ПРЕДИСЛОВИЕ

Разрядные лампы (РЛ) широко применяются в различных областях народного хозяйства как для общего освещения, где приемником излучения служит глаз, так и для производственных целей, где излучение является одним из основных факторов технологического процесса.

Наряду с РЛ, такими, как люминесцентные, ртутные лампы низкого давления, дуговые ртутные лампы высокого давления, натриевые и металлогалогенные лампы, в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом выпускаются дуговые ксеноновые лампы.

При определении возможности использования РЛ необходимо учитывать сложную взаимосвязь выходных параметров ламп и технических требований пользователя в каждом конкретном случае применения для достижения конечной цели с учетом целесообразности и техникоэкономической эффективности.

По некоторым параметрам ксенрновые лампы уступают другим видам РЛ, но наряду с этим они обладают отличительными особенностями, которые позволяют им выдерживать конкуренцию с другими источниками излучения и находить широкое применение в осветительной технике и технологии в различных отраслях народного хозяйства.

В отечественной литературе отсутствует книга, в которой бы имелись данные о ксеноновых лампах и светотехнических устройствах и об их применении. Такие сведения содержатся лишь в отдельных статьях.

Цель книги состоит в том, чтобы обобщить опубликованный материал и ознакомить светотехников с эксплуатационными характеристиками ксеноновых ламп, с их ролью и местом в современной номенклатуре РЛ, со схемами включения и зажигания, со световыми приборами и светотехническим оборудованием, а также примерами областей применения. Кроме того, приводится расчет конструктивных и электрических характеристик ламп при различных режимах работы и методы расчета схем включения и зажигания.

Идея написания книги принадлежит доктору техн, наук, лауреату Государственной премии СССР и золотой медали Дюпона (США) Иммануэлю Самойловичу Маршаку, заложившему основы создания и развития в нашей стране нового класса источников света — разрядных импульсных и дуговых ксеноновых ламп.

Преждевременная кончина И.С. Маршака не позволила ему принять непосредственное участие в работе над книгой, которую он рассмат-

ривал как продолжение его монографии ’’Импульсные источники света” (1963 г.), второе издание которой, переработанное и дополненное, вышло в 1978 г.

В создании как самих ламп, так и световых приборов и светотехнического оборудования на базе этих ламп в нашей стране принимала участие большая группа специалистов. Наибольший вклад в эти работы внесли В.И. Васильев, ЛИ. Щукин (лампы), В.В. Трембач, Б.Н. Глебов, Р.А. Щербачева (световые приборы), В.И. Булыков, Г.Н. Квашин (об- лучательные приборы для растениеводства), В.М. Дмитров, Л.А. Мансурова, В.З. Спектор (пусковые устройства), М.А. Мхитаров, С.Г. Соловьев, А. А. Волков (технологическое оборудование), В.В. Ляшенко, А.А. Рошаль (проекты облучательных и осветительных установок).

Особо следует отметить роль В.И. Жильцова, Б.В. Скворцова и Б.А. Константинова, которые уделяли этому направлению большое внимание как при постановке работ, так и при организации промышленного выпуска ламп типа ДКсТ и светотехнического оборудования на их основе.

В процессе написания книги автор опирался на помощь своих коллег по работе, которым искренне признателен, особенно М.Г. Фейгенбауму за тщательное прочтение рукописи и ценные замечания. Автор также выражает благодарность рецензенту Ю.Г. Басову за замечания и советы, способствовавшие улучшению книги.

Автор старался как можно точнее выполнить замыслы И.С. Маршака, сознавая, что, возможно, он это сделал не лучшим образом. Поэтому все замечания и предложения, направленные на улучшение книги, будут с благодарностью приняты. Просьба присылать их по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат.

Автор

ВВЕДЕНИЕ

Известно, что источники излучения, основанные на использовании электрического разряда в газах или парах металлов, требуют при их включении в питающую сеть применения токоограничивающих сопротивлений — балластных устройств. Это связано с тем, что вольт-амперная характеристика (ВАХ) газового разряда является падающей, т.е. с увеличением тока напряжение на лампе уменьшается, соответственно уменьшается сопротивление лампы, и если не принять необходимых мер, то ток может достигнуть максимального значения, определяемого только внутренним сопротивлением источника питания.

В большинстве случаев зто вызовет разрушение РЛ.

Иными словами, осуществить стабилизацию дугового разряда только с помощью собственного сопротивления РЛ нельзя. Это казалось очевидным и не вызывало никаких сомнений у специалистов, занимающихся разработкой РЛ.

И.С. Маршак преодолел эти традиционные взгляды на ход ВАХ и показал, что возможно существование дугового разряда с возрастающей ВАХ, при которой не потребуется применения балластных устройств.

К этой плодотворной мысли И.С. Маршак пришел в результате многочисленных исследований сильноточных разрядов, ограниченных стенками трубки. При зтих условиях, как он показал, имеет место квази- стационарный насыщенный разряд. Характерной особенностью такого разряда является то, что рассеяние электронов ионами преобладает над рассеянием электронов нейтральными атомами, т.е. плотность тока в разряде практически не зависит от степени ионизации, так как с ростом числа электронов уменьшается их средняя длина свободного пробега. Следовательно, удельное сопротивление разряда принимает конечное значение и ВАХ становится возрастающей. Таким образом отпадает необходимость применения балластных устройств для ограничения тока.

Основная заслуга И.С. Маршака состоит в том. что он не только теоретически установил возможность осуществления в инертных газах дугового самостабилизированного разряда в длинных трубках, но и со свойственной ему инженерной смелостью, вопреки установившимся понятиям, нашел технические решения реализации такого разряда при создании первых промышленных образцов отечественных безбал-

ластных ксеноновых трубчатых ламп непрерывного горения с широким диапазоном мощностей от 6 до 20 кВт [1 ].

Приоритет в создании принципиально новых источников света принадлежит СССР и закреплен в [68].

Предметом изобретения явилась мощная разрядная лампа, например ксеноновая, с кварцевой разрядной трубкой, отличающаяся тем, что с целью обеспечения работы лампы без применения внешнего токоограничивающего сопротивления основные параметры разрядной трубки выбраны в зависимости от эффективного удельного сопротивления плазмы в столбе разряда и допустимой удельной нагрузки на внутреннюю поверхность кварцевой трубки из соотношения

D//^ = ^^уд/ ^2,

где D — внутренний диаметр, см; /э — расстояние между электродами, см; р — эффективное удельное сопротивление плазмы в столбе разряда, Ом см; Руд допустимая удельная нагрузка на внутреннюю поверхность кварцевой трубки, Вт/см2; U — действующее напряжение, В.

Следует сказать, что в ФРГ в конце 50-х годов были сконструированы трубчатые ксеноновые лампы мощностью до 65 кВт, но они были рассчитаны на работу в сети переменного тока с балластным сопротивлением в виде громоздкого дорогостоящего дросселя, масса которого для лампы мощностью 20 кВт составила около 200 кг, кроме того, требовалось наличие конденсаторной батареи емкостью 400 мкФ для компенсации коэффициента мощности сети. Из работ немецких авторов на основании анализа уравнения баланса мощности Эленбааса—Хеллера для стационарного цилиндрического разряда вытекало, что такой разряд должен иметь возрастающую ВАХ и сам себя стабилизировать [2], т.е. этот путь также приводил к аналогичному результату, полученному ИС. Маршаком на основе распространения теории квазистационарно- го разряда в импульсных трубчатых лампах на случай стационарного разряда

Отсутствие балластного устройства для отечественных трубчатых ксеноновых ламп существенно повышает эффективность их применения.

Кроме того, эти лампы обладают еще и другими отличительными особенностями:

имеют большой диапазон единичной мощности (от единицы до нескольких десятков кВт);

спектр излучения включает в себя ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области, в видимой области спектр излучения близок к солнечному, что обеспечивает цветопередачу высокого качества;

коэффициент мощности сети почти равен единице;

отсутствует период разгорания;

могут работать в широком интервале температур окружающей среды без изменения своих характеристик;

являются экологически чистыми, при их разрушении не происходит загрязнения окружающей среды;

сохраняют свою работоспособность при принудительном воздушном или водяном охлаждении, а также при глубоком вакууме;

могут работать кроме непрерывного режима также в режиме кратковременных перегрузок (в течение нескольких секунд), когда мощность лампы превышает номинальную в десятки раз, а также в режиме чередующихся периодических импульсов, когда мощность в импульсе превышает среднюю в 5—10 раз;

позволяют регулировать мощность при сохранении стабильности спектрального распределения излучения;

взрывобезопасны

В настоящее время в нашей стране и за рубежом налажен серийный выпуск большого ассортимента трубчатых ксеноновых ламп, которые благодаря своим отличительным особенностям широко и успешно применяются во многих областях науки, техники и производства.

Важно отметить, что значительно позже в США, Японии и ряде других стран появились мощные трубчатые ксеноновые лампы, так же как и в СССР, рассчитанные на работу без применения балластных устройств [3]. Оценить перспективность дальнейшего совершенствования трубчатых ксеноновых ламп и расширения их использования наряду с другими типами РЛ можно только на основании выявления технико-экономической эффективности при комплексном подходе исходя из анализа требований конкретной области применения и возможности их удовлетворения за счет параметров того или иного типа РЛ. Если учесть отличительные особенности трубчатых ксеноновых ламп, перечисленные выше, то приоритет за этими лампами останется, когда требуется:

освещение больших открытых пространств, особенно в северных или труднодоступных районах;

обеспечение уровня облученности, превышающего в рабочей зоне солнечную в 100 раз и более, для различных технологических процессов при термообработке разнообразных материалов;

концентрация мощных световых потоков как постоянных, так и периодических для создания быстродействующих светосигнальных и кинофотоосветительных устройств;

достижение высококачественной цветопередачи при освещении больших площадей, таких, как выставочные залы, ярмарки, стадионы;

выращивание растений в искусственных условиях с максимальным приближением к естественному освещению;

создание всевозможных световых эффектов при сценическом освещении в больших театральных и концертных залах и на стадионах.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

НОМЕНКЛАТУРА ЛАМП И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

Трубчатые ксеноновые лампы, их конструктивные особенности, виды режимов работы и основные параметры

По дуговым трубчатым ксеноновым лампам имеется достаточно много публикаций как советских, так и зарубежных авторов. Информация по большинству этих публикаций приведена в [4]. Поэтому в дальнейшем ссылки на литературу будут приводиться лишь при необходимости дополнительного пояснения или ее отсутствии в [4].

Конструктивно дуговые трубчатые ксеноновые безбалластные лампы представляют собой кварцевую трубку, по обоим концам которой впаяны электроды, заканчивающиеся жесткими или гибкими выводами. К этим выводам подсоединяются токоподводящие провода. Если лампа предназначена для работы с водяным охлаждением, то ее помещают в стеклянный цилиндр В зазоре между кварцевой трубкой и стеклянным цилиндром циркулирует вода. Имеются лампы с компактным телом свечения, кварцевая трубка которых свернута в спираль. Общий вид ксеноновых ламп приведен на рис. 1.

Излучательные характеристики ксеноновых ламп изучены достаточно полно [5—7]. К наиболее важным характеристикам можно отнести световую отдачу, спектральное распределение КПД, пространствен-

Рис. 1. Общий вид трубчатых ксеноновых ламп:

а — с жесткими выводами; б - с мягкими выводами; в - с водяным охлаждением; г — с компактным телом свечения

Рис 2 спектральное распределение КПД ламп в единичном телесном угле: а - ДКсТ 10000; б- ДКсТВ 6000; в - ДПКс 15 00

Таблица! Основные параметры трубчатых ксеноновых ламп

Тип

„Мощность Напряжение Напряжение

кВтсети, Вна лампе, В

ДКсТ 50000

ДКсТ 20000

ДКсГ 10000

ДКсТ5000

ДКсТЛ 10000

ДКсГБ2000

ДКсТВ 50000

ДКсТВ 15000

ДКсТВ 6000

ДПКс 1500

ДПКс5000

ДПКс 8000

ХО 10000

ХО 20000

XF 3000

HQO 20000

HQO 10000

XBF 6000

ХВГ 2500

LAX 20-277

LAX-20 240 L AX-10-208

UXL 6000

UXL10000

UXL 16000

UXL 1600

UXL20000

UXL2000

XOP 15

XOP 40

XOP 80

СССР50380380

20380380

10220220

5110110

10220220

222060

50380380

15220220

6220220

1,5220110

5380380

8380380

ГДР10220140

20380240

322070

ФРГ20380274

10220137

6220135

2,522099

США20277277

20240240

10208208

Япония6100100

10125125

16200200

16210210

20242242

20254254

Нидерланды 1,5220110

4220205

8420380

Примечания Наличие балласта: 1 - есть; 2 нет. Положение горения: 3 — воздушное; 7 — принудительное воздушное. Форма светящего тела: 8 - цилинд ся Конструкция выводов: 12 - жесткая; 13 - гибкая.

ное распределение (индикатриса силы света или излучении), цветовую температуру и эквивалентный телесный угол fi, равный отношению светового потока (потока излучения) к силе света (силе излучения) в направлении нормали к оси лампы.

В табл. 1 приведены по литературным данным основные параметры ксеноновых памп

Ток,

Свето-Длина, ммВнутрен-

лвой ний диа-

поток,полнаядугиметр труб- Примечание

клмки, мм

132

56

46

44

46

32

132

68

30

17

19

22

73

73

43

73

73

45

22

72

83

48

60

80

80

76

82

75

18

18

19

223227002100382,4,6,8,11,12

5001990168021Тоже

250126095021

10064648022

2501190950232,4,6,8,11,13

40370170181,4.6,8.10,12

20809 355 20122,3,5,4,11,12

6004602007То же

2104782507

383963088

150--8

240--8

2501140750261,4,6,8,10,13

50018901500261,4,6,8,10,13

602916091,3,5,8,11,12

50019501500301,4,6,8,10,13

2501000750301,4,6,8.10,13

210380ПО51,3,5,8,11,12

842777561,3,5,8,11, 12

55018901524

55018921524

2751285914

12598055036

25011707502, 4, 6, 8, 10, 12

40016251200

40016251200

50019201500

50019201500

37,50039231271,3,7,9,10,13

120--9

240--9

любое; 4 - до 30° от горизонтального. Охлаждение 5 водяное; 6 естественное рическая; 9 - спиральная. Фильтрация излучения- 10 - отсутствует; 11 -имеет-

На рис. 2 представлено типичное спектральное распределение КПД т?л в единичном телесном угле ламп ДКсТ 10000, ДКсТВ 6000 и ДПКс 1500, характерной особенностью которых является наличие коротковолнового ультрафиолетового, видимого и ближнего ИК-излучения. В видимой области спектральное распределение излучения близко к солнечному, а в области ИК существенно отличается от солнечного.

Рис. 4. Относительное распределение яркости /, по диаметру трубки лампыРис. 4. Относительное распределение яркости /, по диаметру трубки лампыРис. 3. Индикатрисы силы света ламп I в продольной плоскости:1 — ДКсТ 10000; 2 ДКсТВбООО (а — угол между осью лампы и направлением наблюдения)Рис. 3. Индикатрисы силы света ламп I в продольной плоскости:1 — ДКсТ 10000; 2 ДКсТВбООО (а — угол между осью лампы и направлением наблюдения)

Рис. 4. Относительное распределение яркости /, по диаметру трубки лампы

Рис. 4. Относительное распределение яркости /, по диаметру трубки лампы

Рис. 3. Индикатрисы силы света ламп I в продольной плоскости:

1 — ДКсТ 10000; 2 ДКсТВбООО (а — угол между осью лампы и направлением наблюдения)

Рис. 3. Индикатрисы силы света ламп I в продольной плоскости:

1 — ДКсТ 10000; 2 ДКсТВбООО (а — угол между осью лампы и направлением наблюдения)

Цветовая температура столба разряда лежит в пределах 5500—6000 К и зависит от плотности тока.

При необходимости фильтрация излучения ксеноновых ламп осуществляется различными способами. Для исключения излучения с длинами волн короче 300 нм применяются кварцевые трубки, легированные специальными добавками. У ламп с водяным охлаждением также отсутствует коротковолновое УФ-излучение, поглощаемое стеклянной рубашкой. Уменьшение интенсивности излучения ИК-области может быть достигнуто с помощью водяного фильтра толщиной 50—100 мм либо с помощью интерференционного покрытия, нанесенного на внешнюю поверхность стеклянной трубки. Кроме того, необходимо учесть, что при увеличении плотности тока в разряде происходит уменьшение доли ИК- излучения и соответственно увеличение излучения в видимой и ультрафиолетовой областях [6].

У ксеноновых ламп пространственное распределение излучения отличается от косинусного. На рис. 3 приведены индикатрисы силы света ламп ДКсТ 10000 и ДКсТВ 6000. Отличие от косинусного распределения объясняется тем, что столб разряда ксеноновых ламп из-за его малой оптической плотности является не поверхностным, а объемным излучателем, у которого эквивалентный телесный угол П > тт^р — теоретическое значение для непрозрачного равнояркого цилиндрического излучателя. Угол $2 находится в пределах 11,6—12,5 ср в зависимости от типа и конструкции ламп.

Рис. 5. Осциллограммы напряжения сети (2) и тока лампы (2) при различных режимах работы:

Т/2 — нолупериод напряжения сеги; Т/ - длительность протекания тока пампы за полупериод; Ти — время непрерывной работы ламлы в импульсе; Тп — пауза

Яркость лампы вдоль дуги имеет практически одинаковое значение. 2а по ширине дуги имеет максимальное значение, уменьшающееся к

4стенкам трубки, как это видно из рис. 4.

Ксеноновые лампы рассчитаны на эксплуатацию в промышленных сетях переменного тока, в которых могут работать в различных режимах. На рис. 5 приведены кривые напряжения сети 7 и тока лампы 2. Если обозначить действующее напряжение сети и на лампе через Ц^, Un, а номинальную и фактическую мощности лампы через Ру, Рп, то, пользуясь временными параметрами, приведенными на рис. 5, можно установить следующие виды режимов работы:

Непрерывный режим (HP), когда

Uc = U* Рп=Рн, 7П = О; т,- »Т;2.

Режим редких вспышек (РРВ), когда

1,е > (7Л; Рп^ Ру, тп >ти; т, С 772.

Квазинепрерывный режим (КВР), когда

Т

Uc>bV, т,- < у= ** ■" > 1; TK=NT; N = 1,2,3... -7П

р=5,63.10"3в2р=5,63.10"3в20,50,5В [1] приведены основные соотношения для HP работы ксеноновых ламп, базирующиеся на эмпирической формуле для удельного сопротивления разряда, Ом-см,

р=5,63.10"3в2

р=5,63.10"3в2

0,5

0,5

(1)

где Ро " начальное давление ксенона, Па; /э — длина дуги (расстояние

между электродами), см; rj — внутренний радиус трубки, см; 6 — отношение радиуса столба разряда к rv

Полагая, что сопротивление столба разряда. Ом,

Rn= р1э162иг2г(2)

и учитывая (1), получим выражение для мощности лампы, Вт, в зависимости от конструктивных параметров:

Световой поток лампы, лм, может быть определен согласно [9] по формуле

Фл -^л^л ~^лФл -^л^л ~^л19,31g — - 1219,31g — - 12(4)(4)

Фл -^л^л ~^л

Фл -^л^л ~^л

19,31g — - 12

19,31g — - 12

(4)

(4)

где т?л — световая отдача, лм/Вт.

