Запорожец  Издания 

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

с ростом удельной мощности или силы тока градиент потенциала сначала падает, проходит через минимум, а затем начинает возрастать (см. гл. 4). Возрастание градиента с ростом тока может привести к тому, что при больших силах тока градиент потенциала в ксеноновых лампах догонит и даже превысит градиент в ртутном разряде.

Повышение градиента потенциала в ксеноновом разряде ВД может быть достигнуто путем введения в разряд газов или паров с большим эффективным сечением атомов для рассеяния электронов. При этом для сохранения спектральных и электрических характеристик потенциалы возбуждения и ионизации атомов добавки должны быть выше, чем у ксенона. С этих точек зрения подходят гелий и водород. Эксперименты показали, что добавление водорода в количестве от 1 до 6-10 Па повышало градиент потенциала соответственно в 1,8-4 раза по сравнению с градиентом в чисто ксеноновом разряде и сопровождалось сильным сжатием дуги и повышением яркости; световая отдача падала примерно на 20%. Добавление гелия от ЫО до 13,5-10 Па вызывало увеличение градиента соответственно в 1,07-2 раза, при этом наблюдалось незначительное сжатие дуги и повышение яркости. Это различие может быть объяснено тем, что молекулярный водород уносит из разряда большую энергию, получаемую им за счет диссоциации молекул, в то время как в гелии этого явления нет.

Практическая реализация ксеноновых ламп с добавками водорода или гелия встречает некоторые трудности, связанные с поддержанием постоянного количества этих газов в лампе, поскольку они легко диффундируют через нагретую кварцевую колбу.

Классификация разрядных ламп высокой интенсивности с газовым наполнением. В настоящее время определились следующие три основных типа газоразрядных ламп высокой интенсивности: лампы ВД трубчатой формы с естественным охлаждением, лампы ВД трубчатой формы с водяным охлаждением и лампы СВД с короткой дугой (несколько миллиметров) в колбах шаровой или близкой к ней формы. В современных типах ламп в качестве наполняющего газа применяется почти исключительно ксенон и только в некоторых специальных лампах другие инертные газы, например криптон в трубчатых лампах для накачки лазеров.

19.2. КСЕНОНОВЫЕ ЛАМПЫ ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ТРУБЧАТОЙ ФОРМЫ

Влияние конвекции и зажигания на конструкцию ламп

[0.9J. При разработке ламп этого типа дополнительно приходится учитывать условия устойчивости дуги, связанные со значительно большей ролью конвекции по сравнению со ртутным разрядом и условия зажигания разряда.



Конвекционные потоки увеличиваются, главным образом, с увеличением диаметра трубки и давления газа. В качестве приближенного условия стабильности разряда в трубчатой лампе можно записать

A£Z< const. (19.5)

Значение константы может быть ориентировочно рассчитано или определено экспериментальным путем.

Из экспериментов установлено, например, что при di = ;=2ч-4 см конвекционная нестабильность шнура разряда проявлялась при рхол выше 0,2-10 Па.

Уменьшение диаметра трубки ведет к увеличению напряжения зажигания и уменьшению поверхности охлаждения, а сле-.цовательно, к уменьшению допустимой удельной мощности лампы при естественном охлаждении. При работе трубчатых ксеноновых ламп без балласта в цепи переменного тока с частотой 50 Гц уменьшение радиуса трубки ниже 0,6 см приводит к погасанию разряда из-за сильной деионизации газа на стенках трубки, вследствие чего напряжение перезажигания становится выше амплитудного значения напряжения сети. Это явление можно устранить или, по крайней мере, значительно уменьшить, если питать лампу через дроссель или от сети с повышенной частотой. При работе на постоянном токе это явление отсутствует. Уменьшение диаметра до известных пределов выгодно с точки зрения повышения градиента потенциала.

Уменьшение давления облегчает зажигание разряда и уменьшает расход дорогостоящего ксенона, но приводит к уменьшению градиента потенциала, вследствие чего требуемая удельная мощность может быть достигнута только путем увеличения силы тока.

Электрические характеристики. На рис. 19.3 приведена типичная вольт-амперная характеристика мощного криптонового и ксенонового разрядов (см. [0.9]). Возрастающая ветвь ВА характеристики имеет практически прямолинейную зависимость от тока. По этим и аналогичным данным может быть найден градиент потенциала в зависимости от условий разряда, необходимый для расчета ламп.

Расчет dl и /эл трубчатых ламп на заданную мощность и л проводится по методу, изложенному в гл. 6 и 7, при это.м ля Сст надо пользоваться выражением, полученным в [19.2]:

Ост«0,126-Ь12,8/зл/Рл, Рл зл, Вт/см.

В остальном расчет аналогичен.

Излучение газоразрядных ламп высокого и сверхвысокого давления в тяжелых инертных газах в зависимости от условий разряда качественно носит такой же характер, как и излучение.



50

енон

птон

100 I, A

Рис. 19.3. Типичные вольт-амперные характеристики трубчатых ламп ВД. наполненных криптоном и ксеноном:

/д=6 см; d=12-Fl3 мм; Рхол=93 кПа (700 мм рт. ст.)

скажем, в парах ртути. Ниже приведены соответствующие зависимости для ксенонового разряда, полученные на основе обработки экспериментальных данных автора (с использованием ряда студенческих работ) и публикаций в литературе.

Экспериментальные зависимости удельной силы света Iv/hn от удельной мощности РцНэл (рис. 19.4) хорошо описываются следующим выражением:

/г элс[(Рл/;эл)-Ь], (19.6)

где с и b - константы, которые имеют значения: с=3,3 кд/Вт, Ь=30 Вт/см при 50Рл эл<200 Вт/см и с=4,5 кд/Вт, Ь = = 60 Вт/см при 200Рл эл 1200 Вт/см.

Данные рис. 19.4 и формулы (19.6) проверены в диапазоне изменения di от 1,9 до 3,9 см и роп от 2 до 20 кПа. При .одинаковой удельной мощности Pi удельная сила света в исследованных пределах мало зависит от давления, радиуса трубки и градиента потенциала.

Пространственное распределение силы света представлено на рис. 19,5,а для ламп мощностью 10 кВт, /=168 см, d\ = = 2,1 см и /7хол = 8 кПа. Отсюда отношение светового потока к силе света, перпендикулярной оси, -уИ лм/кд. В области углов до +60° от перпендикуляра сила света практически постоянна, что свидетельствует об очень малом коэффициенте поглощения в разряде. При углах, больших 60°, наблюдается постепенное уменьшение силы света. У ламп с большей удельной мощностью и водяным охлаждением кривая углового светорас-пределения имеет аналогичный характер: у=\\-\\,Ъ [19.1].

Зависимость светового потока и световой отдачи от удельной мощности. Зная у=Фу/1у, легко найти зависимость удель-



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