizdat, 1991.
16. Svitnev S.A., Popov O.A., Levchenko V.A., Starshinov P.V. Kharakteristiki Besferritnogo Induktsionnogo Razryada Nizkogo Davleniya. Ch. 1. Elektricheskie Parametry Induktivnoy Katushki. UPF. 2016;2. S. 139—149. (in Russian).
17. Popov O.A. Issledovanie Vliyaniya Davleniya Inertnogo Gaza na Kharakteristiki Induktsionnykh Lyuminestsentnykh Lamp. Vestnik MEI. 2013;3:76—84. (in Russian).
18. Popov O.A., Chandler R.T., Maya J. Compact Inductively-coupled fluorescent Lamp Operated at Frequencies of 100…200 kHz. Light & Eng. 2007;15;1:68—72.
19. Lovlya E.V., Popov O.A. Power Losses in RF Inductor of Ferrite-free Closed-loop Inductively-coupled Low Mercury Pressure Lamps. Light and Eng. 2020;28;2:89—94.
---
For citation: Popov O.A., Starshinov P.V., Ilikeeva R.A., Bureeva D.A., Irkhin I.V., Levchenko V.A. Inductor and Plasma Characteristics of Ferrite-Free Inductively-сoupled Amalgam Ultraviolet Lamps with Closed-Loop Small Diameter Discharge Tubes. Bulletin of MPEI. 2020;5:98—111. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-5-98-111.
2. Popov O.A., Chandler R.T. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160…1000 kHz // Plasma Sources Sci. and Technol. 2002. V. 11. Pp. 218—227.
3. Гвоздев-Карелин С.В. Особенности и примеры применения безэлектродной люминесцентной лампы Endura фирмы Оsram // Светотехника. 2006. № 3. С. 9—12.
4. Kobayashi S., Hatano A. High-intensity Low-pressure Electrodeless Mercury-argon Lamp for UV Disinfection of Wastewater // Journal Water and Environment Technol. 2005. V. 3. No. 1. Pp. 71—76.
5. Isupov M.V., Krotov S.V., Litvintzev A.Y., Ulanov I.M. An Induction UV Lamp // Light and Eng. 2008. V. 16. No. 1. Pp. 67—71.
6. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev S.A., Starshinov P.V. Experimental Research into the Electrical and Optical Characteristics of Electrodeless UV Lamps of the Transformer Type // Light and Eng. 2015. V. 23. No. 1. Pp. 60—64.
7. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev C.A., Starshinov P.V. Electrical and Radiation Characteristics of a Transformer Type Lamp with a Discharge Tube of 16.6 mm Diameter // Light and Eng. 2016. V. 24. No. 2. Pp. 77—81.
8. Свитнев С.А. и др. Характеристики бесферритного индукционного разряда низкого давления. Ч. 2. Излучательные характеристики плазмы // УПФ. 2016. № 4. С. 372—384.
9. Ультрафиолетовые технологии в современном мире / под ред. Кармазинова Ф.В., Костюченко С.В., Кудрявцева Н.Н., Храменкова С.В. Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2012.
10. Попов О.А., Старшинов П.В., Васина В.Н. Исследование характеристик индукционного бесферритного ртутного разряда низкого давления в замкнутой трубке // Вестник МЭИ. 2018. № 4. C. 89—96.
11. Старшинов П.В., Попов О.А., Ирхин И.В., Васина В.Н., Левченко В.А. Электрические и излучательные характеристики индуктивных бесферритных ртутных УФ-ламп в замкнутых трубках // Вестник МЭИ. 2019. № 3. С. 87—97.
12. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.
13. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B.M. А Simple Analyses of an
Inductive RF Discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 1992. No. 1. Pp. 179—185.
14. Gudmundsson J.T., Lieberman M.A. Magnetic Induction and Plasma
Impedance in a Cylindrical Inductive Discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 1997. No. 4. Pp. 540—550.
15. Рохлин Г.Н. Разрядные источники света. М.: Энергоатомиздат, 1991.
16. Свитнев С.А., Попов О.А., Левченко В.А., Старшинов П.В. Характеристики бесферритного индукционного разряда низкого давления. Ч. 1. Электрические параметры индуктивной катушки // УПФ. 2016. № 2. С. 139—149.
17. Попов О.А. Исследование влияния давления инертного газа на характеристики индукционных люминесцентных ламп // Вестник МЭИ. 2013. № 3. С. 76—84.
18. Popov O.A., Chandler R.T., Maya J. Compact Inductively-coupled fluorescent Lamp Operated at Frequencies of 100…200 kHz // Light & Eng. 2007. V. 15. No. 1. Pp. 68—72.
19. Lovlya E.V., Popov O.A. Power Losses in RF Inductor of Ferrite-free Closed-loop Inductively-coupled Low Mercury Pressure Lamps // Light and Eng. 2020. V. 28. No. 2. Pp. 89—94.