При изменении напряжения сети соответственно будут изменяться электрические и световые характеристики. Эта зависимость выражается следующими соотношениями [10]:

где Ьл — фактическая наработка лампы, ч; £ном — номинальная наработка пампы, ч; /л и /ном — действующий и номинальный токи лампы.

Форма кривой мгновенных значений тока лампы отличается от синусоидальной и описывается выражением

i = Im sin wT (sin шТ )1,5,(6)

h которое получено с учетом того, что отношение мгновенных значений токов и напряжений равно отношению их действующих значений.

Выражение (6) можно аппроксимировать тригонометрическим трехчленным полиномом'■

i =1т (0,819 sin wt — 0,215 sin 3cuZ — 0,034 sin 5gjZ*), из которого следует, что 3-я гармоника тока лампы составляет 26 % основной. Коэффициент мощности лампы Кл и коэффициент амплиту- 14

цы тока Ка могут быть вычислены следующим образом:

Кп = Рп/ис1п = ис1п!/ UJn = 0,8 IQ/v^Sl^ + O^iFTo^OM7 * * 0,966;

I I2\ 0’5

/лI^bT^To^LS^To^O^- /

Тепловой режим оболочки лампы

Одним из основных параметров, влияющих на срок службы ксеноновых ламп, является значение рабочей температуры стенки колбы, от которой зависит степень кристаллизации кварцевой оболочки и соответственно снижение светового потока.

Обычно срок службы РЛ характеризуется наработкой, исчисляемой в часах, в течение которой световой поток находится в заданных пределах. Поэтому выбор рабочей температуры стенки колбы с учетом обеспечения гарантируемой наработки представляет собой очень важную задачу в практике разработки РЛ. Однако наиболее распространен не прямой, а косвенный выбор рабочей температуры, базирующийся на экспериментальной зависимости снижения светового потока от удельной электрической мощности qn% равной отношению средней мощности лампы Рп к внутренней или внешней поверхности колбы S2 •

Такой метод выбора рабочей температуры может привести к неправильным результатам, так как нагрев стенки колбы определяется не удельной мощностью, а лишь тепловыми потерями в ней, возникающими в процессе передачи энергии от столба разряда во внешнее пространство, как это отмечено в [11].

Удельные потери в колбе составляют некоторую часть удельной мощности в столбе разряда, Вт/см2, и учитываются коэффициентом аст:

Чг ~ аст Яп= аст^п/^2- (7)

Значение тепловых потерь в стенке колбы лампы определяется ее электрическими, конструктивными параметрами, а также зависит от режима работы лампы.

Определение потерь в стенке колбы лампы является трудоемкой экспериментальной задачей. В [12] предложен один из наиболее простых способов определения дг, основанный на использовании закона Стефана-Больцмана, устанавливающий связь между температурой внешней поверхности стенки S2 и значением поверхностной плотности потока излучения кварца.

Тепловой баланс колбы лампы с окружающей средой осуществляется через конвекцию и излучение. Если создать условия, при которых будет исключен конвективный теплообмен, то охлаждение колбы лампы

Рис. 6. Зависимость доли потерь аст в стенке колбы от отношения Рд/^

будет происходить только за счет излучения. Такие условия могут быть созданы в замкнутом объеме, куда помещена лампа и из которого откачан воздух. Тогда согласно закону Стефана—Больцмана

92 = оет24,(8)

где о — постоянная, равная 5,740-12 Вт/(см-К); е — интегральный коэффициент излучения кварца.

Следовательно, замерив с помощью термопары температуру стенки колбы лампы, по (8) находят значение удельных потерь <?2 •

С использованием этого метода для трубчатых ксеноновых ламп найдена экспериментальная зависимость аст от мощности лампы Рп и межэлектродного расстояния /э [13]. Эта зависимость, приведенная на рис. 6, достаточно хорошо аппроксимируется выражением

аст = 12,6(10"2 +/Э/РЛ).(9)

(И)(И)Если (7) подставить в (9), то получим формулу для вычисления удельных потерь в стенке колбы лампы, Вт/см2, отнесенных к внешней поверхности трубки:

(И)

(И)

qK = 3,540 4 (2r2) -°-25 (7^ - Гокр)1’25.(12)

Значение Кт в условиях свободной конвекции для горизонтальных труб находится из критериального уравнения [14]

Nu = c(GrPr)”.(13)

В этом уравнении Nu, Gr, Pr — числа Нуссельта, Грасгофа и Прандтля соответственно Значения этих чисел вычисляются из выражений

Nu = ^T2r2/XB;

Gr = 0g(2r2)2A77K2;

Pr = V/d,

где ДГ — разность температур внешней стенки колбы Г2 и воздуха Гокр вдали от лампы; V, р, d, Хв — коэффициенты кинематической вязкости, объемного расширения, температуропроводности и теплопроводности воздуха; g — ускорение свободного падения.

Значения коэффициентов сипе учетом параметров трубчатых ксеноновых ламп в диапазоне рабочих температур 700—900 °C в соответствии с [11] равны: с =0,54; и =0,25.

Температура внутренней поверхности трубки [14]

Г, = Lr2ln— +тфхк,(14)

\/

где Хк — коэффициент теплопроводности кварца.

Следует учитывать, что Хк, Вт/ (м-К), заметно зависит от температуры [13]:

Хк= 0,81 + 0,213-Ю"2 Т- 1,02-Ю"6 Г2.(15)

Оценить срок службы лампы при критерии снижения светового потока на 20 % можно с помощью соотношения

£л = 4-Ю6 о^6,4.(16)

Процесс нагрева колбы в КВР в отличие от непрерывного режима работы осуществляется поглощением части пиковой мощности Ри столба разряда стенкой в течение очередного импульса перегрузки ти и отсутствием нагрева в паузах тп. В этом случае связь между пиковой и средней мощностью определяется соотношением

1°и ~ ^л Т»

где 7 = (ти + тп)/ги.

Если ограничить изменение температуры колбы в течение ти и тп не более чем на 10 %, то можно допустить, что при работе лампы в КВР

Рис 7. Зависимость а = = ^и/^и.уст от ти и скважности 7

температура колбы практически неизменна. Тогда она будет определяться средним значением потерь в стенке:

92 = астРи12иг1э-у.(17)

Предельные значения ти и тп находятся из соотношений

0,9 = е"тит; 0,1 = e-Tnm,

Кт

где т = ф — темп нагрева, 1/с; ^ = 1 для числа Био р, =

CoPKV2-rx)

= Кт(гг - Г1)Ак <0,1 [14]; Со; рк — удельная теплоемкость и плотность кварца, откуда

ти^0,105/т;(18)

тп < 0,105/wi.(19)

Известно, что после зажигания трубчатых ксеноновых ламп необходимо некоторое время для достижения установившегося значения мощности в столбе разряда [17].

В отдельных случаях это время может оказаться больше, чем заданное время nepei рузки тп.

Начальное значение пиковой мощности может быть скорректировано с помощью соотношения

^и= ^«(^п)3,5(20)

и графика (рис. 7), на котором приведена зависимость а от ти и у при неизменном напряжении се ги.

В соответствии с этим остальные параметры для определения теплового режима могут быть вычислены с помощью следующих выражений:

аСт= 12,6(10 + 13/РИ);(21)

210 2

9г =

Гт

I ри

—— + юс

\ ^э

1

(22)

При работе ламп в КВР увеличивается удельная мощность в разряде, что приводит к увеличению КПД лампы и соответственно к уменьшению потерь в стенке колбы и температуры [11 ].

Если мощность лампы в КВР уравнять со средней мощностью в HP, то в этом случае можно оценить относительное увеличение КПД излучения т?и и световой отдачи т?с, а также снижение температуры т?т, пользуясь уравнениями

I Ри - 14,6 /э \ 1

^И II 1

\ Рл - 14,6 /э / У

7?c=(Vn)°’2;(24)

пт =пт =Ру + 100 /эРу + 100 /эРу + 100 /эРу + 100 /э(25)(25)

пт =

пт =

Ру + 100 /э

Ру + 100 /э

Ру + 100 /э

Ру + 100 /э

(25)

(25)

Можно, наоборот, увеличить среднюю мощность лампы в КВР, при которой температура стенки колбы сравняется с температурой при HP. Тогда относительное допустимое увеличение мощности находится из выражения

Пр = 1 +Пр = 1 +100 /э100 /э(26)(26)

Пр = 1 +

Пр = 1 +

100 /э

100 /э

(26)

(26)

Таким образом, при работе трубчатых ксеноновых ламп в КВР можно увеличить либо срок службы за счет снижения температуры стенки колбы, либо КПД лампы без сокращения срока службы.

Вышеприведенные соотношения для расчета параметров трубчатых ксеноновых ламп, работающих в различных режимах, обеспечивают достаточную для практики точность 10- 20 % при условии, что соблюдаются следующие ограничения:

50 Вт/см < ДЛ/7Э < 800 Вт/см;

0,6см<г2 <2,5 см;

600°С<Г2 <1100 °C;

92'2 >2.

Механизм пробоя и зажигания

В обычном состоянии газы обладают ничтожной электропроводностью. Для того чтобы перевести газовый промежуток в состояние высокой проводимости, необходимо обеспечить наличие свободных электронов и ионов за счет начальной ионизации нейтральных атомов и обеспечить их продвижение к электродам лампы. Это осуществляется подачей на лампу высоковольтных высокочастотных импульсов напряжения с помощью зажигающих устройств (ЗУ). Под воздействием этих импульсов происходит пробой газового промежутка и образование узкого плазменного канала вдоль трубки.

Для объяснения механизма высокочастотного пробоя в [17] предложена эквивалентная схема замещения лампы при ее включении в сеть (рис. 8).

При высокочастотном пробое трубчатых ламп сразу после подачи напряжения UBblx на электроды лампы происходит пробой между потенциальным электродом ПЭ и близлежащим участком стенки, наблюдаемый в виде светящегося канала. По мере роста напряжения увеличиваются диаметр и яркость канала разряда на стенку и одновременно происходит продвижение слабосветящегося столба по трубке в сторону заземленного электрода. В момент заполнения светящимся столбом всего объема трубки образуется яркий узкий шнур во всю длину трубки, т.е. происходит межэлектродный пробой, и возникает высокочастотный разряд от вспомогательного источника тока.

Было установлено, что на пробой в длинных трубках влияют стенки трубки, а также емкость трубки относительно земли. Очевидно, при высокой частоте это влияние должно возрастать и привести к увеличению напряжения пробоя ламп. Рассмотрим процесс высокочастотного пробоя, пользуясь рис. 8.

Приложенное к электродам трубки в начальный момент напряжение распределяется обратно пропорционально емкостям С1 и С2. Большая часть напряжения оказывается приложенной к промежутку между ПЭ и близлежащим участком стенки трубки (так как Cl < С2), в результате чего произойдет пробой промежутка. С увеличением частоты доля напряжения на С1 уменьшается из-за падения напряжения на Ls. Для компенсации этого падения требуется повысить значение приложенного

Рис. 8. Эквивалентная схема замещения трубчатой лампы при высокой частоте:

^ст - сопротивление столба при высокочастотном разряде; Ls индуктивность проводов; С1 — емкость ПЭ относительно стенки трубки; С2 — емкость трубки относительно земли; G — генератор высокочастотного напряжения

напряжения. Кроме того, после возникновения начального пробоя емкость С2 начинает играть более заметную роль, так как с ростом частоты происходит перераспределение тока от высокочастотного источника питания в сторону увеличения его в цепи С2 и уменьшения в цепи /?ст, что ухудшает условия развития разряда. Компенсация утечки тока из основной цепи также требует повышения приложенного напряжения.

В [17] предлагается эмпирическая формула, связывающая напряжение пробоя Lnp, параметры лампы и частоту / приложенного напряжения:

Епр = 5,77-КГ3 [Igf (9,5 1g/- 7,6) * 16,4]. (27) '1

В результате высокочастотного пробоя создаются условия развития сильноточного разряда от сетевого напряжения, подведенного к электродам лампы. Этот процесс завершается зажиганием лампы, т.е. установлением рабочего тока в ее цепи. Весь процесс зажигания включает в себя две стадии. На первой стадии — образование маломощного высокочастотного разряда, на второй — формирование основного дугового разряда от мощного источника питания. Такой процесс зажигания относится к виду Е [7].

Первым необходимым условием осуществления такого механизма зажигания является превышение мощности, выделяемой в канале разряда над мощностью, теряемой в объеме и на стенках колбы лампы. Вторым необходимым условием является наличие микроучастков на поверхности электродов, разогретых до температуры термоэмиссии. При ^ых = ^пр высокочастотный разряд фиксирован на определенных участках электродоч, а при иеых > Unp перемещается по их поверхности. Очевидно, что в первом случае условие нагрева микроучастков более благоприятно, чем во втором.

В реальных схемах зажигания высокочастотное напряжение подается на электроды в виде серии чередующихся импульсов. От числа импульсов зависит значение высокочастотного тока и, следовательно, степень нагрева микроучастков на электродах.

У ламп ДКсТ, включенных в сеть без балласта, кривые мгновенных значений напряжения и тока находятся в фазе, что затрудняет перезажи- гание разряда в каждый полупериод. Для облегчения перезажигания и уменьшения пауз тока высоковольтные импульсы следует подавать в момент нулевого значения напряжения сети, что позволяет одновременно снизить напряжение зажигания ламп. Это легко осуществимо за счет питания лампы и ЗУ от разных фаз сети.

Зажигающее устройство соединяется с лампой проводами определенной длины. При прохождении высокочастотного тока /в по проводам часть электромагнитной энергии излучается. Если допустим, что выход-

ная мощность ЗУ распределяется между проводами и лампой пропорционально их длинам /пр и /э, то, воспользовавшись формулой [18], оценим потери мощности на излучение:

^изл^изл77 Г 7 в ^пр (^пр + /Э)13.5-101677 Г 7 в ^пр (^пр + /Э)13.5-1016(28)(28)

^изл

^изл

77 Г 7 в ^пр (^пр + /Э)

13.5-1016

77 Г 7 в ^пр (^пр + /Э)

13.5-1016

(28)

(28)

где е0 = 1,27-Ю-6 В-с/(А-м) — электрическая постоянная; д0 =8-85 х х 10 12 Кл/(В-м) — магнитная постоянная.

При двойной длине проводов Юми частоте / = 107 Гц потери на излучение составляют около 80 %, при 5406 Гц - 20 %, а при 105 Гц — только 2 %. Из этого следует важный практический вывод о необходимости снижения частоты выходного напряжения пробоя и уменьшения потерь на излучение от проводов.

Таким образом, можно сформулировать перечень основных выходных параметров ЗУ для трубчатых ксеноновых ламп, значение которых определяется при разработке в каждом конкретном случае:

^вх- амплитуда высоковольтных импульсов;

/- частота колебаний импульса;

Np - число импульсов за полупериод сетевого напряжения.

/в, ти - действующее значение высокочастотного тока и длительность его протекания;

vp - сдвиг фаз между началом серии импульсов и нулевым значением напряжения сети.

ГЛАВА ВТОРАЯ

ЗАЖИГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ

Зажигающие устройства

В основу большинства ЗУ положен способ использования импульсного трансформатора (ИТ) Т, вторичная обмотка которого подсоединена к электродам лампы VL, а первичная через коммутатор F - к накопительному конденсатору С2 (рис. 9). Преимущество схемы параллельного зажигания состоит в том, что вторичная обмотка ИТ не находится в цепи тока лампы. Это позволяет применить обмоточный провод с малым сечением и выбрать большой коэффициент трансформации ИТ с расчетом использования низковольтного источника питания ЗУ. К недостаткам такой схемы можно отнести то, что в процессе зажигания лампы сетевые провода находятся под полным высоковольтным напряжением. Это приводит к необходимости включения в цепь лампы сложных высокочастотных фильтров — пробок (Z, С).

Достоинство схемы последовательного зажигания заключается в отсутствии высокого напряжения на проводах сети, шунтируемого кон- 22

8)

а — схема параллельного зажигания; б - последовательного; в - комбинированного

Рис. 9. Классификация схем зажигания по способу подсоединения ИТ:

денсатором С1, а к недостаткам следует отнести необходимость применения высоковольтного источника питания для ЗУ.

Схема комбинированного зажигания позволяет при прочих равных условиях обеспечить наименьшее напряжение зажигания.

По типу коммутатора различаются ЗУ с механическим, газоразрядным и полупроводниковым коммутатором. Существуют ЗУ для зажигания о. гной лампы или группы ламп.

По форме выходного напряжения ЗУ делятся на ЗУ с непрерывным и импульсным, с однополярным и двухполярным выходным напряжением [19]. Классификация по этим признакам приведена на рис. 10.

Выбор того или иного типа ЗУ определяется целым комплексом требований, вытекающих из конкретной задачи применения трубчатой ксеноновой лампы.

Рис. 10. Классификация схем зажигания по форме выходного напряжения

Ниже приводится описание наиболее распространенных схем ЗУ.

На рис. 11 приведены схемы последовательного зажигания с газоразрядными коммутаторами.

В схеме на рис. И, а при подаче напряжения питания через зарядный трансформатор (ЗТ) Т1 производится зарядка накопительного конденсатора С1 до уровня срабатывания коммутатора F. После пробоя последнего конденсатор С1 разряжается на первичную обмотку Т2. вследствие чего во вторичной обмотке индуцируется высоковольтный импульс напряжения, прикладываемый к лампе. Затем этот процесс повторяется.

При срабатывании коммутатора F происходит короткое замыкание вторичной обмотки ЗТ, при этом ток короткого замыкания ограничь вается только индуктивностью рассеяния. С целью уменьшения тока короткого замыкания в цепь коммутатора включается балластный конденсатор С2 [20], как это показано на рис. 11. б.

В этом случае одновременно с разрядом накопительного конденсатора С1 происходит заряд балластного конденсатора С2 до уровня напряжения, обеспечивающего запирание коммутатора. Затем процесс заряда конденсатора С2 повторяется, но уже при более высоком уровне напряжения вплоть до максимального значения напряжения сети за полупериод. После этого процесс становится обратным, так как напряжение на конденсаторе С1 уменьшается до тех пор, пока разность напряжений на конденсаторах С1 и С2 не достигнет уровня срабатывания коммутатора F, что приводит к частичному разряду конденсатора С2 до напряжения на конденсаторе CL

Разрядный импульс конденсатора С2, проходя через первичную обмотку Т2, вызывает появление импульса напряжения на вторичной об мотке. Этот процесс импульсного разряда конденсатора С1 повторяется до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет нулевого уровня. После этого конденсатор С1 начнет заряжаться напряжением обратной полярности в аналогичном порядке.

Рис. 1L Зажигающие устройства с разрядными коммутаторами:

а - с воздушным разрядником; б — с балластным конденсатором; в — с двумя разрядными коммутаторами

На рис. 11, в приведена схема ЗУ с двумя разрядными коммутаторами, напряжение пробоя у одного из которых немного ниже амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке ЗТ, а у второго — значительно ниже. При этом высоковольтные импульсы, генерируемые с помощью первого коммутатора F1, следующие с частотой 100 Гц, обеспечивают пробой лампы, а импульсы с меньшей амплитудой, генерируемые с помощью коммутатора F2, но следующие с большой частотой, обеспечивают развитие высокочастотного разряда в лампе.

