 |
 |
 |
 |
Рис. 5.21. Схематический вид изменений напряжения (а) и тока (б) ЛЛ при наложении прямоугольного импульса напряжения [5.14]
»[ < 2мкс
Рис. 5 22. Скорости высвечивания фона после выключения ртутного разряда СВД:
а-в области столба: б-вблизи катода; одно деление=1,Ы0 с; О -Я= =650 им: X-Я=520 нм [4.31
Момент Выключения , разряда.
>1 \< Ширина, щели стро5оскотческоао диска.
1 - | |||
0,75 0,50 0,25 0
Момент выключения разряда.
Ширина щели стро ооскопцческого диска
1С 15 20 t
лаждением плазмы за счет излучения. Поскольку бизл экспоненциально зависит от температуры, большая скорость спада вначале по мере охлаждения плазмы будет замедляться и затем главную роль начнет играть существенно более медленный процесс охлаждения за счет теплопроводности [4.3].
Исследования скорости высвечивания спектральных линий и непрерывного фона в ртутных лампах СВД (.Рл=250 Вт; (7л= = 80-85 В; /=3,5-4 мм), проведенные автором методом шунтирования разряда (см. выше), полностью согласуются с выводами теории (рис. 5.22). Из графиков рис. 5.22 отчетливо видно, что скорость спада состоит из двух ветвей, переходящих одна в другую: в начале шунтирования скорость спада яркости фона в столбе (рис. 5.22,а) достигает 5-10 ярк/с, затем она замедляется, особенно резко в период от 0,3 до 0,5 мс, до 10 ярк/с, переходя во вторую ветвь. В катодном пятне разряда скорость спада свечения и линий фона еще существенно больше (рис. 5.22,6). Яркости измерялись на площадке диаметром 0,1 мм.
Работа ртутных и ксеноновых ламп ВД и СВД в режимах кратковременных перегрузок представляет большой теоретиче-
ский и практический интерес. В частности, путем кратковременных перегрузок по току (см. выше) могут быть экспериментально воспроизведены и исследованы разряды в условиях объемных концентраций мощности многократно, превышающих номинальные значения без разработки специальных ламп, рассчитанных на стационарную работу в подобных режимах.
Таким путем нами были исследованы характеристики ртутных и ксеноновых разрядов СВД с короткой дугой [5.18].
Длительность перегрузки по току подбиралась с таким расчетом, чтобы она была недостаточной для перехода теплового режима плазмы разряда в новый режим и в то же время настолько кратковременной, чтобы в лампе не успевал существенно измениться тепловой режим колбы.
Исследования позволили сделать ряд принципиально важных выводов о механизме разряда в таких условиях и получить полезные для практики данные о световых и электрических характеристиках разрядов. Так, было установлено, что во всем исследованном диапазоне кратковременных нагрузок по току (до 30-кратных) сила света и яркость растут с ростом тока в соотношении
где А - сила света или яркость; г - индекс, характеризующий род наполняющего газа или пара; Пат - соответствующий показатель степени.
Для п были получены следующие значения: n/Hg=,90; ntHg0,83; п/хе1,54; nLXel,39. Для трубчатых ламп ВД коэффициенты имеют другие значения.
5.7. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ АППРОКСИМАЦИИ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗРЯДНЫХ ЛАМП
Как уже упоминалось, электротехнические расчеты и анализ цепей при работе разрядных ламп на повышенных частотах, а также в режимах с крутыми фронтами питающего напряжения и паузами тока могут производиться только с применением дифференциальных аппроксимаций ВАХ. В то же время существующие математические модели столба разрядов (часть которых рассмотрена выше) ввиду большой сложности расчетов даже иа ЭВМ и недостаточной точности, связанной с неизбежными упрощениями и приближенным знанием многих атомных констант, малопригодны для инженерных расчетов. В связи с этим в последние годы появился ряд работ, направленных на создание соответствующих методов расчета. Существенный шаг в развитии этого направления применительно к разрядным осветительным лампам массового применения (ЛЛ, ДРЛ и др.) был сделан в работах А. Е. Краснопольского и его учеников. Более подробно см. в f5.7].
Дифференциальная аппроксимация ВАХ ЛЛ [5.7]. В качестве определяющего параметра была выбрана средняя концентрация электронов, поскольку
оиа существенно влияет на скорость образования возоужденных и ионизованных атомов и практически определяет электропроводность разряда, и были приняты три постулата, несколько отличающихся от известных постулатов Френсиса (библиографию, см., например, в [5.7]).
1. Скорость ионизации атомов ртути пропорциональна градиенту потенциала (при постоянных размерах лампы - модулю напряжения на столбе разряда или приближенно на лампе !«.,!) и концентрации электронов Пв.
2. Скорость деионизации пропорциональна средней концентрации электронов Ие.
3. Электропроводность лампы пропорциональна не только концентрации электронов Ие, но и их подвижности bt., которая принимается равной:
= l-fA-, [(11/(Уо)-1] где Uo - установившееся напряжение горения разряда на постоянном токе; bed - подвижность при «ji = t/o; Kl - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции лампы: Ki~0,3-f-0,5.
Видоизменение первого постулата у Френсиса (dne/dt)P сделано с учетом теоретических и экспериментальных результатов, полученных для ртутных ламп НД при двухступенчатой ионизации атомов ртути и постоянной концентрации метастабильных атомов ртути. Третий постулат уточнен также с учетом экспериментальных результатов.
При сделанных допущениях
АПе I Ил 1 - Сп, = (А I Ил I - C)ne. (5.50)
На основе третьего постулата получим уравнение электропроводности
jL5 "есо g
- И{\+К[([и \ Ш-1]} •
где Gj, и 1л - соответственно электрическая проводимость и ток лампы; А, С, Н - постоянные коэффициенты, зависящие от конструкции лампы.
Чтобы избежать расчетов с большими числами, вводится расчетная величина, которая является приведенной проводимостью лампы при постоянном установивщемся напряжении:
g=-n,b,.o/H. (5.52)
Из (5.50) находим, что постоянное установившееся напряжение
Uo=C/A. (5.53)
С введением постоянной времени Тл=1/С и с учетом (5.51) и (5.52) уравнения (5.50) и (5.51) преобразуются к виду
dgdt (1/т.,)[(Ыя о)-1]ёя; (5.54)
+ /i [( I «л I /ьо) -1J Уравнения (5.54), (5.55) являются математической моделью разрядной Лампы НД в первом приближении с постоянными коэффициентами Тл, Ki и (Уо.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [ 65 ] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239