Расчет люминесцентных ламп на основе экспериментальных или расчетных данных

Общие положения. Приведенные зависимости позволяют проводить различные варианты расчетов люминесцентных ламп и их сопоставление. При задании условий разряда, т. е. силы тока, наружного и внутреннего диаметров трубки d2 и du рабочего давления паров ртути pHg, состава наполняющего инертного газа (СН) и рабочего давления наполняющего газа ри.г, из соотношений однозначно определяются удельные характеристики столба разряда: Е, <DiCT(185), Ф1ст(254) и Ф1Ст(АВид). Далее находим Picl=kJE и цСтЦ =<DICT(A,)AP1CT. Задаваясь типом люминофора и полагая, что известны свойства люминофора и слоя (СЛС), по формулам находим значения С, Щк), щк.вЩ, Ауф и щсл. Тогда можем рассчитать световые характеристики столба Ф1ст.
Температура трубки в области столба 2тр определяется из уравнения теплового. Для перехода от удельных характеристик столба к параметрам лампы необходимо задать расстояние между электродами эл. Согласование электрических параметров лампы с параметрами сети U, f (или вообще питающего устройства) осуществляется через параметры ПРА. В случае дросселя для этого должны быть определены Z№ и гдр.
Таким образом, получается система связей, которая при задании условий разряда (см. выше), СЛС, 1ЭЛ, U, f и РДР позволяет однозначно определить начальные значения U„ и Рл, Фул, %л, ?2Тр, Рсх=Рл+Рдр, U3, коэффициенты нестабильности и другие характеристики лампы.
Пределы изменения параметров, в которых могут вестись расчеты, определяются изученными областями изменения независимых параметров.
Для определения спада светового потока в процессе работы и полезного срока службы, который определяется в основном спадом яркости люминофора, при инженерных расчетах используем соотношения .
При расчетах будем считать, что для каждого типа ламп конструкция и технология электродного узла отработаны так, что при нормальных условиях эксплуатации он обеспечивает продолжительность горения (тПОлн) не менее (15—20) -103 ч. Изменение тПОлН при изменении условий эксплуатации (силы тока, числа включений, t0 и др.) будем учитывать .
На практике обычно встречается необходимость решения задач, в которых задаются частично входные, а частично выходные параметры или требуется оценить влияние изменения одних параметров на другие. Так, например, при расчетах стандартных ламп массового применения обычно задают мощность лампы Рл, тип люминесцентной лампы по спектральному составу, т. е. свойства люминофора и, следовательно, слоя (СЛС), напряжение сети (127, 220, 380 В), температуру окружающей среды t0 и условия охлаждения, набор стандартных длин k. Этим исходным данным может удовлетворять множество вариантов ламп, отличающихся конструктивно-технологическими (d2, /эл, СН, ри.г, pHg), электрическими (С/л, /, U3), световыми Фул, энергетическими (г)ул), эксплуатационными [тПолн, стабильность Фул(т) во времени, коэффициенты нестабильности], экономическими (цена лампы) и другими параметрами. Выбор оптимального варианта люминесцентных ламп массового применения должен проводиться по минимуму приведенных годовых затрат в осветительной установке с учетом реальных условий их эксплуатации и обслуживания.
Аналогичные многовариантные задачи возникают также при необходимости оценить влияние конструктивно-технологических параметров (d2, эл, ри.г, СН), параметров ПРА (Z№, гдр) или условий эксплуатации (U, t0 и др.) на характеристики ламп.
Решение этих и подобных задач целесообразно проводить на ЭВМ. Для этого все необходимые связи между входными (d2, I, PHg, Ри.г, СН, эл, СЛС) и выходными (Фул, ил, t2TP, U3 и др.) параметрами лампы, ПРА и сети должны быть выражены в аналитической форме и составлена программа расчета с учетом допустимых пределов изменения параметров, ограничений и условий, определяемых исходя из поставленной задачи.
Как правило, для решения поставленных задач необходимо проводить расчеты отдельных вариантов ламп, а затем выбирать оптимальный с учетом накладываемых условий и ограничений.
Расчет отдельных вариантов ламп на заданную мощность и другие параметры целесообразно начинать с выбора условий разряда. При этом для сокращения числа вариантов расчета целесообразно оперировать с КПД резонансного излучения и в первую очередь (для предварительных оценок) линии 254, а еще удобнее со световой отдачей столба.
Варианты расчета ламп. Рассмотрим сначала варианты расчета ламп, у которых давление паров ртути определяется температурой трубки в области столба.
Будем для начала считать, что СН и ра.г заданы, скажем, аргон при рлг=267-=-400 Па (2—4 мм рт. ст.). В дальнейшем рассмотрим этот вопрос специально. Эти три уравнения связывают между собой пять величин: Е, цуст, Л d и /2тр. Значения аст, kn и t0 считаем известными и постоянными. Поскольку вид. функций е, fr, и <72тр известен, эти уравнения дают возможность однозначно определить все пять величин, если заданы две из них.
Поясним на нескольких примерах использование этих соотношений.
Зависимость световой отдачи от силы тока. При изменении силы тока и самоустанавливающейся температуре г2тр световая отдача лампы проходит через максимум, положение которого приблизительно соответствует ?2ТР= =40 °С (<7опт). Значение тока, соответствующее максимуму цУл, определяется в выражения .
Из формулы в полном соответствии с опытом следует, что чем меньше диаметр трубки, тем при меньших силах тока наступает максимум.