Выходное напряжение ЗУ с разрядными коммутаторами, в том числе и с воздушным, имеет значительный разброс. Это связано с естественным диапазоном колебаний напряжения пробоя газовых промежутков. Кроме того, частота повторения импульсов за полупериод напряжения сети относительно невелика, не более 1000 Гц, из-за значительного времени восстановления электрической прочности газового промежутка после очередного разряда накопительного конденсатора.

Применение полупроводниковых коммутаторов, например тиристоров, позволяет улучшить стабильность выходных импульсов напряжения. В [19] подробно рассмотрены различные схемы ЗУ с тиристорными коммутаторами. Полупроводниковый коммутатор состоит либо из двух тиристоров VI и V2, включенных встречно-параллельно (рис. 12, я), либо одного, включенного в диагональ выпрямительного моста (рис. 12,6).

При такой схеме коммутации частота выходных импульсов равна удвоенной частоте сети, так как в каждый полупериод происходит разряд накопительного конденсатора С1 на первичную обмотку ИТ в момент подачи отпирающих сигналов на тиристоры. Зарядка конденса-

Рис- 12, Зажигающие устройства с полупроводниковыми коммутаторами:

а — с двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно; б — с одним гиристором, включенным в диагональ выпрямительного моста

тора С1 осуществляется через балластное сопротивление Zg, которое может быть в виде резистора, индуктивности или конденсатора.

Значение Zg выбирается из условия, чтобы время заряда конденсатора С1 было меньше периода следования выходных импульсов.

С целью увеличения частоты выходных импульсов параллельно ти- рист эрному коммутатору подключается цепочка из L и С2, которая совместно с тиристором, находящимся в открытом состоянии, представляет собой колебательный контур. В определенный момент времени, когда сумма токов от колебательного контура и разряда накопительного конденсатора станет равной току отключения тиристора, произойдет запирание тиристора. После подачи очередного управляющего сигнала на тиристор процесс повторяется. Такая схема ЗУ позволяет увеличить частоту следования выходных импульсов до 2000 Гц. На рис. 13 приведена схема ЗУ, в которой использован тиристорно-емкостный преобразователь переменного тока. В этой схеме накопительный конденсатор С1 в момент подачи очередного управляющего сигнала на тиристор VI в положительный полупериод или на тиристор V2 в отрицательный перезаряжается до напряжения противоположной полярности, при этом к первичной обмотке Т прикладывается суммарное напряжение, равное напряжению на накопительном конденсаторе и мгновенному значению напряжения сети, определяемому углом включения тиристоров. При угле включения, равном 90°, это напряжение

Г—Н“ С т ^сРис. 13. Зажигающее устройство с тиристорно-емкостным преобразователем переменного токаГ—Н“ С т ^сРис. 13. Зажигающее устройство с тиристорно-емкостным преобразователем переменного тока

Г—Н“ С т ^с

Рис. 13. Зажигающее устройство с тиристорно-емкостным преобразователем переменного тока

Г—Н“ С т ^с

Рис. 13. Зажигающее устройство с тиристорно-емкостным преобразователем переменного тока

Рис. 14. Зажигающие устройства с тиристорно-емкостным преобразователем постоянного тока:

а — с ИТ, работающим на частотном цикле перемагничивания; б — с ИТ, работающим на полном гистерезисном цикле

достигает максимального значения и примерно равно удвоенному амплитудному значению напряжения сети, частота выходных импульсов соответственно равна удвоенной частоте сети. Следовательно, меняя угол включения тиристоров, можно плавно регулировать выходное напряжение ЗУ. -

Схема ЗУ на рис. 14, а позволяет увеличить частоту повторения импульсов до нескольких килогерц благодаря применению тиристорноемкостного преобразователя постоянного тока. Недостатком такой схемы является то, что Т работает только на частичном цикле перемагничивания из-за однополярных разрядов накопительного конденсатора С1 на первичную обмотку. Этот недостаток отсутствует в схеме ЗУ на рис. 14,6, в которой накопительный конденсатор С1 перезаряжается поочередно, либо через одну из двух первичных обмоток ИТ, включенных навстречу друг друп. либо через другую, что обеспечивает работу ИТ на полном гистерезисном цикле.

В этих схемах при подаче управляющих сигналов на тиристоры VI, V4 и V3, V2 соответственно в начальный момент перезаряда накопительного конденсатора С1 к первичным обмоткам ИТ прикладывается каждый раз напряжение, равное удвоенному значению амплитуды напряжения источника питания.

Основное преимущество ЗУ с тиристорными коммутаторами состоит в том, что из-за относительно низких рабочих напряжений полупроводниковых приборов по сравнению с 1 азоразрядными отпадает необ-

Рис. 15. Зажигающее устройство с тиристорно-магнитным модулятором

ходимость использования громоздкого ЗТ высокого напряжения. Но при этом максимальное напряжение на накопительном конденсаторе не может превысить удвоенного значения напряжения сети, т.е. при напряжении сети 380 В не более 1000 В. При таком напряжении на накопительном конденсаторе получение выходного напряжения с амплитудой более 10 000 В приводит к существенному усложнению конструкции ИТ.

На рис. 15 приведена схема ЗУ с тиристорно-магнитным модулятором, в которой тиристорный коммутатор включен в низковольтную цепь, а высоковольтная цепь коммутируется нелинейной индуктивностью [22].

Схема работает следующим образом. В начале цикла начинается заряд конденсаторов С1 и С2 от источника питания через зарядный дроссель L1. По мере заряда конденсатора С2 происходит нарастание индукции в магнитопроводе L2 и его перемагничивание. Когда дроссель L2 насыщается, начинается передача перемагничивающего импульса из конденсатора С2 в конденсатор СЗ и перемагничивание магнитопровода автотрансформатора L3. После насыщения магнитопровода автотрансформатора L3 энергия, накопленная в конденсаторе СЗ, передается к импульсному трансформатору Т Таким образом, каждый раз в начале заряда конденсатора С1 происходит передача по звеньям модулятора перемагничивающего импульса, в результате все коммутирующие дроссели оказываются насыщенными. Начиная с этого момента ток заряда конденсатора С1 протекает через все положительно насыщенные дроссели. В момент, когда напряжение на конденсаторе С1 достигает максимального значения, на тиристор V поступает управляющий импульс и начинается разряд конденсатора С1 на конденсатор С2 через дроссель L4 и тиристор И

Полярность напряжения на конденсаторе С2 такова, что дроссель L2 выходит из состояния положительного насыщения. К моменту завершения заряда конденсатора С2 дроссель L2 насыщается отрицательно, и этот конденсатор разряжается на конденсатор СЗ, Далее этот импульс передается на ИТ. Затем этот процесс повторяется.

Ранее было показано (см. § 1.3), что с уменьшением частоты колебаний импульса выходного напряжения напряжение пробоя трубчатых ксеноновых ламп уменьшается. На рис. 16 изображена схема ЗУ, кото-

Рис. 16. Зажигающее устройство с выходным напряжением промышленной частоты

Рис. 17. Зажигающие устройства для одновременного зажигания: а - двух ламп; б — четырех ламп; в — большой группы ламп

рая обеспечивает зажигание ламп напряжением на промышленной частоте 50 Гц. Это достигается тем, что к электродам лампы подсоединена вторичная обмотка трансформатора высокого напряжения Т с напряжением, превышающим напряжение пробоя лампы на частоте сети. К этим же электродам подключено напряжение сети через тиристоры VI и V2, включенные встречно-параллельно.

Процесс зажигания осуществляется следующим образом.

В положительный полупериод напряжения сети на тиристор VI подается управляющий сигнал, а в отрицательный — на тиристор V2, в результате чего к лампе прикладывается полное напряжение сети. Напряжение от трансформатора Т прикладывается к лампе инфазно, т.е. тиристоры, находящиеся в данный полу период в закрытом состоянии, не пропускают это напряжение в сеть. Таким образом, после пробоя лампы через нее будут протекать два тока — ток зажигания от трансформатора высокого напряжения и силовой ток от сети, после чего трансформатор отключается кнопкой SB.

Имеются схемы ЗУ, предназначенные для зажигания одновременно нескольких ламп (рис. 17). Процесс зажигания с ЗУ, приведенным на рис. 17, в, протекает следующим образом. В первый момент после включения ЗУ и срабатывания коммутатора F напряжение ^ с накопительного конденсатора С прикладывается к соединенным последовательно первичным обмоткам Т1 — Тб. При этом на вторичных обмотках ИТ индуцируется высокое напряжение:

U2i = nL\/N, (29)

где п — коэффициент трансформации ИТ; N - число ламп в группе до зажигания первой лампы.

Из-за естественного разброса напряжения пробоя лампы (7Пр сначала происходит пробои лампы с наименьшим значением (/пр и ее зажигание, что приводит к закорачиванию вторичной обмотки соответствующего ИТ по высокочастотной цепи, так как сопротивление горящей лампы составляет единицы ом. В режиме короткого замыкания сопротивление первичной обмотки в основном определяется индуктивностью рассеяния ИТ, которое заметно меньше индуктивного сопротивления первичной обмотки на холостом ходу. В этом случае напряжения на остальных лампах повышаются согласно формуле

U2<i_n = nUil(N- 1). (30)

Затем происходит пробой и зажигание следующей лампы и так далее, пока не произойдет зажигание последней лампы с наибольшим напряжением пробоя. Такая схема зажигания может быть применена для группы ламп, включенных попарно последовательно, как это изображено на рис. 18.

Недостаток описанной схемы группового зажигания состоит в том, что очередность зажигания ламп является случайной. Кроме того, при- 30

NONOРис. 18. Зажигающее устройство для зажигания большой группы ламп, включенных попарно последовательноРис. 18. Зажигающее устройство для зажигания большой группы ламп, включенных попарно последовательно(31)(31)зервной лампызервной лампы

NO

NO

Рис. 18. Зажигающее устройство для зажигания большой группы ламп, включенных попарно последовательно

Рис. 18. Зажигающее устройство для зажигания большой группы ламп, включенных попарно последовательно

(31)

(31)

зервной лампы

зервной лампы

Ao- Bo Co

ходится выбирать выходное напряжение с большим запасом, чтобы обеспечить зажигание любой лампы с максимальным напряжением пробоя. С целью установления заданного порядка зажигания ламп и уменьшения выходного напряжения в [23] предлагается ИТ выполнять с различными коэффициентами трансформации п, а их первичные обмотки включать с максимальным значением и в цепь первой лампы, с минимальным — в цепь последней. Этот прием позволяет также выравнять напряжения на вторичных обмотках ИТ. Коэффициент трансформации Лго ИТ

U2, =KUnp = UxntlN= const,

где К — коэффициент запаса по зажиганию, учитывающий разброс параметров лампы и ЗУ.

В большинстве случаев ЗУ предназначаются для зажигания холодных ламп, так как напряжение пробоя горячих ламп более чем вдвое

Рис. 19. Схема зажигания ре

превышает напряжение пробоя холодных ламп. Зажигающие устройст ва с выходным напряжением, обеспечивающим пообой и зажигание горячих ламп, будут иметь значительно большие габаритные размеры и массу. Кроме того, резко увеличиваются требования к электрической прочности элементов ЗУ и токопроводящих цепей. Повторное зажигание ламп может быть осуществлено обычным ЗУ только после их остывания, примерно через 5 мин после выключения.

Задача уменьшения темновой паузы решается с помощью схемы, приведенной на рис. 19, которая обеспечивает мгновенное зажигание резервной лампы в случае погасания основной из-за кратковременного отключения сети или выхода ее из строя при повторном включении ЗУ, гак как из двух ламп, включенных параллельно, загорится холодная.

Основные соотношения в контуре зажигающего устройства

Электрические процессы в контуре ЗУ с газоразрядным коммутатором в виде воздушного разрядника (см. рис. 11, а) можно изобразить с помощью диаграммы на рис. 10 и схемы замещения на рис. 21

Электрические процессы, протекающие в контуре ЗУ, разделяются на низкочастотные и высокочастотные и определяются параметрами Зт и ПТ совместно с разрядником и накопительным конденсатором Ci. С целью упрощения вывода основных соотношений допустим, что все элементы контура линейны, а синусоидальное напряжение на вторичной обмотке ЗТ заменяется прямоугольным с амплитудой

Рис. 21. Схема замещения эапяпного контура ЗУR1 - сопротивление первичной обмотки ЗТ, приведенное к вторичной; R2 - сопротивление вторичной обмотки ЗТ; Ls- индуктивность рассеяния обмоток ЗТРис. 21. Схема замещения эапяпного контура ЗУR1 - сопротивление первичной обмотки ЗТ, приведенное к вторичной; R2 - сопротивление вторичной обмотки ЗТ; Ls- индуктивность рассеяния обмоток ЗТ

Рис. 21. Схема замещения эапяпного контура ЗУ

R1 - сопротивление первичной обмотки ЗТ, приведенное к вторичной; R2 - сопротивление вторичной обмотки ЗТ; Ls- индуктивность рассеяния обмоток ЗТ

Рис. 21. Схема замещения эапяпного контура ЗУ

R1 - сопротивление первичной обмотки ЗТ, приведенное к вторичной; R2 - сопротивление вторичной обмотки ЗТ; Ls- индуктивность рассеяния обмоток ЗТ

Рис 20. Диаграмма временных электрических процессов в контуре ЗУ с комму- гатором в виде воздушного разрядника:

1 - напряжение сети; 2 - напряжение на накопительном конденсаторе; 3 — высокочастотный импульс напряжения

U2 = № + t/,„)/2,

где Uz — напряжение зажигания разрядника; Um — амплитуда напряжения на вторичной обмотке ЗТ.

Если обратиться к схеме замещения зарядного контура на рис. 21, то в зависимости от значений параметров элементов контура могут быть два случая, отличающиеся характером электрических процессов. Первый случай, когда Ls < R\ + R2, т.е. значением Ls можно пренебречь, что позволит написать

arcsin (t/z/t/,„)

Q = -^г tR^Cx ln(l — 2l/z/(t7z + Um^.

Используя эти выражения, найдем уравнение для определения числа разрядных импульсов за полупериод сетевого напряжения.

1(Г2 - 0.64-10"2 aicsin(t/z/l/,„)

Wp = 13/ Q + 1 = —, Z' m- + 1.

‘(Ri+R 2 )C, ln(l - 2 Uz/Um)

Мощность и действующие значения токов в обмотках ЗТ:

P«=U2CxNph(33)

/2 = Uz (С^р f/R2 + п2 R,) °’5;(34)

Л = /2и,(35)

где и — коэффициент трансформации ЗТ; f — частота сетевого напряжения.

Второй случай, когда R\ + R2 > 0; Ls > 0. В этом случае напряжение на накопительном конденсаторе Q

(36)(36)Uz — Um1

(36)

(36)

их = 1 - — е ' sin(wof + wo)

2w0>Jl SCX

где b = (R2 + R\) I2Ls; V/o = л/2.

Учитывая, что w0 % Y[\/LSC\, и при t = Qup = Uz преобразуем выражение (36):

-bQ + In cos w0 C = ln(((/,„ - Uz^KUm + t4)).

Далее, разлагая In cos w0 Q в ряд и беря только первый член, получим

о о- Uz

Q2 + 2bQ + 21п —

ит + Uz

3-6692

1 + w01 + w0Um-Uz— 2 InUm*UzUm-Uz— 2 InUm*Uz0,50,5откуда b

1 +

w0

1 +

w0

Um-Uz

— 2 In

Um*Uz

Um-Uz

— 2 In

Um*Uz

0,5

0,5

Q= —

COo

Подставим это выражение в (32). Можно без большой ошибки допустить, что b =0, так как ш0 > Ь. Тогда соотношение для вычисления числа импульсов за полупериод сетевого напряжения примет вид

/-2-2Uz I

10- 0,64-10 arcsin Wq

Ар = —, + 1.(37)

J -2 In

Um + Uz

На рис. 22 представлена схема замещения разрядного контура. В режиме холостого хода до пробоя лампы Нг = ". Тогда согласно [24] выходное напряжение на вторичной обмотке ИТ определяется следующим выражением:

UZM

и вых = (COS axf — cos w?),(38)

OL yL 2C2S где

Af = K(L1Lz)0-5; a=l-№; /3 = c^~c^;

( (a, + a2)~ [(«i + «2)z - 400102]0>s ) 0>s

W1 2 - );————————— V ;

(200^2)

Oi = L1 Ci; a2 = C2 C2;

К — коэффициент связи ИТ.

Для определения времени tm, когда выходное напряжение примет максимальное значение, исследуем выражение (38) на экстремум. Производные от cos toxt и cos w2f разложим в ряд и воспользуемся только двумя первыми членами. Далее после несложных преобразований получим

t т х/бТй^Г+с^) -(39)

После пробоя лампы и возникновения высокочастотного разряда наличие С2 не влияет на переходные процессы в контуре. В этом случае

Рис. 22. Схема замещения разрядного контура ЗУ:

R1 - эквивалентное сопротивление R2 разрядника; R2 — эквивалентное сопротивление лампы; LI, L2 — индуктивности первичной и вторичной обмоток Т; М коэффициент взаимоин-

дуктивности; С2 - распределенная емкость вторичной обмотки ИТ

для тока, протекающего в лампе во время импульса, можно написать

12 = -12 = -UzMe~btUzMe~btR^L^ + RiL1R^L^ + RiL1Ьcos co0tsin ы0ГU>0Ьcos co0tsin ы0ГU>0(40)(40)

12 = -

12 = -

UzMe~bt

UzMe~bt

R^L^ + RiL1

R^L^ + RiL1

Ьcos co0tsin ы0ГU>0

Ьcos co0tsin ы0ГU>0

(40)

(40)

где

wo = 'Jo — ^2 > я = ^2 [ Cy^RxLi + RZL i) ];

RxR^Cx + Lzb = .

2 C i (R i L 2 + R 2 L i)

После зажигания лампы ее сопротивление резко уменьшается, что позволяет принять Rz = 0, т.е. ИТ переходит в режим короткого замы- кания. Тогда система операторных уравнений для контура на рис. 22 примет вид

Uz( V\

+ Л00 + PLx +^i I + 1г^рМ = 0;

Р\ рСх/

/2(р)р£2 + А(р)рМ = 0,

откуда

игм

Lx (1 + №) L1C1 (1 * кЪ

Далее, пользуясь таблицами операционного исчисления [25], найдем выражение для тока в импульсе при горящей лампе:

12 = -12 = -UZMUZMLXLT (1 - К2)ЩLXLT (1 - К2)Ще ^i1 sinwf,е ^i1 sinwf,(41)(41)

12 = -

12 = -

UZM

UZM

LXLT (1 - К2)Щ

LXLT (1 - К2)Щ

е ^i1 sinwf,

е ^i1 sinwf,

(41)

(41)

Z.!(l +№)

Действующее значение высокочастотного тока, протекающего через горящую лампу во время работы ЗУ,

Рис. 23. Схема замещения цепи перезаряда накопительного конденсатора С1

Рассмотрим соотношения между параметрами в схеме ЗУ с тиристорными коммутаторами, приведенной на рис. 14,6. Очередной перезаряд накопительного конденсатора С1 осуществляется по цепи, эквивалентная схема которой изображена на рис. 23. Если пренебречь значениями/?? и/?2, то напряжение на вторичной обмотке ИТ [24] описывается уравнением

(43)(43)1UMCX

(43)

(43)

и2 = (cos щ2 Г — cos CU х Г ),

а

где

а= ^(L1C1+L2C2)2 — 4(1 —№)C1C2Z1Z2]°'s;

(Z^Ci + Z2C2 —fl(Z^Ci + Z2C2 —fl0,50,5

(Z^Ci + Z2C2 —fl

(Z^Ci + Z2C2 —fl

0,5

0,5

b = [(1 — K2)C\C2Z XZ2] °’5.

