Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Относительно плоская часть кривой при увеличенив напряжения перезажигания в зависимости от опережающего фазового угла значительно изменяется от периода к периоду в фазовом угле, при котором ток лампы достигает заданного уровня. Таким образом, имеется изменение от периода к периоду плогцади под кривой мгновенного напряжения соответственно изменению мгновенного тока и соответственно меняется световой поток лампы от периода к периоду.
Это воспринимается глазом как пульсация светового потока. В металлогалогенных лампах, конечно, диссоциация, относящаяся к потерям электронов ионами Нц1з, идет быстро. Таким образом, если перезажигание лампы очень замедленно, то ток лампы равен нулю, плотность свободных электронов при перезажигании уменьшается с такой скоростью, что требуемог напряжение для пере- зажигания увеличивается быстрее, чем увеличивается приложенное напряжение, обеспечиваемое балластом. В этом случае отсутствуют кратковременные вспышки лампы. По мере того как люминесцентная лампа нагревается, давление паров ртути увеличивается, рабочее напряжение уменьшается и ннк напряжения резко, в течение полупериода, снижается до уровня, обычно создаваемого балластом при соответствующем фазовом угле.
Лампа перезажигается каждые полпсриода при том жс фазо-. вом угле, и отсутствуют дальнейшие вспышки лампы. Также отсутствуют кратковременные вспышки лампы, если она установлена в светильнике, являющемся частью системы кондициоиирования воздуха. Такие лампы обычно совершенно холодные и имеют более низкое, чем нормальное давление паров. Подобные светильники используются для освещения административных зданий, и в этих светильниках устанавливают балласты, создающие необходимое напряжение перезажигания. Как и в случае металлогалогенных ламп, эти балласты должны быть сконструированы с достаточно высоким емкостным сопротивлением и соответственно высоким индуктивным сопротивлением.
Поскольку таким балластам 317 присуща более высокая стоимость, имеется определенное экономичное давление паров ртути в лампе, при котором целесообразно их использовать. 12-Л ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ БАЛЛАСТЫ Индуктивно-емкостные балласты для газоразрядных ламп обладают значительной массой в от 11,35 до 22,7 кг/кВт в зависимости от конструкции. Потери мощности в балласте составляют от 10 до 20е~в общей мощности также в зависимости от конструкции. Более того, они дороги: от 1 до 3 долл. за 0,454 кг при нормальном исполнении. Действительно, есть много причин, заставляющих улучшать балласты или сводить к минимуму приносимый ими убыток. Высокое отношение полученной мощности к массе и низкое отношение потерь мощности к мощности управления кремниевым полупроводниковым прибором привлекают большое внимание в последние несколько лет к предложенному способу уменьшить или исключить некоторые главные недостатки общепринятых балластов.
В настоящее время это усилие направлено на решение одной важной задачи: созданию экономичной системы. Балласты конструируются содержащими полупроводниковый прибор как часть токоограннчивающего сопротивления. Такие балласты потребляют меньшую мощность, чем общепрниятые балласты. В настоящее время, однако, необходимые цепи комплектуются из многих компонентов, оии значительно дороже, чем чисто индуктивноемкостные балласты. Основной проблемой является то, что еще не создан подходящий полупроводниковый управляемый прибор.
Прибор, имеющийся в распоряжении конструктора,— это тирнстор или триак, эквивалентный тиратроиу 1исключая, что он двунаправленный). Эти приборы остаются пепроводящими, когда напряжение, приложенное к их контактам, ниже порогового или отпирающего импульса. Они становятся проводящими при очень низком приложенном напряжении и остаются проводящими до тех пор, пока ток, проходящий через них, не будет прерван по какой-либо причине. В обычной цепи это случается тогда, когда переменный ток, проходящий через прибор, меняет направление. При токе, равном нулю, полупроводниковый прибор приобре- 318 тает снова непроводящие свойства и остается непроводящим до следующего отпирающего импульса, изменяя тем самым продолжительность части полупериода, в течение которой ток не проходит через нагрузку.
Проблема использования этих приборов для ограничения тока газоразрядной лампы состоит в том, что постоянная времени увеличения тока для типичной газо- разрядной лампы составляет микросекунды, а продолжительность полупериода при 60 Гц 8,3 мс. Так, время открытия используемого полупроводникового выключателя составляет заметную часть полупериода и оценивается в один или более порядка значения продолжительности того времени, в течение которого ток лампы увеличивается до катастрофического уровня, если отсутствует другое сопротивление, включенное последовательно с лампой. В соответствии с этнм полупроводниковая система принципиально более привлекательна, тиристор последовательно с лампой просто не работает.