---
Для цитирования: Попов О.А., Старшинов П.В., Иликеева Р.А., Буреева Д.А., Ирхин И.В., Левченко В.А. Характеристики индуктора и плазмы бесферритных индукционных амальгамных ультрафиолетовых ламп с замкнутыми трубками малого диаметра // Вестник МЭИ. 2020. № 5. С. 98—111. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-5-98-111.
#
1. Shaffer J.W., Godyak V.A. The Development of Low Frequency, High Output Electrodeless Fluorescent Lamp. J. Ill. Eng. Soc. 2013;28 (1):142—145.
2. Popov O.A., Chandler R.T. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160…1000 kHz. Plasma Sources Sci. and Technol. 2002;11:218—227.
3. Gvozdev-Karelin S.V. Osobennosti i Primery Primeneniya Bezelektrodnoy Lyuminestsentnoy Lampy Endura Firmy Osram. Svetotekhnika. 2006;3:9—12. (in Russian).
4. Kobayashi S., Hatano A. High-intensity Low-pressure Electrodeless Mercury-argon Lamp for UV Disinfection of Wastewater. Journal Water and Environment Technol. 2005;3;1:71—76.
5. Isupov M.V., Krotov S.V., Litvintzev A.Y., Ulanov I.M. An Induction UV Lamp. Light and Eng. 2008;16;1:67—71.
6. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev S.A., Starshinov P.V. Experimental Research into the Electrical and Optical Characteristics of Electrodeless UV Lamps of the Transformer Type. Light and Eng. 2015;23;1:60—64.
7. Levchenko V.A., Popov O.A., Svitnev C.A., Starshinov P.V. Electrical and Radiation Characteristics of a Transformer Type Lamp with a Discharge Tube of 16.6 mm Diameter. Light and Eng. 2016;24;2:77—81.
8. Svitnev S.A. i dr. Kharakteristiki Besferritnogo Induktsionnogo Razryada Nizkogo Davleniya. Ch. 2. Izluchatel'nye Kharakteristiki Plazmy. UPF. 2016;4:372—384. (in Russian).
9. Ul'trafioletovye Tekhnologii v Sovremennom Mire. Pod Red. Karmazinova F.V., Kostyuchenko S.V., Kudryavtseva N.N., Khramenkova S.V. Dolgoprudnyy: Izdat. Dom «Intellekt», 2012. (in Russian).
10. Popov O.A., Starshinov P.V., Vasina V.N. Issledovanie Kharakteristik Ninduktsionnogo Besferritnogo Rtutnogo Razryada Nizkogo Davleniya v Zamknutoy Trubke. Vestnik MEI. 2018;4:89—96. (in Russian).
11. Starshinov P.V., Popov O.A., Irkhin I.V., Vasina V.N., Levchenko V.A. Elektricheskie i Izluchatel'nye Kharakteristiki Induktivnykh Besferritnykh Rtutnykh UF-lamp v Zamknutykh Trubkakh. Vestnik MEI. 2019;3:87—97. (in Russian).
12. Rayzer YU.P. Fizika Gazovogo Razryada. M.: Nauka, 1987. (in Russian).
13. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B.M. A Simple Analyses of an Inductive RF Discharge. Plasma Sources Sci. Technol. 1992;1:179—185.
14. Gudmundsson J.T., Lieberman M.A. Magnetic Induction and Plasma Impedance in a Cylindrical Inductive Discharge. Plasma Sources Sci. Technol. 1997;4:540—550.
15. Rokhlin G.N. Razryadnye Istochniki Sveta. M.: Energoatomizdat, 1991.
16. Svitnev S.A., Popov O.A., Levchenko V.A., Starshinov P.V. Kharakteristiki Besferritnogo Induktsionnogo Razryada Nizkogo Davleniya. Ch. 1. Elektricheskie Parametry Induktivnoy Katushki. UPF. 2016;2. S. 139—149. (in Russian).
17. Popov O.A. Issledovanie Vliyaniya Davleniya Inertnogo Gaza na Kharakteristiki Induktsionnykh Lyuminestsentnykh Lamp. Vestnik MEI. 2013;3:76—84. (in Russian).
18. Popov O.A., Chandler R.T., Maya J. Compact Inductively-coupled fluorescent Lamp Operated at Frequencies of 100…200 kHz. Light & Eng. 2007;15;1:68—72.
19. Lovlya E.V., Popov O.A. Power Losses in RF Inductor of Ferrite-free Closed-loop Inductively-coupled Low Mercury Pressure Lamps. Light and Eng. 2020;28;2:89—94.
---
For citation: Popov O.A., Starshinov P.V., Ilikeeva R.A., Bureeva D.A., Irkhin I.V., Levchenko V.A. Inductor and Plasma Characteristics of Ferrite-Free Inductively-сoupled Amalgam Ultraviolet Lamps with Closed-Loop Small Diameter Discharge Tubes. Bulletin of MPEI. 2020;5:98—111. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-5-98-111.