Выходное напряжение при перезарядке накопительного конденсатора достигает максимального значения через промежуток времени, определяемый по формуле (39).

После пробоя лампы и ее зажигания с учетом (41) уравнение для высокочастотного тока будет иметь вид

2 (Ж

i 2 =е r/2 sin соГ,(44)

LxL2 (1 + /Г)ы

а действующее значение будет определяться выражением

где/ — частота перезарядов накопительного конденсатора Сх.

Расчет элементов схем зажигающих устройств

Обычно зажигание ламп происходит за время не более 10 с. За это время работы ЗУ отдачей тепла в окружающее пространство можно пренебречь. В этом случае для обмоток ЗТ энергетический баланс выражается

уравнением

ГзтГ=с0Ст,(46)

где t — время работы ЗУ; с0 — удельная теплоемкость обмоточного провода; G — масса обмоток; Рзт — мощность, выделяемая в обмотках; т — допустимое превышение температуры обмоток.

Эта формула при соответствующих подстановках позволяет получить выражение для определения диаметра обмоточного провода обмоток ЗТ:

d4 = ^р/тСоу,(47)

где /д — действующий ток через обмотку; р — удельное сопротивление провода; 7 — удельная плотность провода.

Индуктивность рассеяния ЗТ зависит от размещения обмоток относительно друг друга на магнитопроводе и их конструкции. Наиболее распространены обмотки со слоевым расположением секций и с дисковым, как это показано на рис. 24. В [26] дается для таких обмоток формула определения индуктивности рассеяния, Гн, приведенной ко вторичной обмотке:

l,3Kp/ow22 / Л1 +Л2 \

Ls = £ 8 +

108Л\3/

где Кр — коэффициент, равный 0,8 -г 0,9 для слоевой конструкции и 0,7 ч- 0,8 — для дисковой; Zo — средняя длина витка обмотки, см; w2 — число витков вторичной обмотки; h, 8, Л ь Л2 — размеры обмоток, см.

Материал магнитопровода существенно не влияет на выходные характеристики ЗТ, так как он работает в режиме, близком к короткому замыканию. Поэтому для магнитопроводов могут применяться электротехнические стали с повышенными удельными потерями и с низкой индукцией насыщения.

Остальные конструктивные решения не отличаются от обычных, используемых для маломощных трансформаторов.

Рис. 24. Конструкция обмоток ЗТ:

а — со слоевым расположением; б - с дисковым

В ЗУ применяются ИТ либо с разомкнутым магнитопроводом или без него, так называемые воздушные ИТ, либо с замкнутым. В качестве материала в основном используются ферриты.

Воздушные ИТ выполняются со слоевым расположением обмоток. Первичная обмотка состоит из одного слоя. Она может располагаться непосредственно на каркасе или поверх вторичной обмотки. Это позволяет регулировать индуктивность обмоток и коэффициент связи.

Индуктивность первичной обмотки, Гн,

L J = (39,5-Ю-9 + д2 w]) /6,(49)

где а — радиус среднего витка обмотки, см; Ь — длина катушки, см; Wj — число витков; индуктивность вторичной обмотки, Гн,

0,32-10-6c2w2

L1 =,(50)

6а + 9b + Юс

где с — высота обмотки, см.

Распределенная емкость обмотки, мкф, рассчитывается с помощью формулы для плоского конденсатора:

Ср =56ег&2 10"8/6,(51)

где ег — относительная диэлектрическая проницаемость изоляции; 6 — толщина изоляции между обмотками, см.

Применение ферритовых магнитопроводов позволяет уменьшить количество витков и выбрать диаметр вторичной обмотки ИТ большего диаметра, что очень важно для схем последовательного зажигания, в которых ток лампы протекает длительно через эту обмотку.

Индуктивность первичной и вторичной обмоток ИТ, Гн, с кольцевым ферритовым магнитопроводом [27]

£12 = O^iriv2^ Я0-8ДСр,(52)

где д2 — магнитная проницаемость материала магнитопровода; S — площадь сечения магнитопровода, см2; Zcp — средняя длина магнитной силовой линии, см, а распределенная емкость, мкФ,

Cp=25.10"4Lf-L1')/f2L2f,(53)

где Lt, Lf — индуктивность обмотки при низкой и высокой частотах разрядного контура ИТ, мкГн.

При конструировании ИТ необходимо стремиться к увеличению индуктивности первичной обмотки, так как при этом уменьшается частота колебаний тока в разрядном контуре и соответственно выходного напряжения, что приводит к снижению напряжения пробоя трубчатых ксеноновых ламп. Кроме того, такие ИТ могут использоваться в многоламповых ЗУ. Попытки увеличения индуктивности в кольце-

Рис. 25. Конструкция секционных ИТ:

а - в плоском исполнении; б - в цилиндрическом

вых ферритовых ИТ за счет числа витков не дают желаемых результатов, так как это вызывает рост габаритных размеров и массы ИТ, а также снижает электрическую прочность.

Эти недостатки отсутствуют в ИТ, конструктивно выполненных таким образом, чтобы первичная обмотка охватывала полное сечение магнитопровода, а вторичная, разбитая на секции, располагалась на магнитопроводе с меньшим сечением, как это изображено на рис. 25. Такая конструкция ИТ дает возможность уменьшить значение паразитной распределенной емкости вторичной обмотки и почти полностью исключить ее влияние на выходное напряжение вследствие большего расстояния между частями обмотки, а также увеличить сечение провода вторичной обмотки при параллельном соединении секций или выходное напряжение при последовательном.

Рис. 26. Разрядник с регулируемым воздушным промежутком:

1 — электроды; 2 — радиаторы; 3 - фиксатор

В качестве коммутаторов в схемах последовательного зажигания обычно используются воздушные разрядники (рис. 26), которые при своей относительно простой конструкции обладают рядом достоинств, в том числе возможностью плавного регулирования напряжения пробоя за счет изменения длины воздушного зазора 73, тем самым установления необходимого значения выходного напряжения, имеют хорошие деионизационные характеристики, при наличии одного зазора обеспечивают частоту коммутации до 1000 Гц, при двух зазорах — до 2000 Гц.

В качестве материала для электродов используется вольфрам. Диаметр электрода может быть найден из формулы

dp=2 + 5.\0"2C1U?N^, (54) где Ci — емкость накопительного конденсатора, мкФ; Uz — напряжение зажигания разрядника, кВ; Np — число импульсов за полупериод сетевого напряжения.

Электроды устанавливаются на металлические радиаторы. Так как разрядник работает непродолжительное время, то масса радиатора

Gp=Ppt/TC0, (55)

где Рр = Izrp, Вт; гр = 8-10“ 2 ЩСХ Uz, Ом — сопротивление воздушного разрядного промежутка [28]; /3 — длина воздушного промежутка, см; /2 — действующее значение разрядного тока, A; t — время работы ЗУ, с.

Схемы включения и основные соотношения

Трубчатые ксеноновые лампы в отличие от других газоразрядных ламп могут работать в широком диапазоне параметров, значительно отличающихся от номинальных. Например, они могут работать при однократных или периодических перегрузках, когда пиковая мощность лампы Ри превышает номинальную в десятки раз. Это так называемые режимы работы РРВ и КВР (см. § 1.1). Кроме того, лампы могут

Рис. 27. Схема включения лампы с тиристорным регулятором

О—

работать также в режиме глубокого регулирования тока в каждый полупериод напряжения сети.

Это достигается с помощью схемы, приведенной на рис. 27, которая позволяет за счет фазового управления углом включения тиристоров и регулирования длительности ти и тп при соответствующем напряжении питания установить тот или иной режим работы.

Выбор режима работы ламп обусловливается условиями применения.

Режим редких вспышек используется, когда требуется получение мощных однократных световых вспышек в течение непродолжительного времени ти за счет подачи на лампу напряжения Umax, превышающего номинальное значение напряжения на лампе; при этом

^и "^ном (^тах/^и)3’5- (56)

В первый момент после зажигания лампы ток ограничивается балластным дросселем Zg до номинального значения устойчивого горения. Ориентировочное значение сопротивления дросселя ,

Zg = 4Umax UKQM/PНОМ • (57)

Далее на тиристоры V1 и V2 в каждый полупериод в течение заданной длительности ти подаются управляющие сигналы в моменты времени перехода кривой напряжения сети через нуль. Тиристоры соответственно поочередно открываются и замыкают дроссель, и тем самым к лампе прикладывается полное напряжение питания Umax, значение которого должно соответствовать выражению (56). Максимальное значение Umax ограничивается мощностью, идущей на нагрев колбы, при которой не происходит ее разрушение в течение ти [9]. Если допустить, что наибольшее допустимое значение температуры стенки колбы составляет Ю00 °C, а также, что за время ти вследствие кратковременности отдачей тепла в окружающее пространство можно пренебречь, то соотношения для предельного значения ти>пред,с, [16] и минимально допустимого значения i nmjn, с, в зависимости от пиковой мощностиРи будут

иметь видиметь вид

иметь вид

иметь вид

(58)(5«)(58)(5«)8,73-Ю2 (rj - r^)

(58)

(5«)

(58)

(5«)

3.8-103 (г2 - г, г2) Ри 10~2/Z3 + 1

Остальные характеристики лампы могут быть вычислены с помощью (5).

Если требуется регулировать мощность лампы и световой поток при неизменном напряжении сети, то необходимо обеспечить фазовое управление углом включения тиристоров (см. рис. 5) в каждый полупериод в пределах 0—тт/2 [10]. При этом действующее напряжение на лампе в функции угла ф.

Un = исUn = ис2 TJ2— J sin2 cot dt Т2 TJ2— J sin2 cot dt Т0,5= l/c0,5= l/cф/$1п2ф/ \0’5180° 2п I(60)ф/$1п2ф/ \0’5180° 2п I(60)

Un = ис

Un = ис

2 TJ2

— J sin2 cot dt Т

2 TJ2

— J sin2 cot dt Т

0,5

= l/c

0,5

= l/c

ф/$1п2ф/ \0’5

180° 2п I

(60)

ф/$1п2ф/ \0’5

180° 2п I

(60)

Зависимость остальных характеристик лампы от угла V/, определяется соотношением

= ('л/'ном)°’4 = (Фл/Фном)44’2 = (^/^hom)'41’5-<61)= ('л/'ном)°’4 = (Фл/Фном)44’2 = (^/^hom)'41’5-<61)

= ('л/'ном)°’4 = (Фл/Фном)44’2 = (^/^hom)'41’5-<61)

= ('л/'ном)°’4 = (Фл/Фном)44’2 = (^/^hom)'41’5-<61)

(62)(62)В тех случаях, когда возникает необходимость получения чередующихся световых вспышек с относительно небольшой частотой повторения /„, используется КВР работы трубчатых ксеноновых ламп. Это достигается путем периодической подачи на лампу напряжения питания, превышающего номинальное значение на лампе, с учетом того, что средняя мощность лампы

(62)

(62)

^л ^и ти/п ^и/7-

В этом выражении под Ри понимается средняя мощность лампы за ти.

Предельное значение Рп должно выбираться исходя из допустимой тепловой нагрузки на колбу лампы в соответствии с ограничениями, изложенными в гл 1, § 1.2.

Связь между характеристиками лампы при ее работе в КВР определяется следующими соотношениями

ис

Сном

sin 2 ,//,•

2п

1/3,5

Al

Aiom 7

0,4

Фл

Фном 7

1/4,2

^л

^ном 7

-1/1,5

(63)

Возможно осуществление работы ксеноновых ламп в КВР, когда световые вспышки следуют с удвоенной частотой сети при длительности импульса тока порядка 2—3 мс. Такой импульс тока формируется за счет периодического разряда конденсатора на лампу в каждый полупериод благодаря применению схемы с тиристорно-емкостным балластом [29], приведенной на рис. 28,с. После зажигания лампы ток в цепи ограничивается конденсатором СЗ до минимального значения, обеспечивающего устойчивое горение лампы в так называемом дежурном режиме. Затем после подачи управляющих сигналов в момент времени tx на тиристоры VI и V2 в очередной полупериод сетевого напряжения к лампе прикладывается мгновенное значение напряжения сети Е = = Um sin со/! и напряжение на конденсаторе С1, равное Е. Под воздействием суммарного напряжения происходит пробой лампы и возникает импульс тока в процессе перезаряда конденсатора С1.

Рис, 28. Схема включения лампы с тиристорно-емкостным балластом (с) и осциллограммы электрических процессов в контуре лампы (б):

1 — напряжение сети; 2 - напряжение на конденсаторе С1\ 3 импульс тока;

4 — световой поток

Рис. 29. Схема замещения контура лампы с тиристорно-емкостным балластом при очередном перезаряде конденсатора С1:

Rn - эквивалентное сопротивление лампы; Rc — сопротивление сети

Электрические процессы в контуре лампы с тиристорно-емкостным балластом иллюстрируются осциллограммой, представленной на рис. 28, б.

Вывод основных соотношений в контуре тиристорно-емкостного балласта проводился без учета тока дежурного режима ввиду его малого значения для двух случаев. Первый — при отсутствии буферного конденсатора С2 и второй — при его наличии, с учетом схемы замещения, фиксирующей электрическую цепь очередного перезаряда конденсатора С1, как это показано на рис. 29.

Сделав допущение, что в момент коммутации мгновенные значения напряжения сети и сопротивления лампы Rn остаются неизменными, можно для первого случая написать операторное уравнение .

Е/Р = /л (Р)ЕП + 'л ^с + 'л (Р) 1РС1 - Е/Р.

Решив это уравнение, получим выражения для электрических характеристик контура лампы с тиристорно-емкостным балластом.

Импульс тока

ц = — e-VRCi,(64)

R

где R = Rn + Rc.

Длительность импульса тока на уровне 0,1 амплитуды

Tj = 3RCV(65)

Действующее напряжение на лампе за время импульса

Ел, иЕл, и2UClRn / 1 р e-2t/RCldA °’5 = ^ClRn ГТ

Ел, и

Ел, и

R\ Т, о/*3

(66)

Сопротивление лампы находится из совместного решения уравнений (66) и (67):

Rn = Rn ном (6^л,и/ Еп ном) 1,S-(67)

Средняя мощность, мощность в импульсе и действующий ток лампы определяются с помощью следующих уравнений:

Pn=4E2C\Rn/RT;(68)

(69)(70)(69)(70)Рк = 2E2Rn[3R;

(69)

(70)

(69)

(70)

In = 2E<CxIRTP.

В этой схеме амплитуда тока в сети достигает сотни ампер. С целью уменьшения амплитуды тока параллельно сети подключают буферный конденсатор С2. В этом случае, воспользовавшись схемой замещения (см. рис. 29), напишем систему операторных уравнений для токов:

— = Л(р)Яе+ [Л(р) _/2(р)] — ;

РрС2

0=72(р)Дл+_А—| + [/2(р)-Л(р)] —

\ рС1 /рС2

Решив эту систему, найдем выражения для мгновенных значений токов:

(71)

4Ee"ctl2

Ч = > Г - , sh

C2RcR n>J а2 - 4b

(С1/?д — C2Rc С1^ с)

C2RcRnC\N а - 46

(72)

(73)(73)(74)(74)

(73)

(73)

(74)

(74)

где

C2R с + CxRn * С\Rc а =

CxC2RnRc

b = \[CxC2RnRc.

Действующее значение тока лампы

/ f^+C2Rc/CvRn)

/2 — ZECx

CiRc* CxRn + CxRс

Средняя мощность лампы 4E2CxfVC2Rc* CxRn^ ^2 ^ с + ^ 1 ^ Л + С1R с

Мощность лампы в импульсе

Ри = Е2 (С2/?с + CxRn)l3C2RcRn.(75)

Действующее значение тока сети

It = 2ЕСхVfKC2Rc + CxRn+CxRc) .(76)

Если взять отношения (66) и (76), то получим выражение, которое позволяет определить кратность уменьшения тока в сети при использовании буферного конденсатора С2 :

nt =V 1 +C2RJCxR.(77)

Такой же режим работы ксеноновых ламп может бып осуществлен для двух ламп, включенных последовательно [30], как это изображено на рис. 30.

Для обеспечения заданной мощности и повышения стабильности электрических и световых характеристик ксеноновых ламп, если колебания напряжения сети превышают допустимые пределы., целесообразно применение емкостного балласта [31]. Рассмотрим электрическуюц

цепь, содержащую газоразрядную лампу и конденсатор, подключенный к сети переменного тока. После зажигания лампы конденсатор начинает заряжаться от источника питания. Скорость нарастания тока определяется емкостью конденсатора и сопротивлением лампы. Если динамическое сопротивление лампы имеет отрицательный знак, т.е. гд = = dUn/dt < 0, то это приводит к колебательному импульсу тока через лампу. В момент времени, когда сумма напряжений на конденсаторе и сети равна нулю, лампа гаснет. Этот процесс может повторяться несколько раз за полупериод и наблюдается, когда используется чисто емкостный балласт, для большинства РЛ с падающей ВАХ. При возрас-

Рис. 30. Г\ема последовательного включения двух ламп с тиристорно-емкостным балластом

Рис 31. Векторная диаграмма электрической цепи для лампы с емкостным балластом

тающей ВАХ, которой обладают трубчатые ксеноновые лампы, динамическое сопротивление становится также возрастающим. Это приводит к затягиванию импульса тока, и форма тока приближается к синусоидальной.

Необходимая емкость батареи конденсаторов

UK = - 2= <^с - U” cos2 ^)°’5 + sin 0К,(78)

2тг/Ск

где UK — напряжение на конденсаторе; ^к — угол, характеризующий степень искажения кривых тока и напряжения на лампе, равный примерно 10° для ксеноновых трубчатых ламп.

Векторная диаграмма напряжений для электрического контура, содержащего ксеноновую лампу и емкостный балласт, в соответствии с формулой (78) приведена на рис. 31. Пользуясь векторной диаграммой, можно написать

1/л = (^ + U -2UCUK sintf°’5;(79)

cos = cos(80)

Uc

(81)(82)(83)(84)(81)(82)(83)(84)Оценить зависимость электрических и световых характеристик трубчатых ксеноновых ламп от колебаний напряжения питания при их включении в сеть переменного тока без балласта и с емкостным балластом можно с помощью коэффициентов нестабильности для тока 7,-, напряжения 7И, мощности 7р и светового потока 7ф по напряжению сети, полученных в [32]:

(81)

(82)

(83)

(84)

(81)

(82)

(83)

(84)

следующем виде:

Rn = Л/л °’6,

где А — коэффициент, учитывающий конструктивные параметры лампы:

А = 797 PS’2K°^l3lrx,

откуда

d<AInV°’6Rn

е = : = —0,6.

^Л/л

В случае использования емкостного балласта m < 1 и, следовательно, коэффициенты нестабильности для электрических и световых характеристик ламп ниже, чем при безбалластном включении, когда m = 1.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СХЕМ ЗАЖИГАНИЯ

И ВКЛЮЧЕНИЯ ЛАМП ДКсТ

Порядок расчета и общие положения

Существующее многообразие схем зажигания и включения ламп ДКсТ и режимов работы, а также отсутствие всех необходимых исходных данных и сложная функциональная взаимосвязь параметров ламп и элементов схем существенно затрудняют создание инженерной методики расчета, позволяющей однозначно определить значения электрических и конструктивных параметров схем зажигания и включения.