Некоторые другие формы присоедннения сопротнвления, индуктивного или емкостного, требуют, как обычно, трансформатора, который должен справляться с тем фактом, что потребитель хочет иметь лампы, работающие при 120, 208, 240, 277 н 480 В. Со временем все эти проходящие трудности, связанные с использованием полупроводниковых балластов, будут разрешены и использование этих балластов будет расширяться. пгилажвнив д АМБИПОЛЯРНАЯ ДИФФУЗИЯ где Г, н Г, -п лотнастн патака ионов п электронов; л, и и, — концентрация напав н электронов; )х~ я м, — подвижности ионов н электронов; О, н О, — коэффициенты диффузии ионов и электронов; Š— граднент потенциала рзднального электрического поля, вызванного язбытком пространственного заряда панов; Е может быть исключено из двух урззпеянй, если учесть, что в плазме л; л,.(=л) н потоки частиц Г; и Г, равны Г: 1 ! (Ог Ое) й2 — Г+ — Г = — ( — г+ — ' ° —.
нп !»г (Р! Ре( (А-2) Коэффнцпент диффузия заряженных частиц может быть выражен через подвижность 'из уравнения Эйн~нтейна Об ЯАТ/е. Поскольку р, Срь следовательно, 1/Р~~1/рм Таким образом: а!(Ь(Т, +'Т;) бл г(г ' 320 Важность оптимума электронной температуры для палучення макснмального к. п. д. генерации резонансного нзлучения 253,7 нм з люминесцентных лампах неоднократно подчеркнвалась, тзк же как н роль днффузяанных потерь электронов н ионов на стенках для определения электронной температуры. Теперь более точна количественно определим факторы, которые определяют днффузнонные патера н количество нонвзацнн на электрон, яеобходимо для их баланса.
Нанболсс важным является то, что диффузия электронов и напав происходит а плазме. Благодаря меньшей массе н болыпям тепловым скоростям электроны нмеют зозможпость быстрее днффундировать к стенкам, чем положительные ианы; это приводит к избытку ноложнтсльных ионов а плазме. Образующийся положнтсльный заряд вызывает притяжение электронов н замедление скорости их диффузия, тот же положнтельный заряд образует радиальное электрическое поле, которое ускоряет диффузию положительных ионов к стенке.
В результате скорость диффузии электронов уменьшается, а око. рость нанон возрастает до тех пор, пока обе скорости диффузии сравняются; это так называемая скорость еамбиполярной» диффузия. Скорость амбиполярной диффузии может быть рассчитана из уравнений переноса панов н электронов Г! = иль! Š— Озг(лг/г/г; (А-1) Г, = — лгР..Š— Огг(л,,~Юг, В плазме ннзкога давленая, подобной плазме в люмннесагптпай лампе, температура попов ппзкз — от 300 до 500 К самое большое, в то время как Т,=10 000 К.
Следовательно: !»гй7'„ал дл е ег = ее(г (Л-4) Ып ! бл (г+г(г)0еа~+гО~гбгл» г+Ег !г или г0з а г г(ГОа а г е(ел »! 0 (А-5) Леля на Ф и переходя к пределу аг- О, получаем: елл 1 Лл л», —,ф — — + — =.О. аг» г г(г 0„ (А.7) При подстановке х =г У»!/О уравнение (А-7) принимает форму уравнения Бесселя, которое имеет решенне с максимумом прн х=о, идущее к кулю ярн я=2,4. Ясно, что концентрацня электронов нигде внутри трубки не может быть равна нулю н должна ранняться нулю повсюду вне трубка; поэтому можем сказать, что х=2,4, когда г=у( (раднусу трубки).
Прп данном апределеннн х оно может существоватзь если н только если »! = (2,4/Е)» Ое — †(2 4,'Е)» ч.!(АТ/е) (А-8) Уравнение (А-8) означает, что если заданы диаметр трубки н подвижность ионов, то число нонизаций на электрон требует паддержання постоянной концентрации электронов, еслн определены диффузионные потери. Наоборот, оно определяет температуру электронов, так как ты является возрастающей функцней электронной температуры, как показано в гл.
2, и электронная температура определяет в большой степени баланс энергии в разряде. Подвижность ионов в люмннесцентвой лампе сильно зависит от природы н давления наполняющего инертного газа, так как столкновения с атомами инертного газа, главным образом, определяют подвижность ионов ртути. Следовательно, трн особенно важных вход- 321 Как видим, коэффицнент амбиполярной днффузни О, имеет форму уравнения Эйнштейна для одного вида чзстнц, но в комбинации с подвижностью ионов н температурой электронов. Мы можем применять уравнення (А-4) для расчета числа ионнзацин на одна электрон, необходимое для баланса потерь заряженных частиц путем подстановки з уравнение непрсрывностн для потоков частнц — электронов н ионов. Так как предполагается отсутствие рекомбинации в объеме, то общий поток частнц через поперечное сечение цилиндра с радиусом г+Йг равен потоку через сечение с раднусом г плюс чнсло частнц, возникших в цнлиндрическом слое толщиной аг: 2я (г + е(г) Г, +е, = 2егГ, + (2яге(г) лил (А-5) где ч< — число образующнхся новых пар электронов-нанон на адин электрон в секунду; л — концентрация электронов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