Выбор d2rP и I по заданной Рл при условии получения наибольшей световой отдачи. Задача имеет ряд решений, связанных с неопределенностью электрического и теплового режимов.
Для получения наибольшей световой отдачи лампы с заданным люминофором необходимо обеспечить минимальную температуру трубки 38—45 "С, соответствующую ? оптимальному давлению паров ртути, и по возможности уменьшить околоэлектродные потери (считаем, что параметры слоя люминофора остаются постоянными).
При одинаковой мощности и прочих условиях узкие длинные лампы, работающие при высоких напряжениях и малых силах тока, имеют более высокую световую отдачу, так как с уменьшением силы тока повышается выход резонансного излучения, а с увеличением длины лампы и напряжения на ней уменьшаются относительная величина околоэлектродных потерь мощности и светового потока у концов лампы. Однако поскольку с увеличением длины лампы и ростом напряжения на ней световая отдача лампы асимптотически приближается к световой отдаче столба, увеличение длины и напряжения выше некоторого определенного предела оказывается неэффективным с точки зрения повышения световой отдачи и связано с целым рядом неудобств. С ростом длины увеличивается напряжение зажигания, усложняется производство, транспортировка и монтаж ламп. Поэтому наибольшая длина применяемых в настоящее время на практике люминесцентных ламп с самокалящимися и подогревными катодами не превышает 1,5 м (ранее применялись люминесцентные лампы длиной до 2,4 м).
Расчет отдельных вариантов ламп заданной мощности проще всего производить, задаваясь предварительно напряжением на лампе. Напряжение на лампе определяется из условия.
В качестве U обычно задают стандартные напряжения сети 127, 220 и 380 В. Значения т6 лежат в пределах 0,45^т6^0,65. Верхний предел определяют, исходя нз условия работы без пауз тока и допустимого уровня нестабильности, а нижний — исходя из экономических соображений.
При отдельных расчетах значение Лтр легко может быть определено графически. Для этого надо построить правую и левую части уравнения в зависимости от диаметра; точка пересечения даст значение диаметра. Например, результат такого построения для лампы с рм=267 Па (2 мм рт. ст.) при /=0,43 А, /гл=0,9, аст=0,8, гопт=40°С и го=20°С дает Й2опт=36,5 мм. Если лампы предполагается изготовлять из трубок стандартных диаметров (19, 26, 38, 54 мм), то после предварительного определения d"zrp выбираем ближайший стандартный диаметр. Дальнейший ход расчетов зависит от того, какие из параметров лампы будут приняты фиксированными, а какие могут варьироваться. Для стандартных ламп массового" применения приходится фиксировать длины ламп / (см. рис. 10.1), поскольку под них установлены сотни миллионов светильников и ежегодно продолжают выпускать десятки миллионов светильников и сотни миллионов ламп. Поэтому стандартизация длин необходима для взаимозаменяемости ламп. При фиксированных /i целесообразно прежде всего предварительно определить /эл и выбрать ближайшую фиксированную стандартную длину. Расстояние между электродами определяем по формуле
"ЭЛ=(ГЛ—U*.K)/E(d, /).
Для предварительных расчетов находим значение Е, соответствующее ближайшему стандартному диаметру и расчетному току. Значения ГЛ.к=16-=-18В . Величина U связана с /эл выражением (см. рис. 10.1) Л=/Эд4--|-2/гц-]-2/гиож. При расчетах стандартных люминесцентных ламп можно принимать /гц=1,4 см, /гЕож=3,5 см; таким образом, Zi=/3jr-10 см. В нашем примере получаем 4л=(ЮЗ—16)/0,76=114,5 см. Выбираем ближайшую стандартную длину U= = 120 см и находим /эл=120—10=110 см. Уменьшение /эл со 114,5 до ПО см при неизменных d2, Л СН и рдг повлечет за собой уменьшение 1/л и Рл; ?"л=?/эл+с/а.к=0,76-110+16=100 В и Рл=0,9-100-0,43=38,7 Вт. Если такие изменения недопустимы, то в зависимости от того, какой параметр будет фиксирован, следует изменить остальные. Так, если фиксировано 1/л, то необходимо увеличить Е в отношении /ц,,5Лю = 114,5/110sd,04, что может быть достигнуто при заданных й2тр и СН либо путем уменьшения силы тока, либо увеличения /7Аг. Для увеличения Е до 0,76-1,04«*0,79 В/см за счет уменьшения тока ток должен быть уменьшен до 0,31 А, что повлечет снижение мощности до Рл=0,9-103-0,31=29 Вт. Как видим, этот путь приводит к очень значительным изменениям тока и мощности и поэтому неприемлем. Увеличение Е до 0,79 В/см за счет давления Аг может быть достигнуто при его повышении примерно до 400 Па (3 мм рт. ст.).
Следует заметить, что расчеты параметров стандартных ламп с аргоновым наполнением сегодня представляют, скорее, учебный интерес, поскольку практически все параметры этих ламп уже обстоятельно изучены, выбраны и стандартизованы. Гораздо более важны задачи расчета влияния относительно небольших изменений одних параметров на другие, а также расчеты новых типов ламп. Как подчеркивалось, подобные задачи удобно решать методом поправок, в частности рассмотренную выше подгонку U„ при уменьшении длины.
Влияние ограниченных изменений параметров на характеристики люминесцентных ламп («метод поправок»). Выразив градиент потенциала, мощность, излучение в виде степенных функций условий разряда.
Рассмотрение всего многообразия возможных многовариантных задач, связанных с оптимизацией люминесцентных ламп и ПРА, выходит за рамки данной статьи. В настоящее время разработаны программы расчета и САПР люминесцентных ламп.

Компактные, энергосберегающие люминесцентные лампы. Устройство и принцип действия люминесцентных ламп

Отзывы и комментарии