В связи с этим предлагаемый порядок расчета является оценочным, включающим в себя два этапа. В задачу первого этапа входит выявление основных расчетных параметров схем зажигания и включения на базе полученных соотношений в предыдущих главах Целью второго этапа является проведение корректировок по результатам измерения параметров экспериментальных образцов ЗУ и схем включения.

Для пояснения сказанного рассмотрим ряд примеров расчетов ЗУ и схем включения ламп ДКсТ при их работе в цепи переменного тока в различных режимах

Расчет схемы зажигающего устройства с воздушным разрядником для лампы ДКсТ 10 000

Выбираем схему последовательного зажигания (см. рис. 9,6).

Исходные данные:

Напряжение сети Uc = 220 В, частота / = 50 Гц.

Мощность лампы Рп = 10 000 Вт.

Ток лампы /л = 46 А.

Расстояние между электродами /э =95 см.

Внешний радиус трубки r2 = 1,25 см.

Внутренний радиус трубки Г1 = 1,05 см.

Холодное давление ксенона р0 = 11 400 Па.

Частота выходного высоковольтного напряжения /в = 107 Гц.

Число импульсов высокого напряжения за полупериод напряжения сети N > 5.

Определим напряжение пробоя лампы на высокой частоте выходного напряжения:

Цщ =5,77.10"3 3 ■ - [lg.fB(9,5 1g А, -7,6) + 16,4] = '"i

= 5,77-10" 3 95 ^i0— [ig 107 (9,5 1g 107 — 7,6) + 16,4] = 24 000 B.

1,05

Принимаем с учетом запаса по зажиганию лампы выходное напряжение ЗУ-

^вых = 1,5= 1,5-24 000 = 36 000 В.

В качестве магнитопровода ИТ выбираем два ферритовых кольца НН 1000 с внутренним диаметром DBT = 8 см и внешним Z^m = 12,5 см толщиной hc = 1,5 см. Число витков первичной обмотки Wj =2, вторичной w2 = 40.

L , = 0,4 nw^p^L , = 0,4 nw^p^Sc-Ю"8Sc-Ю"8Определим индуктивность первичной обмотки ИТ:

L , = 0,4 nw^p^

L , = 0,4 nw^p^

Sc-Ю"8

Sc-Ю"8

22 (Душ — Орт) Ac-10

= 0,4 w Цг ®ВШ + ^BT

,2(12,5 - 8)-l,5-10 8,

= 0,4-2z.1000 = 10,5-10"6 Гн.

12,5 + 8

Определим напряжение зажигания воздушного разрядника:

w2К (cos О>1Гт - cos O>2fm)W1w2К (cos О>1Гт - cos O>2fm)W1

w2

К (cos О>1Гт - cos O>2fm)

W1

w2

К (cos О>1Гт - cos O>2fm)

W1

J i' 10,5-10"6.0,05.10~6J i' 10,5-10"6.0,05.10~6

J i

' 10,5-10"6.0,05.10~6

J i

' 10,5-10"6.0,05.10~6

С учетом того что

/6=0,3; Сх = 0,05-Ю"6 Ф; =——

V LXCX

~ 1,410е* Гц,

w2 = 2л/в = 2л407 = 62,8-10® Гц;

6Wj + Ц>26Wj + Ц>2V (62,8-Ю®)2 + (1,4-Ю6)2V (62,8-Ю®)2 + (1,4-Ю6)2^0,04-10“® с.^0,04-10“® с.

6

Wj + Ц>2

6

Wj + Ц>2

V (62,8-Ю®)2 + (1,4-Ю6)2

V (62,8-Ю®)2 + (1,4-Ю6)2

^0,04-10“® с.

^0,04-10“® с.

получим окончательно

,/1,42-1012

36 000(1 -0,3)21 р

\62,8-Ю1'

иг =

0,3— (cos 1,4-10®-0,04-10 6 - cos 62,8-10®-0,04-10)

2

3000 В.

Выбираем броневую конструкцию магнитопровода ЗТ типа Ш-40 сечением Sc = 12 см2 с максимальной индукцией Вт = 1,5 Тл и дисковым расположением обмоток Кр = 0,7; 10 = 12 см со следующими геометрическими размерами (рис. 24): 6 = 0,5 см; Л, = Л2 = 2,5 см; h = = 4 см.

Напряжение на вторичной обмотке ЗТ U2 принимаем равным 1,5 Uz.

Определим число витков первичной и вторичной обмоток ЗТ и индуктивность рассеяния:

t/c-104220-Ю4

Wj = = — = 550;

4,44fBmSc 4,44-50-1,5-12

U21,5-3000

w2 = w, —- = 550 = 11 250;

l,3KpZoW2 /108й\l,3KpZoW2 /108й\ис220

l,3KpZoW2 /

108й\

l,3KpZoW2 /

108й\

Л1 +Л2 \3/

0.7-12-112502 I 2,5 + 2,5 \

-0,5 + ~ 7,5 Гн.

10-4\3/

Вычислим количество импульсов высокого напряжения N за полупериод напряжения сети с учетом того, что

Um = 2U2 - Uz = 2-4500 - 3000 = 6000 В;Um = 2U2 - Uz = 2-4500 - 3000 = 6000 В;

Um = 2U2 - Uz = 2-4500 - 3000 = 6000 В;

Um = 2U2 - Uz = 2-4500 - 3000 = 6000 В;

( 1\ 7,5-0,05-Ю-6 )Щ5( 1\ 7,5-0,05-Ю-6 )Щ5+ 1^6+ 1^6I3000 \

( 1

\ 7,5-0,05-Ю-6 )

Щ5

( 1

\ 7,5-0,05-Ю-6 )

Щ5

+ 1^6

+ 1^6

10 21- 0,64 arcsin

6000 )

6000 - 3000

-2 In 6000+3000

Определим потери мощности в ЗТ:

Рзт = 6^ CiAy^SOOO2-0,05-Ю6-6-50 * 135 Вт.

Определим диаметры первичной и вторичной обмоток и их сопротивления, учитывая, что площадь, занимаемая каждой обмоткой в окне, равна

So = hAx = hA2 = 4-2,5 = 10 см2.

а удельное сопротивление медного провода р = 17,5-10 9 Ом-м:

( $0-Ю2 '

I 0,5

/ Ю-102 \ 0,5

dx = 1

\ 1,3*4,

\ 1,3-550 /

f So-Ю2

0,5/

10-102\ 0,5

=г

«2I

(l,3w2/

L 1,3-11250 J

4/0 Wj

4-12-1O~12-55O

17,5-КГ9

nd2

Я-1,22-10 6

4/0 *v 2

4-12-10-12-11 250

17,5-Ю"9

а2 р

1Td2

—-^- 44 J WM<

Я-0,26-10 6

Определим токи в обмотках ЗТ:

1

РЗТ°’5135

-

R2 + RY(.w2/wxr445 + 1 (11 250/550)2

« ОДА;

Л = 72(w2/w,) = 0,4(11250/550) * 8,2 А.

Определим сопротивление воздушного разрядника с длиной разрядного промежутка /3 = 0,3 см, которая соответствует напряжению зажигания Uz = 3000 В:

8-10"s/38-10 5-0,3

= = — ^ 0,16 0м.

CXUZ0,05-10 -3000

Определим действующее значение высокочастотного тока через лампу и в первичной обмотке ИТ:

Лв = ^Bw2/wx.

Для этого вычислим (см. рис. 20):

иг3000

arc sin —-arc sin

UZVT4500 JT

tx = h= = —— = 1,56-Ю'3 с;

2л/2л50

t3 = Т)2- Vi + 0) = 10-10'3 - (1,56-Ю'3 + 1,56-Ю'3) = 6,88-Ю"3 с;

Q = t3l<N- 1) = 6,88.10"3/(6 - 1) = 1,34-10'3 с.

Учитывая что.

L । (1 + К2)10,5-10 6 (1 + 0,32)

d= — = — ^ 1,75.10*2 с'2,

LXCX (1 + Г) 10,5-10 -0,05-10 6(1+0,32)

получим окончательно 3000-0,3/1,4-Ю4\ 0,5

Л в = ГТ- ^ 0,49 А;

40\ 2-1,75-10*1,34-10 3 /

0.16 '

2

/2в = 0,49-у- =9,8 А.

Определим диаметр обмоточного провода ИТ при допустимой плотности тока J = 5 А/мм2:

I 4Л1 \ °’5/ 4-46 \0-5

dn = = I = 3,5 мм.

\ J-п I\ 5л /

Определим диаметр вольфрамовых электродов воздушного разрядника

dp =2 +5- 10"2C!l/z2N2 = 2+5-10'2-0,05.10"6 - 3000-62 = 3 мм.

Расчет параметров лампы ДКсТ 10 000 при ее работе в квазинепрерывном режиме с тиристорным регулятором (рис. 27)

Исходные данные:

Напряжение сети Uc = 380 В, частота / = 50 Гц.

Напряжение на лампе Un = 220 В.

Мощность лампы Рп = 10 000 Вт.

Длительность импульса перегрузки ти =0,1 с.

Расстояние между электродами /э = 95 см.

Внешний радиус трубки r2 = 1,25 см.

Расчет ведем для двух случаев. Первый случай, когда средняя мощность лампы в КВР Рк,ср равна номинальной мощности Рп, и второй, когда температура Тг внешней стенки трубки в КВР лампы равна температуре Г2 в номинальном режиме.

1- Рк,ср = Рп-

Определим мощность лампы в режиме перегрузки:

Рн=РпРн=Рп3,5= 10 0003,5= 10 0003,5to 68 000 Вт.3,5to 68 000 Вт.

Рн=Рп

Рн=Рп

3,5

= 10 000

3,5

= 10 000

3,5

to 68 000 Вт.

3,5

to 68 000 Вт.

Определим длительность паузы для обеспечения Рп = 10000 Вт:

Определим температуру внешней стенки трубки лампы в режиме непрерывной работы при номинальной мощности Рп = 10 000 Вт и температуре окружающей среды ГОКр = 20 °C с помощью уравнений:

qK = 3,5.10-4(2r2)-0’25(7'2-7'OKp)1-25=3,5.10-4(2-l,25)- 0-25 х X У1 -20) = 2,78-10"4(r2 — 20)1,25;

(?и= ае^тг +273)4 = 5,7-10"12-0,42 (Т2 +273)4 =

= 2,39-10"12 (Г2 +273)4;2-10"2 / ^ = ^к+^и= —= 2,39-10"12 (Г2 +273)4;2-10"2 / ^ = ^к+^и= —— +100 ^3— +100 ^32-Ю"21,252-Ю"21,2510 000 +1009510 000 +10095

= 2,39-10"12 (Г2 +273)4;

2-10"2 / ^ = ^к+^и= —

= 2,39-10"12 (Г2 +273)4;

2-10"2 / ^ = ^к+^и= —

— +100 ^3

— +100 ^3

2-Ю"2

1,25

2-Ю"2

1,25

10 000 +100

95

10 000 +100

95

= 3,25 Вт/см2.

Решая эти уравнения совместно, найдем, что температура внешней стенки трубки лампы в номинальном режиме Т2 равна 175 °C.

Определим температуру стенки трубки при мощности лампы в КВР 10 000 Вт и светоотдачу:

Второй случай Г2 = 72к.

Определим предельную среднюю мощность лампы в КВР при Т^ = = 175 °C:

^к,ср ^л пр ^л^к,ср ^л пр ^л100 Z э /f и± 1Рл \ fH + ?п100 Z э /f и± 1Рл \ fH + ?п

^к,ср ^л пр ^л

^к,ср ^л пр ^л

100 Z э /f и

± 1

Рл \ fH + ?п

100 Z э /f и

± 1

Рл \ fH + ?п

= 10 000= 10 000100 951 + 10 000100 951 + 10 0000,110,1 + 0,580,110,1 + 0,58= 18 000 Вт.= 18 000 Вт.

= 10 000

= 10 000

100 95

1 +

10 000

100 95

1 +

10 000

0,1

1

0,1 + 0,58

0,1

1

0,1 + 0,58

= 18 000 Вт.

= 18 000 Вт.

Определим длительность паузы для обеспечения средней мощности лампы 18 000 Вт в КВР при напряжении сети 380 В:

тп = ти(Ри/РК)Ср - 1) = 0,1 (68 000/18 000 - 1) = 0,28 с.

Расчет параметров лампы ДПКс 1500 при ее работе в квазинепрерывном режиме с тиристорно-емкостным балластом (рис. 28)

Исходные данные:

Напряжение сети Uc = 220 В, частота / = 50 Гц.

Напряжение на лампе l7njH0M = ИОВ.

Мощность лампы Рл>ном = 1500 Вт.

Угол включения тиристоров в каждый полупериод напряжения сети ^i =90°.

Внутренний радиус трубки гг = 0,4 см.

Внешний радиус трубки г2 = 0,55 см.

Расстояние между электродами /э = 31 см.

Определим номинальное сопротивление лампы

^л,ном ~ ^л,ном/^л,ном — 110 /1500- 8,07 Ом.

Определим сопротивление лампы Rn и напряжение на лампе Un и в импульсе с учетом того, чтоRc =0,2 Ом, Е= (7cx/2~sin V/=220V2~sin 90° = = 311 В, из совместного решения уравнений

^л ~ ^л,ном (^л,и/^л.ном) 1,5 = 8,07(0л,и/1 Ю) I,s;

_ ERn ГТ _311 Rn ГТ

^л.и ,/ —х ,

Rc + Rn v 30,2 + «л v 3

откуда

Rn = 2,6 Ом, (7Л>М = 236 В.

Определим значение емкости рабочего конденсатора

_ Рл.ном^л-^с)?' 1500(2,6 + 0,2)-0,01

G = = = 42-10 6 Ф.

4Е2/?Л4-311 -2,6

Определим действующий ток и мощность лампы в импульсе

1п=2Е1п=2ЕCj(R„ + RC)TCj(R„ + RC)T0,5= 2-3110,5= 2-31142-10 6(2,6 + 0,2)-0,0142-10 6(2,6 + 0,2)-0,010,5= 24 A;0,5= 24 A;

1п=2Е

1п=2Е

Cj

(R„ + RC)T

Cj

(R„ + RC)T

0,5

= 2-311

0,5

= 2-311

42-10 6

(2,6 + 0,2)-0,01

42-10 6

(2,6 + 0,2)-0,01

0,5

= 24 A;

0,5

= 24 A;

2E2Rn p = -3 ^R л + ^ c)2E2Rn p = -3 ^R л + ^ c)2-3112-2,6 = 21 000 Вт. 3(2,6 + 0,2)

2E2Rn p = -

3 ^R л + ^ c)

2E2Rn p = -

3 ^R л + ^ c)

Определим температуру внешней стенки трубки Тг при температуре окружающей среды Токр = 20 °C с помощью уравнений

qK = 3,5-Ю4 (2г2)-°’25 (Г2 -Т^р)1*25 = 2,94.104.0,55-°-25 х

X (Т2 -20)112 5 Вт/см2 ;

<74 = ое№ +273)4 = 5,7-10"12-0,42(Г2 +273)4 Вт/см2;

Ри/Рп = 21 000/1500 = 14;

21 000+ 1003121 000+ 100312-10 2 ^^к"^ =——2-10 2 ^^к"^ =—— = 21 Вт/см2.14 = 21 Вт/см2.142-Ю-2 х0,552-Ю-2 х0,55

21 000

+ 100

31

21 000

+ 100

31

2-10 2 ^^к"^ =——

2-10 2 ^^к"^ =——

= 21 Вт/см2.

14

= 21 Вт/см2.

14

2-Ю-2 х

0,55

2-Ю-2 х

0,55

Решая эти уравнения совместно, найдем, что Т2 = 599 ° С.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ПРИМЕНЕНИЕ КСЕНОНОВЫХ ЛАМП

В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

Освещение больших открытых пространств

Одним из важнейших факторов, определяющих эффективность осветительных установок для освещения больших открытых пространств, является применение светильников с источниками света большой единичной мощности. Этому условию в полной мере удовлетворяют лампы ДКсТ, единичная мощность которых превышает мощность других газоразрядных ламп в десятки раз световой поток одного такого источника света (до 3,5-106 лм) позволяет создавать требуемые уровни освещенности на больших пространствах при ограниченном числе светильников и мачтовых опор.

Благодаря спектральному составу излучения, близкому к солнечному, обеспечивается максимальное приближение к естественной цветопередаче, что создает в темное время суток мягкий рассеянный свет, сходный с дневным освещением. При высоких уровнях освещенности создается впечатление праздничности и привлекательности. Как правило, лучшую оценку получают осветительные установки с мощными ксеноновыми лампами, даже в том случае, когда на освещаемой территории создаются освещенности меньшие, чем это предусмотрено нормами [33].

Указанные особенности ламп ДКсТ предопределяли наиболее целесообразные области их применения, к которым, в первую очередь, относится освещение карьеров открытых разработок горнорудной промышленности, строительно-монтажных площадок, сортировочных железнодорожных станций и узлов, авиационных, морских и речных портов, складских площадок, спортивных сооружений и т.п.

В каждом отдельном случае при выборе варианта осветительной установки приходится сталкиваться с целым комплексом требований, во многих случаях противоречивых.

Выбор оптимального варианта осветительной установки является в большинстве случаев сложной инженерной задачей. Имеется ряд публикаций, посвященных этому вопросу. Сравнительную оценку вариантов осветительных установок, равноценных по светотехническому эффекту, производят, исходя из следующих технико-экономических показателей: а) установленной удельной электрической мощности, Вт/м2; б) сметной стоимости, приходящейся на 1 кВт установленной мощности; в) сметной стоимости, отнесенной к 1 га освещаемой поверхности; г) стоимости годовых издержек на эксплуатацию осветительной установки. В [34] проведен анализ осветительных установок для наружного освещения с различными типами источников света, и установлено, что при ширине освещаемой площади более 300 м экономически оправдано применение трубчатых ксеноновых ламп. 56

Наибольшее распространение осветительные установки с лампами ДКсТ получили при освещеннии карьеров горнорудных разработок полезных ископаемых, особенно в северных районах нашей страны, отличающихся тяжелыми климатическими условиями [35, 36]. В этих районах температура воздуха достигает —50 °C, относительная влажность — до 99 % и скорость ветра — до 60 м/с. Кроме того, размеры современных карьеров как в длину, так и в ширину составляют несколько километров, в процессе добычи полезных ископаемых происходит передвижение фронта работ и перестройка транспортных коммуникаций, а также проведение взрывных работ. Не менее важным требованием является сокращение протяженности электрических сетей, сокращение сроков монтажа и демонтажа светильников.

Применение светильников с мощными ксеноновыми лампами благодаря их отличительным особенностям во многих случаях позволяет рационально решить задачу освещения карьеров.

Светильники с лампами ДКсТ устанавливают на мачтовых опорах или на специальных площадках, расположенных на борту карьера, либо подвешивают на тросах, протянутых над карьером.

