无极灯启动特性研究

　　为了研究提高无极灯光效的方法, 本文测量了无极灯启动阶段的电参数和发射光谱, 分析了点灯后阻抗、Hg 原子光谱强度、Ar 原子光谱强度、等离子体参数和放电模式随时间的变化规律。结果表明, 在启动阶段, 无极灯阻抗发生了升-降-升的变化;Hg 原子谱线强度在某稳定位置附近做相对稳定的波动; Ar 原子光谱强度迅速下降到某稳定值; 电子浓度迅速下降到某稳定值, 中能电子温度相对稳定; 放电处于H 型放电模式。这为进一步设计电子整流器和提高无极灯的光效奠定了基础。

　　无极放电光源是一种低气压放电光源, 由于没有电极, 因此它与传统光源相比有诸多优势, 例如寿命长, 在寿命期间光衰十分小, 而且发光物质和电极不会出现相互作用, 因而得到广泛的研究^[1-2] 。无极放电是指放电腔中没有内置电极的一种放电形式, 腔体内可以填充一种、两种或多种放电气体气氛。尽管无极放电已经被发现了130 多年^[3], 并且在1891 年Tesla^[4] 采用无极放电原理首先设计了照明概念灯, 但采用无极灯放电制成更加实用的无极灯才是近20 年的事情。1991 年松下公司首先推出了采用13􀀁56 MHz 高频电流驱动的Everbright 无极灯, 这种灯的功率为27 W, 光效是37 lm/W , 平均寿命是40000 h。同年, 荷兰Philips 公司生产了一种梨形的QL 无极灯, 这种灯采用凹腔式的腔体结构,驱动频率为2􀀁65 MHz, 光效为70 lm/W, 平均寿命是60000 h。1994 年, 美国GE 公司推出了一款称为GENURA 的紧凑型一体化无极灯, 其驱动电流的频率也是2.65 MHz, 光效是50 lm/W , 寿命是15000 h。随后1996 年德国Osram 公司推出了工作在250 kHz的环形ENDURA 无极灯, 其光效达到了75 lm/W, 平均寿命是60000 h。

　　近年来, 随着能源紧张和环境恶化的不断加剧,节能环保的无极灯和LED 灯成为目前研究的热门光源。因为LED 灯具的散热是目前LED 的一个重要障碍, 而散热对无极灯要简单得多。因此, 与LED相比, 无极灯在大功率方面占有绝对的优势。因而研究影响无极灯光效的各种性能对进一步提高其光效和应用领域具有重要意义。目前无极灯存在的电磁辐射问题可以通过提高高频发生器的工作稳定性、给发生器增加金属屏蔽外壳以及给泡壳增加导电金属膜来有效降低。无极灯与以前研究的大气压介质阻挡放电相比, 有很大不同, 前者主要是低气压下的H 型放电, 而后者是电容耦合的E 型放电^[5] 。对无极灯而言, 由于启动性能影响其启动光效和稳定性, 因此本文主要研究影响无极灯启动阶段的电学和光学特性。

1、实验装置

　　为了测量无极灯的启动特性, 采用一种50 W橄榄型的无极灯进行实验, 实验原理如图1 所示。该无极灯包括电子镇流器( 也称高频发生器) 、高频馈线、耦合器和泡体四部分, 通常高频馈线、耦合器和泡体做成一个整体称为无极灯的灯泡。实验中采用的镇流器是商用无极灯电子镇流器。实验中采用陶瓷管来限制光纤探头测量的光强度。TektronixTCPA300 电流探头、Tektronix P6015A 高压探头和Tektronix TPS 2014( 100MHz, 1Gs/ s) 四通道示波器测量电子镇流器输出端的电压、电流和功率等电参数。采用Avantes 2048 光纤光谱仪测量无极灯的发射光谱强度。

图1 实验原理图 

3 、结论

　　无极灯的启动特性对无极灯的光效和稳定性非常重要。通过电参数和发射光谱的测量研究, 发现无极灯启动阶段, 电子镇流器输出的电压、电流和功率发生了一定的变化, 无极灯阻抗经过一个升- 降- 升的过程; 发射光谱发生了较大的变化: Hg 原子发射光谱强度在小范围内做相对稳定的波动变化,Ar 谱线强度降低很快, 在10 s 达到一个稳定值; 电子浓度随放电时间的变化迅速减小到某一稳定值,中能电子相对稳定, 放电工作在H 型放电模式。

参考文献

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