Расчет газоразрядных ламп

Расчет и разработка газоразрядных ламп является сложной инженерной задачей, при решении которой широко используются эмпирические методы. Кроме того, в связи с массовым применением таких ламп необходимы эффективные методы оптимизации их параметров.

При разработке газоразрядных ламп перед разработчиками встает ряд важных инженерных задач, к которым относятся:

· Выбор типа и условий разряда, обеспечивающих получение заранее заданных световых, электрических, геометрических параметров;

· Выбор материалов, определение формы и размеров лампы, оптимальных режимов работы лампы;

· Выбор оптимального соотношения параметров источника в зависимости от условий эксплуатации и предъявляемых требований;

· Определение изменения различных параметров при вариации конструктивно-технологических параметров в небольших пределах;

· Оценка предельных значений параметров с учетом реальных ограничений конструкции и свойств материалов.

При разработке газоразрядных ламп есть ряд сложностей, с которыми приходится иметь дело в процессе проектирования. Выбор оптимальных параметров усложняется тем фактом, что разрядный источник света является взаимосвязанным элементом установки, чьи характеристики определяют параметры установки, но и сами зависят от условий эксплуатации и работы других элементов.

При разработке приходится учитывать разнообразные и порой противоречивые требования. Явления, протекающие в разрядных источниках, сложны и многообразны, недостаточно изучены, и поэтому не всегда могут быть количественно выражены с необходимой точностью.

В основе методов расчета газоразрядных ламп лежит принцип составления и решения системы функциональных уравнений, устанавливающих связь между основными световыми, электрическими, энергетическими и эксплуатационными параметрами, а также другими характеристиками источника.

Температуры в газоразрядных лампах являются одним из наиболее существенных параметров, определяющих работу лампы. Поэтому в систему уравнений обязательно вводятся уравнения теплового баланса лампы и её элементов.

Проектирование газоразрядных ламп представляет собой сочетание экспериментальной и расчетной работы. Значения определяются приближенно, а затем вносятся последовательные поправки.

Проектирование лампы начинается с выбора основных выходных параметров лампы, которые зависят от назначения источника. Для источников, применяемых в целях освещения, основными параметрами обычно являются:

· Выходящие потоки излучения отдельных спектральных линий (линейчатый спектр) или выходящая плотность потока (непрерывный спектр);

· Мощность лампы P_л;

· Энергетический КПД излучения отдельных спектральных линий или участков спектра ;

· Срок службы ламп τ. Следует различать полный и полезный срок службы. Рассматривают сроки службы в режиме непрерывного горения, идеальный и реальный сроки службы;

· Напряжение горения U_л;

· Напряжение пробоя;

· Размеры и форма лампы (расстояние между электродами, внутренний диаметр колбы, габаритные размеры;

· Цена одной лампы.

При работе на переменном токе для эффективных значений величин имеем:

где – действующее значение силы тока; – длина столба; – расчетная величина анодно-катодного падения потенциала (слабо зависит от условий разряда); – коэффициент мощности лампы, зависит от лампы и схемы включения, обычно можно принять .

В большинстве практических расчетов принимается:

где – удельная электрическая мощность столба, равная:

Эмпирические уравнения для характеристик столба, теплового режима элементов, сроков службы, прочности элементов лампы являются сложными и неоднозначными, поэтому их запись выходит за рамки задач данной работы.

После определения основных уравнений, связывающих параметры лампы, используется метод поправок. Параметры, варьируемые в небольших пределах, лучше выбирать независимыми друг от друга.

Одним из наиболее важных параметров, характеризующих энергетические свойства источника, является его эффективность, т.е. световая отдача. При проектировании следует стремиться к получению максимально возможной эффективности, если это не связано со значительным ухудшением других параметров (срока службы, цветности, стоимости и т.д.).

Рассмотрим баланс мощности для газоразрядного источника света. Мощность установки складывается из мощности самой лампы и мощности пускорегулирующего аппарата. Мощность самого источника в свою очередь складывается из мощности на катоде, аноде и мощности столба:

Энергия, выделяющаяся в лампе, превращается в излучение разряда и в тепло. Трансформация этой энергии зависит от конструкции лампы и условий её охлаждения, поэтому при анализе баланса энергии реальной лампы необходимо рассматривать превращения потоков энергии в нескольких зонах.

Задача создания источника с высоким КПД сводится к уменьшению непроизводительных потерь энергии. К таким потерям относится энергия, потребляемая в пускорегулирующем аппарате, которая может быть снижена лишь до определенного предела.

Дата добавления: 2015-07-11