Успешно применяются лампы ДКсТ для освещения крупных строительных площадок. В этом случае осветительная установка сооружается только на период строительства и в дальнейшем предназначается для многократного использования. В связи с этим представляет определенный интерес использование в качестве временных опор башенных кранов. В этом случае светильник крепится либо на башне, либо на стреле. Такое решение обладает хорошей маневренностью и позволяет на небольшой срок обеспечить освещение любого участка на стройплощадке за счет передвижения крана и перемещения стрелы. В [37] приводится пример освещения крупной электрической подстанции. Особенностью освещения таких объектов является насыщенность территории различным оборудованием, что затрудняет установку большого количества мачт с маломощными источниками света.

Широко применяются лампы ДКсТ на железнодорожном транспорте для освещения сортировочных горок, подъездных путей, где осуществляются погрузочно-разгрузочные работы. Мачты высотой 28—50 м со светильниками устанавливаются на свободных участках, не занятых подвижным составом, и обеспечивают нормированную освещенность при значительно меньшем числе мачт, чем с обычными прожекторами [38].

Не менее эффективно применение мощных ксеноновых ламп в портах. Например, в Ильичевском порту вместо 14 типовых мачт с 220 прожекторами ПЗС-45, используемых для освещения территории причалов и контейнерного терминала, были установлены четыре мачты с 8 светильниками с лампами ДКсТ 20000. Мачты высотой до 50 м имеют оригинальную конструкцию, обеспечивающую наклон площадки со светильниками в нижнее положение на высоту 1,2 м от земли для обслуживания и ремонта за счет шарнирного соединения верхней части

Рис. 32. Общий вид карьера, освещенного светильниками с лампами ДКсТ 50000

Рис. 33. Общий вцц освещения карьера и подъездных железнодорожных путей светильниками с лампами ДКсТ 50000

мачты с нижней неподвижной [39]. Для иллюстрации сказанного рассмотрим ряд осветительных установок с ксеноновыми лампами, используемых для наружного освещения промышленных объектов. На рис. 32 приведена фотография карьера, расположенного в Заполярье, освещение которого осуществлено с помощью шести светильников с лампами ДКсТ 50000, установленных по борту карьера, имеющего длину 5 км, ширину 2 км, глубину 150 м; горизонтальная освещенность на расстоянии 0,5 км от светильников составляет 1,5-2 лк. Это обеспечивает возможность нормальной работы в условиях полярной ночи.

На рис. 33 приведена фотография другого карьера, по верхнему ярусу которого проложена железнодорожная ветка. Освещение этого карьера также осуществлено светильниками с лампами ДКсТ 50000. На рис. 34 приведен общий вид такого светильника, установленного на борту карьера. На рис. 35 показана фотография опор со светильниками с лампами ДКсТ 20000, используемых как для освещения карьера, так и объездных железнодорожных путей. На рис. 36 показана ночная панорама участка подъездных железнодорожных путей, освещенного светильниками с лампами ДКсТ 10 000.

В [40] описывается опыт применения ксеноновых ламп при строительстве БАМа. Для этих целей была создана передвижная опора, со-

Рис. 34. Светильник с лампой ДКсТ 50000, установленный на борту карьера

Рис. 35. Освещение карьера и объездных путей светильниками с лампами ДКсТ 20 000Рис. 35. Освещение карьера и объездных путей светильниками с лампами ДКсТ 20 000

Рис. 35. Освещение карьера и объездных путей светильниками с лампами ДКсТ 20 000

Рис. 35. Освещение карьера и объездных путей светильниками с лампами ДКсТ 20 000

Рис. 36. Ночная панорама железнодорожных путей, освещаемых светильниками с лампами ДКсТ 10 000Рис. 36. Ночная панорама железнодорожных путей, освещаемых светильниками с лампами ДКсТ 10 000

Рис. 36. Ночная панорама железнодорожных путей, освещаемых светильниками с лампами ДКсТ 10 000

Рис. 36. Ночная панорама железнодорожных путей, освещаемых светильниками с лампами ДКсТ 10 000

Таблица 2. Основные технические параметры светильников с лампами ДКсТ

Тип

Тип лампы

Максимальная сила света, ккд

КТУО1-10000-001-У1

ДКсТ 10000

165

ккух 10000/ПОО-02ХЛ1

ДКсТ 10000

200

УОКсН1-2х20

ДКсТ 20000

750

ККУО1Х2000/ПОО-02ХЛ1

ДКсТ 20000

650

ККУО1Х50000/ПОО-02ХЛ1

ДКсТ 50000

2300

123123стоящая из трех секций длиной по 10 м каждая, соединенных между собой с помощью шарниров. К верхней секции крепится оголовок, на котором устанавливается светильник с лампой ДКсТ 20000. Конструкция крепления светильника позволяет осуществлять его поворот и наклон вокруг вертикальной и горизонтальной осей, иго дает возможность наиболее правильно направить световой поток на рабочую площадку. Окончательно смонтированная опора устанавливается на любом твердом грунте с помощью трех аутригеров. Электропитание светильника производится от общего распределительного устройства на строительном объекте гибким шланговым кабелем. В нерабочем состоянии опора сложенными секциями укладывается на платформу прицепа от МАЗа для транспортировки на любой другой участок стройки. Разборка и сборка опоры выполняются с помощью автокрана грузоподъемностью не менее 10 т.

1

2

3

1

2

3

Светильник на такой опоре создаст освещенность 0,5 лк на площади 140x280 м и 3 лк — на площади 30x80 м.

Для широкого использования трубчатых ксеноновых ламп в установках наружного освещения создана серия светильников различного назначения [41, 42]. В табл. 2 приведены основные параметры светильников с пампами ДКсТ. Различают два вида светильников, различающихся коэффициентом усиления отражателя Ку и углом излучения Пс. К первому виду относятся светильники с концентрированным свето- распределением, у которых Ку = 15 4- 20; Пс = 15 -5-20°; ко второму — светильники заливающего света, у которых Ку = 10 -5- 12; Пс = 70°.

Светооптическая часть светильника выполнена либо в виде сплошного металлического полированного отражателя, либо пластинчатого, составленного из отдельных зеркальных пластин.

На рис. 37 изображены общие виды таких светильников.

Большинство светильников имеют параболоцилиндрическую форму отражателя В конструкции светооптической части светильника предусматривается установка экранирующих пластин, обеспечивающих заданный защитный угол в продольной плоскости, в плоской вставки.

КПД

Минимальная высота подве- Габариты, ммМасса, кг

са, м

0,65 0,7

0,75 0,7

0,65

201450x1060x672172

201500x800x70080

302500x1600x840170

302240x800x700100

502800x1950x1200350

перехватывающей световой поток лампы, идущий в верхнюю полусферу. В некоторых светильниках для уменьшения угла излучения в продольной плоскости световое отверстие перекрывается экранирующей решеткой, прикрепленной шарнирно к окаймляющей раме, для откиды-

Рис. 37. Общие виды светильников УОКсН1-2х20 со сплошным полированным металлическим отражателем (с) и ККУО1 х50 000/П00-02хЛ1 с отражателем, набранным из зеркальных стеклянных пластин (б)

вания решетки при смене ламп. Светильник крепится на металлическое основание, которое позволяет располагать его на площадках световых опор, а также устанавливать на борту карьера или плоских крышах высоких зданий. Конструкция крепления светильника к основанию предусматривает возможность его поворота вокруг горизонтальной оси лампы вверх на 20° и вниз на 45° и в отдельных случаях вращение вокруг вертикальной оси вправо и влево на 90°.

Для расчета освещенности Ег от светильника в любой точке рабочей поверхности с координатами а и b можно воспользоваться кривыми равных значений относительной освещенности [41, 42], приведенными на рис. 38, если известна высота размещения светильника Н и угол наклона его оптической оси 6, с помощью формул [43]:

р = sin 0 +—cos0;(85)

Н

sin 6 — cos 6 Н

5= = £2р2//3;(86)

Р

4=4 pH.(87)

Зажигающие устройства и все остальные элементы, обеспечивающие управление включением и зажиганием лампы, размещаются в отдельном металлическом шкафу, называемом пусковым устройством (ПУ). К ПУ подсоединяются кабели питающего напряжения, а со светильником оно связано высоковольтным кабелем. Обычно все ручки управления выведены на переднюю панель ПУ, ИТ располагаются внутри шкафа или устанавливаются в светильнике непосредственно около лампы. В первом случае кабель, соединяющий ПУ и светильник, должен быть рассчитан на полное выходное напряжение и иметь длину не более 20 м, так как при большой длине резко возрастают потери на излучение (см. гл. 1, § 1.3). Во втором случае требование электрической прочности к высоковольтному кабелю существенно уменьшится, а длина кабеля может быть увеличена. Это позволяет устанавливать ПУ у основания световых опор.

В табл. 3 приведены основные параметры промышленных ПУ, предназначенных для укомплектования светильников с лампами ДКсТ. На рис. 39 изображена принципиальная электрическая схема пускового устройства для лампы ДКсТ 10000.

При включении автомата SF сетевое напряжение подается на электроды лампы и элементы схемы ПУ. Далее для зажигания лампы необходимо либо нажать кнопку SB, расположенную на передней панели ПУ, либо с помощью дистанционного управления замкнуть ее контакты, что приведет к срабатыванию реле К2 и включению реле времени

2,0 п2,0 п0,2 О 0,2 О Л 0,6 0,8 1,0 1,2 50,2 О 0,2 О Л 0,6 0,8 1,0 1,2 5Рис. 38. Кривые равных значений относительной освещенности светильника:

2,0 п

2,0 п

0,2 О 0,2 О Л 0,6 0,8 1,0 1,2 5

0,2 О 0,2 О Л 0,6 0,8 1,0 1,2 5

а - КТУО1-10000-001-У1; б - УОКсН-2х20; в - ККУО1Х50000/ ПОО-02ХЛ1

5-66925-6692КЗ. При этом замыкающие контакты реле К2 К2[2 и К2/1 замкнутся, соответственно первые зашунтиру- ют контакты кнопки SB, а вторые подадут напряжение на первичную обмотку Т1, в результате чего начнет работать ЗУ и произойдет пробой и зажигание лампы. Через 5 — 9 с работы ЗУ срабатывает реле времени КЗ и замыкаются контакты К3(1, что приводит к срабатыванию реле К1 и размыканию его размыкающих контактов К1Ц и к обесточиванию реле К2 и КЗ. Это вызывает размыкание контакта К2]1 и снятие напряжения

5-6692

5-6692

Рис. 39. Принципиальная электрическая схема ПУ для лампы ДКсТ 10000 (ДУ - дистанционное управление)

Г а б л и ц a 3. Основные технические параметры ПУ для ламп ДКсТ

Тип

Тип лампы

Конструктивное исполнение

*

*

ПУ ДКсТ 20/0,28-2.060.13

ДКсТВ 6000. ДКсТ 10000, ДКсТ 20000

Автономное

ПУ УОКсН 20/380

ДКсТ 20000

Раздельное,

с выносным

ИТ

1МБК/10000, 2000

ДКсТВ 6000

ДКсТ/22О-38О-Н-ОО1 ХЛ1

ДКсТ 10000, ДКсТ 20000

Автономное "'

1МБИ-50000 ДКсТ/2хЗОО-Н-ОО2 ХЛ1

ДКсТ 50000

2

3 4

с первичной обмотки ЗТ и размыкание контактов КЗЦ, что обеспечивает реле К1, контакты которого К1Ц замкнутся и тем самым приведут схему в первоначальное состояние.

Выращивание растений

Возможность и экономическая целесообразность выращивания растений с помощью применения искусственных источников излучения была доказана многочисленными исследованиями [44, 45].

В настоящее время благодаря усилиям многих ученых, в том числе советских исследователей А.Ф. Клешнина, В.М. Лемана, Б .С. Мошкова, Г.М. Лисовского, Н.Н. Протасовой, Н.И. Райкова и др., заложивших основы светокультуры растений, это стало практическим агроприемом выращивания различных полноценных сельскохозяйственных растений в любом районе нашей страны не швисимо от географической широ- t ты и погодных условий. Промышленная реализация научных достижений в области светокультуры растений позволяет решить две важные народнохозяйственные задачи — это обеспечение населения овощной и цветочной продукцией во внесезонное время и круглогодичное проведение селекционной работы в строго контролируемых условиях, что ускоряет процесс выведения новых высокоурожайных сортов растений и гибридов с целью их использования в любых климатических зонах, пригодных для выращивания в открытом грунте.

Выходные параметры

Схема зажигания

Число им- Габапит..Масса,

НапряжетЧастота,пульсов закг

ние, кВгцполупериод

напряжения

Последовательная

15-200,3-10610580x230x22535

250.1-10610840x640x300130

Параллельная

6,350-700x450x350100

Последовательная

3010620700x450x350120

Выращивание растений осуществляется в различных специальных культивационных сооружениях защищенного грунта — теплицах, оранжереях, фитотронах, вегетационных и климатических камерах, рассчитанных на частичное или полное использование искусственных источников излучения для облучения растений.

Ксеноновые трубчатые лампы наряду с другими источниками излучения находят применение для указанных целей.

В первую очередь это продиктовано тем, что спектр излучения ксеноновых ламп в видимой области подобен солнечному, что особенно важно при проведении селекционных работ. Кроме того, они обладают высокой эксплуатационной надежностью, так как могут выдерживать прямое попадание воды на колбу лампы при поливе растений и сохраняют свои характеристики в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды. Из существующего ассортимента ксеноновых ламп наибольшее применение в светокультуре получили лампы с водяным охлаждением ДКсТВ 6000 и с воздушным ДКсТЛ 10000 [46]. Фильтрация ультрафиолетового излучения, губительного для растений, в лампе ДКсТВ 6000 осуществляется с помощью стеклянной рубашки, а у лампы ДКсТЛ 10000 за счет введения в кварцевую оболочку легирующих добавок, поглощающих ультрафиолетовое излучение с длиной волны короче 300 нм. Остальные характеристики этих ламп описаны в § 1.1.

На базе ламп ДКсТВ 6000 и ДКсТЛ 10000 создан ряд облучательных устройств, предназначенных для вынашивания растений. Один из первых облучателей с лампой ДКс'1 В 6000 описан в [47]. Особенностью этого облучателя является то, что он конструктивно оформлен как еди-

Рис 40. Общий вид облучателя с пампой ДКсТВ 6000

h

ное целое с ПУ, которое расположено над отражателем. При такой конструкции масса облучателя значительна — 48 кг. Кроме того, элементы ПУ постоянно подвержены тепловому воздействию горячих потоков восходящего воздуха от нагретого облучателя. Такие облучатели не получили широкого распространения из-за их конструктивных недостатков, хотя испытания показали их большую эффективность по сравнению с люминесцентными лампами при выращивании овощной рассады.

Накопленный опыт по применению ламп ДКсТВ 6000 при выращивании различных растений позволили создать облучательную установку ФОУ-1-6 с учетом требований тепличного сельскохозяйственного производства [48].

Установка ФОУ-1-6 состоит из шести облучателей с лампами ДКсТВ 6000 и шкафа управления, обеспечивающего включение и одновременное зажигание ламп от одного ЗУ. Предусмотрено также поочередное зажигание ламп. Импульсные трансформаторы установлены в облучателе непосредственно около лампы, а остальные элементы ЗУ расположены в шкафу управления. Охлаждение ламп осуществляется дистиллированной водой от теплообменного аппарата. Облучатель с лампой ДКсТВ 6000 показан на рис. 40.

Очень удачным оказалось применение ламп ДКсТВ 6000 в установках, предназначенных для ускоренного размножения первых поколений гибридов, а также проведения скрещивания яровых и озимых культур при гидропонном выращивании растений. Эти работы, выполненные в Институте биофизики СО АН СССР (г. Красноярск), легли в основу создания промышленных установок для интенсивной светокультуры растений.

Одна из таких установок УВР [49] состоит из трех секций с ваннами для субстрата площадью до 5 м2, над которыми подвешены по два облучателя, аналогичные облучателям от установки ФОУ-1-6. В каж-

Рис. 41. Общий вид установки ускоренного выращивания растений УВР

дую секцию входят баки для пи- тального раствора и электрические помпы, с помощью которых питательный раствор подается в ванны с керамзитом.

Управление включением и зажиганием шести ламп производится от общего пульта. Водяное охлаждение также осуществляет

ся от одного теплообменного аппарата. При повышении температуры охлаждающей воды или понижении ее расхода электропитание установки отключается автоматически. Фотография общего вида одной секции установки УВР приведена на рис. 41.

Лампы ДКсТЛ ЮСЭО с воздушным охлаждением позволяют упростить облучательные установки, но они имеют спектр излучения, в котором доля ближнего ИК излучения больше, чем у ламп ДКсТВ 6000. Если не принять специальных мер, то это может привести к перегреву растений и почвы.

Одним из возможных решений является покрытие отражателя и контротражателя, перекрывающего прямой поток излучения от лампы, селективной белой кремнийорганической краской, имеющей в облас-

Рис. 42. Общий вид облучателя с лампой ЦКсТЛ 10000 со снятой боковой крышкой с отсека, где установлен ИТ

ти ПК-излучения коэффициент поглощения больший, чем в видимой области. Это позволяет исключить часть ИК-излучения из общего потока от облучателя, направленного на облучаемую поверхность. Избыточное тепло от облучателя идет на нагрев воздуха. В отдельных случаях этого достаточно для поддержания нормальной температуры в неотапливаемом помещении даже в зимнее время, как показывает опыт эксплуатации цветочных оранжерей в ГБС АН СССР [50].

Это послужило основанием для создания промышленной системы облучения растений на базе ламп ДКсТЛ 10000 СОРТ-1-10. В комплект СОРТ-1-10 входит шесть облучателей и пульт управления. ИТ расположен в облучателе, как это показано на рис. 42.

Зажигающее устройство обеспечивает одновременное зажигание шести ламп, при этом расстояние до наиболее удаленного облучателя может составить 80 м, что позволяет для обеспечения равномерной облученности размещать облучатели в любом удобном месте в теплице. В табл. 4 приведены основные параметры облучательного оборудования с ксеноновыми лампами.

Интенсивное выращивание овощных и цветочных культур с применением искусственных источников излучения требует больших энергозатрат. Поэтому рациональное расходование электроэнергии и обеспечение рентабельности производства приобретают первостепенное значение. Обычно полный расчет годового экономического эффекта от производства и использования новых изделий долговременного применения с улучшенными характеристиками производится по методике, которая основывается на минимуме приведенных затрат. Эта методика требует

Таблица4. Основные параметры облучательного оборудования с ксеио-

новыми лампами

Тип

Тип лампы

Число облучателей, шт.

Облучае- Освещен- мая пло- ность, щадь, клк м2

Назначение

ФОУ-1-6

ДКсТВ 6000

6

200

20

Научно-исследовательские и селекционные работы. Выращивание

УВР

ДКсТВ 6000

2x3

5x3

30

овощей и цветочной продукции без естественного освещения Научно-исследова-

СОРТ-1-10

ДКсТЛ 10000

6

200

15

тельские и селекционные работы Досвечивание растений

при выращивании овощной продукции и выращивание цветочной продукции без естественного освещения

наличия полных данных, которые могут быть известны лишь после завершения разработки проекта культивационного сооружения. Имеется ряд работ, которые позволяют произвести оценку эффективности источников излучения и облучателей на начальном этапе [51—53]. В [53] предлагается осуществлять технико-экономическую оценку облучателей по относительной стоимости одного ватта полезного потока излучения ламп в области фотосинтетической активной радиации (ФАР) X = = 380 т 710 нм в течение годовой эксплуатации, руб/Вт,

Г -^з2[ fС°б . См . сам

VOTH - ~IТ+ + +

^б Фисп 6iгоб fo6 Ю

♦(^^пРа)^3] •(88)

где К3 = 1,25 т 1,5 — коэффициент запаса, учитывающий спад потока излучения лампы; г — коэффициент минимальной облученности; Фе — поток излучения лампы, Вт (ФАР); т)об — КПД облучателя; т?исп — коэффициент использования потока излучения облучателя; t — минимальная продолжительность работы облучателя в течение года эксплуатации, ч; Гп — средняя продолжительность горения ламп, ч; Гоб — нормативный срок службы облучателя, годы; Сп, Соб — стоимость лампы и облучателя, руб; См — стоимость монтажа облучателя, руб.; Рл, Рпра — мощность лампы и потери в пускорегулирующей аппаратуре, Вт; Сэ — стоимость одного кВт ч, руб.; Сам/10 — удельные капитальные затраты на электроустановки, учитываемые при расчете амортизационных отчислений, руб.

Промышленное производство овощей и цветочной продукции с использованием искусственных источников излучения в настоящее время развивается как самостоятельная отрасль агропромышленного комплекса. С тем чтобы обеспечить эффективное применение и правильную эксплуатацию облучательных установок в хозяйствах отрасли, разработаны методические указания по светокультуре гладиолуса в закрытом грунте с помощью ламп ДКсТЛ 10000 [54], по выращиванию зерновых культур для селекции на установках УВР [55], по применению ксеноновых ламп в теплицах [56].

На рис. 43 приведены фотографии, иллюстрирующие примеры применения облучательных установок с трубчатыми ксеноновыми лампами в сооружениях закрытого грунта.

Рис. 43. Использование установок ФОУ-1-6 (с) для выращивания огурцов; УВР (6) и СОРТ-1-10 (в) для выращивания пшеницы; СОРТ-1-10 (г) для выращивания гладиол^сов

6- 6692

Стимуляция семян растений

Воздействие на семена растений перед посадкой различными физическими факторами приводит к так называемой стимуляции, которая проявляется в более раннем прорастании, увеличении всхожести и ряде других явлений, что в конечном счете повышает урожайность культуры. К наиболее эффективным физическим факторам относят оптическое излучение, воздействующее на семена в виде повторяющихся импульсов с интенсивностью, превышающей естественную от солнца в несколько раз.

Несмотря на многочисленные исследования в этом направлении, до сего времени нет обоснованных требований к параметрам импульсов излучения, обеспечивающим максимальный эффект стимуляции. На практике такие параметры, как спектральный диапазон, длительность и частота повторения импульсов излучения, облученность и энергетическая экспозиция определяются опытным путем, индивидуально для каждой культуры. Поэтому источники излучения в облучательных устройствах, предназначенные для стимуляции семян, должны обладать широким диапазоном выходных параметров. Этим условиям в достаточно полной мере удовлетворяют трубчатые ксеноновые лампы, спектр излучения которых охватывает УФ, видимую и ИК спектральные области от 200 до 1200 нм, они могут работать в режиме периодических кратковременных перегрузок, обладают большой единичной мощностью.

В физико-техническом институте им. С.В. Стародубцева АН УзССР создан импульсный облучатель семян ИКСО-1, использующий лампу ДКсТ 20000, излучение от которой концентрируется в виде узкой по- лосты на рабочей поверхности транспортера с семенами с помощью зеркального эллипсоцилиндрического отражателя и цилиндрического контротражателя [57]. При одновременном повороте обоих отражателей вокруг оси лампы светящаяся полоса перемещается поперек ленты транспортера. При движении транспортера и маятниковых перемещениях светящейся полосы создается режим импульсного облучения семян. Многолетние полевые опыты по предпосевному облучению семян хлопчатника дали положительные результаты. Урожай хлопка-сырца увеличился на 5 ц с гектара.

Установками маятникого типа присущ ряд недостатков: низкий коэффициент использования излучения лампы из-за потерь при многократных отражениях в отражателе, сложная конструкция электромеханического привода для перемещения оптического устройства, неодинаковые условия облучения семян поперек ленты транспортера из-за того, что частота импульсов излучения на краю ленты в 2 раза меньше, чем в центре' Кроме того, они имеют относительно низкою производительность, так как при желании увеличить скорость транспортера возникают технически нереализуемые конструкции приводных устройств. Более удачным является использование трубчатых ксеноновых ламп, работающих в КВР. Этот режим работы ксеноновых ламп позволяет создать установ- 74

ки предпосевного облучения семян менее металлоемкие, с меньшим потреблением электроэнергии и с большей производительностью.

Одна из таких установок описана в [58]. В этой установке источником излучения служит лампа ДКсТ 10000. Схема включения лампы в сеть переменного тока осуществляется через симметричный тиристорный коммутатор. Функциональная схема установки приведена на рис. 44. Тиристорный коммутатор ТК, управляемый задающим генератором ЗГ, обеспечивает заданную длительность импульсов излучения ти и частоту их повторения fn. В паузах между импульсами тп лампа горит непрерывно в дежурном режиме, при этом мощность лампы определяется сопротивлением дросселя L и не превышает 10 % ее номинальной мощности.

Конструктивно установка выполнена в одномодульном исполнении и представляет собой металлический корпус, в верхней части которого

Рис, 45. Общий вид установки облучения семян с лампой ДКсТ 10000Рис, 45. Общий вид установки облучения семян с лампой ДКсТ 10000

Рис, 45. Общий вид установки облучения семян с лампой ДКсТ 10000

Рис, 45. Общий вид установки облучения семян с лампой ДКсТ 10000

установлен облучатель с лампой, а на одной из боковых сторон укреплен пульт управления, как зто показано на рис. 45.

В установке предусмотрен широкий диапазон регулирования как длительности импульса излучения, так и частоты повторения, что поз- и воляет выбрать наиболее оптимальный режим облучения.

Основные технико-эксплуатационные параметры:

3803800,05-0,30,3-215 00051700x1100x8001500,05-0,30,3-215 00051700x1100x800150Напряжение питания, В

380

380

0,05-0,3

0,3-2

15 000

5

1700x1100x800

150

0,05-0,3

0,3-2

15 000

5

1700x1100x800

150

Площадь зоны облучения, м2

Освещенность в течение импульса, лк Длительность импульса излучения, с

Длительность паузы между импульсами, с Предельная средняя мощность лампы, Вт Производительность при предпосевной обработке картофеля, т/ч.

Габариты, мм Масса, кг .

Связь между параметрами установки и экспозицией на рабочей поверхности Не, лк-с, определяется выражением

Не = л,(89)

/ т г т\ ^Л /

где /т, vT — ширина и скорость ленты транспортера, м, м/с.

При выборе режима работы необходимо, чтобы сохранялось неравенство, которое ограничивает мощность лампы до предельно допустимого значения:

< 1,5.< 1,5.(90)(90)

< 1,5.

< 1,5.

(90)

(90)

Имеются работы, посвященные исследованию облучения растений пульсирующим светом. Целью таких работ является выявление возможности уменьшения энергозатрат на облучение, так как известно, что

Рис. 46. Принципиальная электрическая схема включения лампы ДПКс 1500 с пульсирующим световым потоком для облучения растений

преобразование энергии излучения при фотосинтезе происходит в два этапа. Первый этап — световой, длительностью единицы миллисекунд и второй — темновой, длительностью десятки миллисекунд. Первый этап сопровождается поглощением излучения, второй — образованием продуктов фотосинтеза. Результаты проведенных экспериментов показывают, что пульсирующее облучение растений более эффективно, чем непрерывное.

В [59] приводятся результаты опытов по облучению рассады огурцов сорта ’’Марфинский” ксеноновыми лампами ДПКс 1500 с пульсирующим светом. Длительность импульсов света равнялась 1 мс, а частота следования 100 Гц. Такой режим работы лампы осуществлялся с помощью схемы, изображенной на рис. 46. Особенностью схемы является то, что при подаче управляющего сигнала от задающего генератора ЗГ на тиристор V происходит разряд накопительного конденсатора С на лампу и одновременно подача импульса зажигания в очередной полупериод напряжения сети.

Было установлено, что при высоких уровнях средней облученности, более 100 Вт/м2 (Ф^Р), скорость фотосинтеза у рассады в 1,3 раза выше при пульсирующем облучении, чем при непрерывном.

Светолов рыбы

При ловле рыбы в темное время суток для ее привлечения используются источники света, устанавливаемые на рыболовных судах. Специально для этих целей создано осветительное устройство с лампой ДКсТ 20000 (рис. 47). Отличительная особенность осветительного устройства заключается в том, что оно снабжено подвижными отражателями [60]. Это позволяет регулировать ширину светового пучка и концентрировать световой поток в заданной зоне освещаемой поверхности.

Оптическая часть осветительного устройства состоит из двух зеркальных пластин 1, жестко закрепленных в корпусе 2 двух поворотных зеркальных отражателей 3, смонтированных на горизонтальной оси 4 и контротражателя 5, перекрывающего прямой световой поток от лампы 6. Поворотные зеркальные отражатели 3 перемещаются посредством тяг 7, управляемых электроприводом 8, установленным на балке 9. Первоначально при полностью открытых подвижных отражателях освещается максимальная площадь водной поверхности для привлечения рыбы. Затем они плавно закрываются, и создается световое пятно вокруг корабля. В этой же зоне сконцентрируется рыба, вылов которой в дальнейшем производится обычными средствами.

На рис. 48 приведено распределение силы светя в поперечной плоскости для двух крайних положений подвижных отражателей осветительного устройства.

Рис. 47. Конструкция (с) и общий вид (б) осветительного устройства для светоло- варыбыРис. 47. Конструкция (с) и общий вид (б) осветительного устройства для светоло- варыбыРис. 48. Распределение сил света осветительного устройства для двух положений подвижных отражателей:

Рис. 47. Конструкция (с) и общий вид (б) осветительного устройства для светоло- варыбы

Рис. 47. Конструкция (с) и общий вид (б) осветительного устройства для светоло- варыбы

1 — верхнее положение; 2 — нижнее положение

Обработка жидких пищевых продуктов

Обработка жидких пищевых продуктов оптическим излучением позволяет резко сократить в них количество болезнетворных бактерий. Для этих целей используется УФ и ИК-излучение. При воздействии УФ- излучения процесс обеззараживания осуществляется обычно при комнатной температуре жидких продуктов, так как это излучение обладает сильным бактерицидным действием. ИК-излучение применяют для нагрева жидких продуктов до температуры 80—90 °C, что также приводит к гибели бактерий. Как ранее указывалось, спектр ксеноновых ламп содержит УФ и ИК-излучение. Поэтому ксеноновые лампы находят применение в качестве источников излучения в установках, предназначенных для обработки различных продуктов [61].

Жидкие продукты в производстве, как правило, транспортируются в стеклянных или кварцевых трубах. В том случае, если эти трубы свернуты в змеевик, лампы размещаются внутри него. Если они имеют протяженную форму, то лампы располагаются вокруг трубы.

Термическая обработка материалов излучением

Использование энергии оптического излучения в промышленном производстве является частью нового направления электротехнологии. Задача этого направления состоит в исследовании и создании различных способов преобразования электрической энергии в другие виды энергии для получения более производительных и эффективных технологических процессов.

Один из таких процессов — это высокотемпературный нагрев материалов за счет поглощения ими оптического излучения. Достоинство такого способа нагрева в отличие от конвективного и кондуктивного заключается в обеспечении вакуумной гигиены процесса нагревания, так как источник излучения может быть полностью изолирован от нагреваемого материала с помощью какого-либо прозрачного материала, например кварцевой стенки, в высоком КПД использования излучения при согласовании спектра излучения источника со спектром поглощения нагреваемого материала, в возможности плавного регулирования температуры в широких пределах, в простоте получения равномерных температурных полей или локального нагрева за счет направленной подачи излучения в заданную зону нагрева, в легко осуществимой автоматизации процесса нагрева и управления им по установленной программе К наиболее приемлемым источникам излучения для реализации указанных преимуществ лучистого нагрева можно отнести ксеноновые лампы Это подтверждается следующими их отличительными особенностями. Лампы имеют удобную форму светящего тела в виде протяженного цилиндра небольшого диаметра, что позволяет создавать групповые излучатели с плотной упаковкой ламп, обеспечивающие вы-

Таблица5. Поверхностная плотность потока излучения от некоторых излучателей

Источник излучения

Режим работы

Поверхностная плотность потока излучения, МВт/м2

Галогенные лампы накали-

Непрерывный

0,1-0,25

вания

Трубчатые ксеноновые

Непрерывный

0,2-3

лампы

КВР

1—20

Лазеры

Импульсный Импульсный

20-200

10s-10м

сокие уровни облученности на рабочей поверхности с большими габаритами без применения сложных оптических систем.

В табл. 5 приведены сравнительные ориентировочные значения поверхностной плотности потока излучения от некоторых типов излучателей.

Способ нагрева излучением с использованием ксеноновых ламп нашел применение в стекольном производстве для высокотемпературной обработки изделий из стекла и силикатных материалов в специальных печах [62, 63]. Общий вид термической камеры одной из таких печей приведен на рис. 49. Групповой излучатель, расположенный над рабочей поверхностью, состоит из шести ламп ДКсТВ 15000 Размеры рабочей зоны 200x200 мм, облученность 0,1—2,4 МВт/м2.

Для сравнения укажем, что облученность от солнца на земной поверхности не превышает 1,5-10-3 МВт/м2.

Рис. 49. Общий вид камеры оптической печи с лампами ДКсТ 15000

Перспективно использование ксеноновых ламп в технологических процессах производства изделий микроэлектроники при их термообработке с целью отжига радиационных дефектов в полупроводниковых пластинах после проведения ионной имплантации [64J , На рис. 50 представлены результаты экспериментальных исследований зависимости энергетической экспозиции на поверхности обрабатываемой полупроводниковой пластины, обеспечивающей отжиг после ионной имплантации, от длительности воздействия излучения для различных видов источников излучения, в том числе и для ксеноновых ламп.

Высокое значение пиковой энергетической экспозиции может быть получено от импульсных ксеноновых ламп. Обычно питание импульсных ламп осуществляется от конденсаторных батарей, заряженных до определенного напряжения. При ра гряде конденсаторной батареи через лампу возникает мощная световая вспышка длительностью несколько миллисекунд. Массогабаритные показатели установки с конденсаторной схемой питания ламп чрезмерно высоки. Например, масса установки для термообработки полупроводниковых пластин с площадью рабочей зоны LOGO см2 и максимальной энепгетической экспозицией 3 МДж/м2 будет составлять массу 10 т. Такая же установка, но при бес- конденсаторной схеме питания ламп с использованием симметричного тиристорного коммутатора, обеспечивает работу лампы в КВР (см. § 2.3), будет иметь массу всего только 0,3 т.

Взаимосвязь между энергетической экспозицией Не на рабочей поверхности площадью 5р с электрическими и излучательными характеристиками ламп, Дж/м2, определяется формулой

1■

+ — sin 2\р ?7Г

2,1

,(91)

Рис. 50. Зависимость энергетической экспозиции от длительности импульса при отжиге радиационных дефектов для различных типов излучателей

где и — число ламп; Рп, т? — мощность и КПД лампы; ф, — угол управления тиристоров в каждый полупериод сетевого напряжения; Ки — коэффициент использования излучения ламп; ти — длительность импульса.

Заслуживает внимания опыт поверхностной термической закалки металлических изделий излучением от ксеноновых импульсных ламп при разряде через них конденсаторной батареи с энергией от 4 до 30 кДж. В результате закалки при начальной твердости от 23 до 27 получена максимальная твердость 62 Н RC. После термической обработки изделие охлаждается до исходной температуры обычными известными способами [5]. Было установлено, что для практической реализации способа закалки излучением с помощью импульсных ламп необходимо время нагрева разбить на две стадии — на относительно длительный подогрев изделия при небольших уровнях облученности и кратковременный при высоких уровнях облученности. Чтобы удовлетворить этим требованиям, очевидно, более эффективно будет использование трубчатых ксеноновых ламп, работающих в КВР, чем импульсных с конденсаторной схемой питания.

Среди природных факторов, оказывающих существенное влияние на старение материалов и покрытий, ведущее место принадлежит солнечному излучению. Этим объясняется использование ксеноновых ламп в установках испытаний материалов и лакокрасочных покрытий на светостойкость, предусмотренных стандартом. Одна из таких установок УИС-1 [66] показана на рис. 51. В качестве источника излучения в установке применены две лампы типа ДПКс 1500. Конструктивно установка состоит из осветителя, в котором расположены лампы и элементы схемы питания, и водоохлаждаемого предметного столика с рабочей поверхностью 150x300 мм, соединенных между собой стойкой. Расстояние между осветителем и предметным столиком мож

но регулировать в пределах 0,2—0,6 м. Освещенность при максимальном расстоянии не менее 20 клк.

Стробоскопия

Стробоскопия — область техники, позволяющая наблюдать или регистрировать на фотопленку отдельные фазы движения быстро перемещающихся предметов. Это осуществляется с помощью специальных световых приборов — стробоскопов.

Рис. 51. Общий вид установки УИС-1 для испытаний материалов на светостойкость

Стробоскопы находят применение в театральной и эстрадной практике для создания различных световых эффектов.

Частота следования вспышек для проявления стробоскопического эффекта на сцене при относительно небольших скоростях перемещения актеров или предметов находится в пределах 2—16 Гц.

В четком зрительном восприятии стробоскопических картин существенную роль играют контрастная чувствительность глаза, инерция зрения, длительность светового импульса, яркость фона £ф и объекта £о.

Как правило, стробоскопы используются в условиях затемненной сцены. Это позволяет легко получить высокий эффективный контраст £Эф при длительности вспышки ти, не превышающей постоянную инерцию энергии 6 = 0,2 с. Если за время световой вспышки актер или предмет перемещаются на расстояние 0,1 м с линейной скоростью не более 10 м/с, то соответственно длительность вспышки должна быть 0,01 с. Оценить зависимость эффективного контраста от условий освещения сцены и параметров световой вспышки можно с помощью выражения

^эф = (^о—^-ф) ти/ ^фб. (92)

В стробоскопах используются ксеноновые импульсные лампы, питание которых производится от емкостных накопителей с энергией вспышки порядка 20 Дж. В современных крупных зрелищных помещениях, рассчитанных на несколько тысяч зрителей, сценическая площадка имеет заметно большие размеры, а удаленность стробоскопа от сцены превышает 50 м. В этом случае энергия вспышки должна быть увеличена на один или даже на два порядка. Решить задачу можно увеличением либо емкости, либо напряжения. Как в первом, так и во втором случае сильно возрастают габариты и масса стробоскопа. Более удачным решением создания мощного стробоскопа является использование бесконденсаторной схемы питания [67], в которой применена трубчатая ксеноновая лампа ИФК 20003, имеющая форму двухвит- ковой спирали. Стробоскоп состоит из двух отдельных частей — прожектора 1 и блока питания и управления 2 (рис. 52). Лампа VL с ЗУ установлена в корпусе театрального линзового прожектора ПЭ-1-220 с эллипсоидальным отражателем и с выходным отверстием, регулируемым диафрагмой в пределах £)пр = 0,25 -^0,15 м. При подаче питания на стробоскоп к лампе VL и ЗУ прикладывается напряжение сети. Зажигающее устройство формирует на электродах лампы импульсы высокого напряжения, вызывающие пробой и зажигание лампы. Блокирующий конденсатор С замыкает контур зажигания по высокой частоте После зажигания лампы в дежурном режиме, параметры которого определяются балластным дросселем £, напряжение на ЗУ уменьшится, и оно отключится. После замыкания контактов магнитного пускателя КМ параллельно дросселю подключается тиристорный симметричный коммутатор ТК. Управление тиристорным коммутатором осуществляет-

ся блоком управления БУ. При очередном включении каждого тиристора к лампе прикладывается полное напряжение сети и возникает мощная световая вспышка, так как заведомо выбрано, что значение напряжения сети превышает номинальное напряжение на лампе. Регулирование мощности импульсов и частоты повторения вспышек осуществляется плавным изменением угла включения тиристоров в полупериод сетевого напряжения и частоты подачи управляющих сигналов от блока управления.

Выходные параметры стробоскопа следующие:

Мощность импульса P№ Вт .... 8-104 _

Длительность вспышки Тн, с6,8-103

Частота повторения/п, Гц .......... . 2-12 Максимальное освечивание в направлении оптической оси прожектора 0И, кд-с2,2-104 Выходное отверстие £^р, м...... . . . . 0,25

Стробоскоп может быть также использован для фотографических работ. При одиночных вспышках его ведущее число равно 146.

Некоторые особенности эксплуатации ламп ДКсТ

При эксплуатации светотехнического оборудования с лампами ДКсТ необходимо учитывать следующее.

Питание ламп ДКсТ осуществляется от трехфазной сети напряжением 380/220 В. частотой 50 Гц. Каждый светильник должен подключаться через трехполюсный автомат. Сечения нулевого провода и фазных проводов выбираются равными. Коэффициент мощности сети равен 0,9.

Электрические и световые характеристики ламп зависят от колебаний напряжения питания (см. § 1.1). Если эти колебания превышают

Рис. 52. Функциональная схема стробоскопа

»»гг>>55установленные пределы, рекомендуется использовать тиристорные ограничители напряжения.

»

»

г

г

>

>

5

5

В большинстве случаев в ЗУ в качестве коммутаторов используются воздушные разрядники. В процессе длительной работы требуется периодически зачищать их электроды и регулировать воздушный зазор, начиная с минимального значения.

Если горевшая лампа погасла, ее повторное зажигание можно произвести только через 5 мин. Следует иметь также в виду, что продолжительность непрерывной работы ЗУ не должна превышать 30 с. В противном случае оно может выйти из строя из-за перегрева ЗТ.

Лампы ДКсТ имеют большую единичную мощность и излучают интенсивные потоки в широком спектральном диапазоне, включая ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Поэтому необходимо принимать меры безопасности, исключающие прямое попадание излучения на человека, находящегося вблизи. Для ламп ДКсТ с колбой из обычного кварца освещенность в рабочей зоне не должна превышать 150 лк.

Необходимо также учитывать, что расположенные близко от лампы предметы могут нагреться за счет поглощения излучения до очень высокой температуры. Это может представлять опасность как для самого предмета, так и для обслуживающего персонала. По этой же причине при размещении светильников на фермах или мостиках необходимо исключать попадание излучения от лампы на находящиеся радом несущие конструкции.

Большие размеры и масса светильников с лампами ДКсТ требуют обеспечения свободного и удобного доступа к ним для проведения монтажных работ и обслуживания. Рекомендуется перед установкой новой лампы ее колбу протереть спиртом во избежание преждевременной кристаллизации кварцевой оболочки.

Для защиты персонала от слепящего действия ламп, обладающих большой габаритной яркостью, следует в конструкциях светильников предусматривать защитные углы как в продольной, так и в поперечной плоскостях не менее 30°.

Пульсация светового потока ламп ДКсТ, как и других газоразрядных ламп, равна удвоенной частоте сети, т.е. 100 Гц. Коэффициент пульсации у ламп ДКсТ составляет при однофазном включении 130 %, при двухфазном — 60 % и при трехфазном 15 % [43]. По существующим требованиям коэффициент пульсации освещенности в рабочей эоне не должен превышать 20 %. Поэтому при применении ламп ДКсТ для освещения расположенного на территории оборудованием с вращающимися деталями для исключения возможности проявления стробоскопического эффекта необходимо использовать не менее трех ламп, включенных на самостоятельные фазы в трехфазной сети.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Мощные трубчатые "солнечные” ксеноновые лампы, работающие Сч а балласта/ HG Маршак, В.И, Васильев, И.В. Рогатин и др.// Светотехника. 1961. № 4. С 8-17.

Финкельбург R, Меккер Г. Электрические дуги н термическая плазма/ Под ред. В. А Фабриканта. М.: Изд-во Иностр, лит., 1961.

Маршак КС, Современные высокоинтенсивные источники света// Светотехника и инфракрасная техника. Т. 4. М.: ВИНИТИ, 1986.

Селезнев НИ. Информация о работах, изданных в периодической печати по вопросам освещения ксеноновыми лампами// Светотехника. 1978. № 12. С. 24-25.

Газоразрядные источники света (Проспект)/ Разноэкспорт. М.: Внешторг- издат, 1974.

Дойников A.G Спектральные характеристики излучения трубчатых ксеноновых импульсных и дуговых ламп// Обзоры по электронной технике. Сер. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1973. Вып. 11 (154). С. 2-29.

Импульсные источники света/ И.С Маршак, А.С Дойников, В.П. Жильцов и др. 2-е изд. М.: Энерп.я, 1978.

Ксеиоиовая лампа типа ДКсТЛ 10000 с естественным охлаждением для облучения растений/ Т.Н. Воронина, Ю.А. Калинин, Т.Н. Квашин и др.// Светотех! ика. 1976. №9. G 14-15.

Сверхмощная безбалластная трубчатая ксеноновая лампа — новый вид эффективного источника для скоростной киносъемки/ ИС. Маршак, В.И. Васильев, АД Вассерман и др.// Успехи научной фотографии. М.: Наука, 1964 С. 159 — 165.

Вассерман АД, Мхитаров М.А Расчет электрических и световых характеристик ламп ДКсТ с тиристорным регулятором// Светотехника. 1977. №6. С. 8-9.

Рохлин Г.Н Газоразрядные источники света. М.: Энергия, 1966.

Рохлин Г.Н О тепловом расчете колб газоразрядных ламп// Светотехника. 1958. №2. G 10-16.

Тепловой режим оболочки трубчатых ксеноновых ламп типа ДКсТ/ В.И. Васильев, АД Вассерман, О, Н Токарев, С.В. Яковлев// Светотехника. 1986. № 8. G 6-7.

Исаченко RH, Осипова RA, Сукомел AG Теплопередача. М.: Энергсиз- дат, 1981.

Леко RK, Мазурин О.В. Свойства кварцевого стекла. Л. Наука. 1985.

Белоусова ДЕ. Температурное поле пластины при нагревании поверхности периодическими повторяющимися импульсами// Теплофизика высоких температур. 1975. Т. 8, № 3. С 668-670.

Вассерман АД, Скворцов Б.В. О зажигании ламп типа ДКсТ// Светотехника. 1977. №8. G 16-17.

Бессонов ДА Теопетические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1964.

Булатов О.Г., Иванов RG, Панфилов Д.И. Тиристорные схемы включения высокоинтенсивных источников света. М.: Энергия, 1975.

Ас. 764156 (СССР). Устройство для зажигания газоразрядных ламп/ АД Вассерман, В.П. Кашинцев, Г.Н. Квашин, М.А. Мхитаров// Открытия. Изобретения 1980. № 34.

Булатов О.Г., Царенко АН Тиристорно-конденсаторные преобразователи. М.: Энергоиздат, 1982.

Магнитные генераторы импульсов/ ДА. Меерович, И.М. Батин, Э.Ф. Зайцев и др. М.: Советское радио. 1969.

АС. 790365 (СССР). Устройство для зажигания газоразрядных ламп/ АД Вассерман, Г.Н Квашин, ДА Мансурова и др. Открытия. Изобретения 1980. №47.

86

Гинзбург СГ. Методы решения задач по переходным процессам в электрических цепях. М.: Высшая школа, 1967.

Диткин В.А., Прудников А.П. Справочник по операционному исчислению. М.: Высшая школа. 1965.

Цыкин Г.С Трансформаторы низкой частоты. М.: Связьнздат, 1955.

Матвеев Г. А., Хомич В.И. Катушки с ферритовыми сердечниками. М. Энер- ,гия, 1967.

I28. Фрюнгель Ф. Импульсная техника: Пер. с нем./ Под ред. К.К. Хренова М.:

Энергия, 1965.

Вассерман А.Л, Квашин Г.Н., Мхитаров М.А. Основные соотношения в контуре тиристорно-емкостного балласта с лампой ДКсТ// Светотехника. 1977. № 8. С 14.

Квашин Г.Н., Садовой А.Ф. Применение ламп ДПКс 1500 в фотокамере// Механизация н электрификация социалистического сельского хозяйства. 1978. № 1. С. 44- 45.

Вассерман А.Л, Васильев В.И. Электрические характеристики контура с газоразрядной лампой и емкостным балластом при переменном токе// Светотехник: 1964. № 9. G 15-19.

Троцкий А.М., 1 лебов Б.Н., Соколов ЛС Стабильность характеристик ламп ДКсГпри колебаниях напряжения сети// Светотехника. 1971. № 12. С. 7—8.

-33. Дадиомов М.С Технико-экономическое обоснование выбора источников

света и осветительных приборов для освещения наружных пространств// Свето- iтехника. 1970. № 1. С 10-12.

Освещение открытых пространств/ Н.В. Волоцкой, М.С Дадиомов, Л.Д. Николаева и др. Л: Энергоиздат, 1981.

Васильев В.И. Освещение глубоких карьеров// Горный журнал. 1964. № 8. С 15-17.

Селезнев Н.И., Редченко А.М. Освещение горнорудных карьеров мощными ксеноновыми источниками света// Светотехника. 1966. №7. С. 17—19

Бородянский Э.З. Применение ксеноновых ламп для освещения крупных подстанций// Электрические станции. 1971. № 8 С. 16- 18.

Чеснокова Н.Г. Совершенстование освещения территорий железнодорожных станций// Светотехника. 1984. № 9. С 5-7.

Проблемы наружного освещения в портах/ М.В„ Добров, Г.И. Ксбанцев, Н.К. Варенцов, А.А. Рошаль// Морской флот 1979 № 7. С 9-11.

Рошаль А.А. Передвижная осветительная опора// Сельское строительство Белоруссии 1981. N"2 С. 28.

Осветительное устройство с ксеноновой лампой мощностью 50 кВт/ В.В Трембач, АЛ. Вассерман, Б.Н. Глебов и др.// Горный журнал. 1971. № 9. С 26-28.

Глебов Б.Н. Серия световых приборов с лампами ДКсТ// Светотехника. 1972. №6. С 12-15.

Мешков В.В., Епанешников М.М. Осветительные установки. М.: Энергия, 1972.

J

44. Клешнин А.Ф. Теория н практика светокультуры растений/ Труды Института физиологии растений АН СССР, 1953. Т. 8. Вып. 1. С. 131-153,

Леман В. М. Курс светокультуры растений. М.: Высшая школа, 1976.

Светотехническое оборудование с высокоинтенсивными источниками света для светокультуры растений/ В. И. Васильев, А.Л. Вассерман, В.И. Жильцов и др.// Светотехника. 1978. №5. С. 21-23.

Ершова Н.И. Облучатели с мощными безбалластными ксеноновыми лампами для теплиц// Светотехника. 1966. № 9. С. 20—25.

Использование установок ФОУ-1-6 для промышленной светокультуры овощей/ В.М. Шестопалов, А. Л. Вассерман, Г.Н. Квашин, А. А. Рошаль// Техника в сельском хозяйстве. 1982. № 12. С 37—38.

Булыков В. И. Искусственные источники света и промышленное светотех ническое оборудование для интенсивной светокультуры/ Обзоры по электронной технике. Сер. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1975. Вып. 8. С. 2-24.

Былов В.Н., Райков Н.И., Булыков В.И. Гладиолусы при дополнительном освещении//Цветоводство. 1974. №4. С. 7-8.

Лисовский Г.М. К оценке относительной стоимости источника света, ис пользуемого в светокультуре. Оснащение селекционных центров светотехничес ким оборудованием// Материалы I Всесоюзного научно-технического совещания ноябрь 1975 г. М.: ЦНИИ "Электроника”, 1976. С. 18-19.

Лисовский Г.М., Прикупец Л.Б., Сарычев Г.С Экспериментальная оценю эффективности источника света в светокультуре растений// Светотехника. 1983. № 4. G 7-9.

Вассерман А.Д, Малышев В. В. Об эффективности облучения растений,'/ Светотехника. 1985. №8. С. 16-17.

Методические указания по светокультуре гладиолуса в закрытом грунте ГБС АН СССР. М.: Колос, 1976.

Методика выращивания зерновых культур для селекции на установках ускоренного выращивания растений (УВР). Шортанды: ВНИИЗХ, 1978.

Применение ксеноновых ламп воздушного охлаждения (методические рекомендации), Новосибирск: Якутский НИИСХ, 1983.

Умаров Г.Я., Алимов А.К., Алавутдннов Дж.Н. Импульсный концентрированный световой облучатель// Тезисы докладов 5 Всесоюзной конференции по фотоэнергетике растений/ ВАСХНИЛ, Восточное отделение. Алма-Ата, 1978. G 215-216.

Вассерман А.Л., Волков А.А., Квашин Г.Н., Яковлев GB. Установка импульсного облучения семян растений// Светотехника. 1986. № 4, С. 6 8.

Айдарова В.Е., Квашин Г.Н. Установка с ксеноновой лампой для облучения растений пульсирующим световым потоком//Светотехника. 1977. № 2. С. 16.

A.C. 95 6907 СССР. МКИ3821В7/12. Осветительное устройство с изменяемой шириной светового пучка/ И. И. Багаутдинов, В. И. Васильев, А.Л. Вассерман и др.И Открытия. Изобретения. 1982. № 33.

А.С. 1003798 СССР. МКИ3А23ЬЗ/28. .Установка для обработки жидкости ультрафиолетовым и инфракрасным излучением/ В.П. Гизатулин, В.И. Васильев, А.Л, Вассерман и др.// Открытия. Изобретения. 1983. № 10.

Применение излучения низкотемпературной плазмы в процессах технологии стекла/ А.В. Болотов, В П, Прянишников, А.Л Вассерман и др.// Физика и химия обработки материалов. 1979. № 6. С. 89-90.

Ласло Т. Оптические высокотемпературные печи: Пер. с англ./ Под ред. ДИ Теплякова. М. Мир, 1968

Оборудование для импульсной термообработки материалов полупроводниковой электроники некогерентным светом/ В.Е. Борисенко, С.Н. Корнилов, В. А. Лабунов и др.// Зарубежная электронная техника. 1985. № 6. С. 45-65.

Бражников А.Е., Ионова Р.Н., Мииаев В.П. Поверхностная закалка излучением импульсной лампы// Светотехника. 1984. № 6. С. 3.

Установка для испытаний на светостойкость УИС-1// Лакокрасочные материалы и их применение. 1977. № 4. G 98.

Мощный стробоскоп для больших зрелищных предприятий/ А.Л. Вассерман, В.А Жеглов, Н.П, Нашутинский, С.В. Яковлев// Светотехника. 1985. № 12. G 15-16.

A.C. 141219 (СССР). Мощная газоразрядная лампа/ И.С. Маршак, В.И. Васильев, А.Д Вассерман// Открытия. Изобретения. 1961. № 18.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие..........3

Введение .. .5

Глава первая. Номенклатура ламп и основные технические параметры 8

Трубчатые ксеноновые лампы, их конструктивные особенности, виды режимов работы и основные параметры ...,8

Тепловой режим оболочки лампы 15

Механизм пробоя и зажигания20

Глава вторая. Зажигающие устройства и схемы включения ... 22

Зажигающие устройства22

Основные соотношения в контуре зажигающего устройства..32

Расчет элементов схем зажигающих устройств.....36

Схемы включения и основные соотношения40

Глава третья. Примеры расчета схем зажигания и включения ламп ДКсТ48

Порядок расчета и общие положения...48

Расчет схемы зажигающего устройства с воздушным разрядником для лампы ДКсТ 10 000 48

Расчет параметров лампы ДКсТ 10 000 при ее работе в квазине- прерывном режиме с тиристорным регулятором (рис. 27) .. 53

Расчет параметров лампы ДПКс 1500 при ее работе в квазинепре- рывном режиме с тирнсторно-емкостным балластом (рис. 28) 54 Глава четвертая. Применение ксеноновых ламп в различных областях народного хозяйства ...56

Освещение больших открытых пространств .56

Выращивание растений .....67

Стимуляция семян растений ....... 71

Светолов рыбы .....77

Обработка жидких пищевых продуктов ......79

Термическая обработкаматериалов излучением.....79

Стробоскопия 83

Некоторые особенностиэксплуатации ламп ДКсТ85

Список литературы ...,.... 86

ЪМ пл

w№Wjbitiem.'n<W)tlA«

1

т, =у- ;

1 + ет2

1 + €

7ц2’

1 + ет1

7р = 7; + 7М;

6 AC? Библиотека светотехника

А. Л. Вассерман

Ксеноновые трубчатые лампы и их применение

Выпуск 19

Основание 1977году

АЛ. Вассерман

МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1989МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1989Ксеноновые трубчатые лампы и их применение

МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1989

МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1989

ББК 31.294

В19

УДК 621.327.523

Рецензент доктор технических наук Ю.Г. БАСОВ

Вассерман А. Л.

В19 Ксеноновые трубчатые лампы и их применение. — М.. Энер- гоатомиздат, 1989. — 88 с.:ил. — (Б-ка светотехника; Вып. 19) ISBN 5-283-00544-5

Приводятся технические характеристики ламп. Описаны практические схемы зажигания и включения. Приведены расчетные соотношения для этих схем. Уделено внимание различным примерам эффективного применения ламп в осветительной и облучательной технике.

Предназначена для инженеров-электриков, занимающихся разработ кой и эксплуатацией светотехнического оборудования с разрядными лампами.

178-89178-89ББК 31.294ББК 31.2942202100000-009

178-89

178-89

ББК 31.294

ББК 31.294

051 (01)-89

Производственное издание

ВАССЕРМАН Александр Львович

КСЕНОНОВЫЕ ТРУБЧАТЫЕ ЛАМПЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Редактор Г. Н. К в а ш и н

Редактор издательства Н. Б. Фомичева

Художественные редакторы В. А.Гозак-Хозак, Ю. В. Созанская

Технический редактор Н.М. Брудная

Корректор Е. В. Кудряшова ИБ 2059

Набор выполнен в издательстве. Подписано в печать с оригинала-макета 24.03.89. Т-09273. Формат 60 х 88 1/16. Бумага офсетная №2. Печать офсетная. Усл. печл. 5,39. Усл.кр.-отт. 5,75. Уч.-издл. 5,64. Тираж 11000 экз. Заказ 6692. Цена 30 к.

Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.

Отпечатано в ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени МПО ’’Первая Образцовая типография” Союзполиграфпрома при Госкомиздате СССР. 113054, Москва, М-54, Валовая, 28.

ISBN 5-283-00544-5ISBN 5-283-00544-5©Энергоатомиздат, 1989©Энергоатомиздат, 1989

ISBN 5-283-00544-5

ISBN 5-283-00544-5

©Энергоатомиздат, 1989

©Энергоатомиздат, 1989