автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.07, диссертация на тему:Исследование и разработка индукционных люминесцентных источников света на частотах 100-15000 кГц

ПОПОВ Олег Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНДУКЦИОННЫХ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА НА ЧАСТОТАХ 100-15 ООО кГц

Специальность: 05.09.07— Светотехника 05.27.02 Вакуумная и плазменная электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

|1 2-Я НВ-2012

МОСКВА-2011 г.

005007456

Работа выполнена на кафедре Светотехники Московского энергетического и

(технического университета)

Официальные оппоненты Доктор физико-математических наук, профе<

Василяк Леонид Михайлович

Доктор физико-математических наук Кралькина Елена Александровна

Доктор физико-математических наук, профес Степанов Владимир Анатольевич

Ведущая организация

Рязанский государственный радиотехничесю

университет

Защита состоится « 20 » января 2012 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.157.12 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 13 ауд. Е-603.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Москс энергетического института (Технического университета).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направля-адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет МЭИ.

Автореферат разослан «3 '1» Ск~1сЯ 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 212.157.12, к.т.н., доцент

Ремизевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ: Актуальность работы

Люминесцентные лампы (ЛЛ) с внутренними электродами являются одним из шых эффективных и широко применяемых источников света. Трубчатые прямые Л, работающие на переменном токе частотой от 50 Гц до 20 кГц и на мощностях г 13 до 80 Вт. имеют хорошие цветовые характеристики (цветовая температура Тц 3000 - 6000 К, общий индекс цветопередачи = 70 - 90), быстрое разгорание (< 1 ин), мгновенное перезажигание и высокие световые отдачи до 100 лм/Вт. Однако, эк ЛЛ ограничен «сверху» (I < 1 А), а давление инертного (буферного) газа :низу» (р„.г, > 1 мм рт.ст.) интенсивным и быстрым разрушением оксидного слоя, анесенного на внутренние электроды ЛЛ, приводящим к выходу лампы из строя. С начала 80-х годов прощлого века ведется разработка безэлектродных поразрядных люминесцентных источников света, использующих для генерации иьтрафиолетового излучения плазму индукционного разряда, возбуждаемую в элбе внешним высокочастотным (ВЧ) индуктором. Индукционные лампы имеют ростую конструкцию, хорошие световые и эксплуатационные характеристики и араметры, не уступающие таковым ЛЛ с внутренними электродами. А ресурс ндукционных ламп 60000-100000 ч значительно превышает срок службы эадиционных ЛЛ. Безэлектродные люминесцентные индукционные лампы лишены ;х ограничений на конструкцию вакуумного блока и на давление инертного газа, эторые имеют ЛЛ с внутренними электродами. Они могут иметь практически юбую конфигурацию, определяемую конструкцией и размерами ВЧ индуктора и поразрядной колбы, и способны работать в широком диапазоне мощностей 15-500 т при весьма низких давлениях инертного газа 0,01-0,1 мм рт.ст. Это открывает эзможности для создания новых типов индукционных люминесцентных ламп и яучшения характеристик и параметров существующих: снижением мощности отерь в ВЧ индукторе и повышением световой отдачи плазмы. Важную роль в овышении конкурентоспособности индукционных ламп играет возможность

г

снижения их себестоимости, веса, габаритов, а также простота конструкции лам и дешевизна технологического процесса их изготовления.

Существенным прогрессом в технологии индукционных ламп стало бы снижен частоты питающего их напряжения, что привело бы не только к ослаблен) психологического барьера, связанного с эксплуатацией ламп, питающихся генератора ВЧ мощности, но и к ряду технических преимуществ, повышают энергетическую эффективность всего источника света, упрощающих конструкт лампы и снижающих себестоимость источника света и стоимость его техническс обслуживания. С уменьшением частоты генератора возрастает его к.п.д. снижается уровень создаваемых ВЧ индуктором и плазмой электромагнита: помех, что устраняет необходимость экранировки лампы и упрощает конструкцию. Наконец, работающий на низких частотах 100-400 кГц электронн: пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) можно размещать на значительном от лам] расстоянии (до нескольких метров), что упрощает обслуживание источника свет< значительно растирает сферу его применения.

В связи с вышеизложенным представляется актуальным:

1. Проведение экспериментальных и теоретических исследований индукциони - разрядов низкого давления в смеси паров ртути и инертного газа в широк

диапазоне частот ВЧ поля, мощности лампы, давления инертного га параметров ВЧ индуктора, размеров вакуумного блока.

2. Создание новых типов эффективных безэлектродных индукционн: люминесцентных: источников света, как с магнитным усилением, так бесферритных, работающих на относительно низких частотах ВЧ поля 100-10 кГц и низких давлениях инертного газа ри г. < 0,5 мм рт.ст.

3. Усовершенствование конструкций и характеристик существующих тип индукционных люминесцентных ламп, работающих на низких частотах.

Результаты работы могут быть использованы в качестве базы данных д исследователей индукционных разрядов низкого давления, для разработчик источников УФ излучения, стандартов оптического излучения, источников плазм

меняемых в плазменной технологии, источников ионов и других шологических применений плазмы низкого давления. :новные цели работы

Создание нового направления в газоразрядных индукционных люминесцентных гочниках света: индукционные люминесцентные лампы на низких частотах збуждения Г = 100-400 кГц, высоких удельных мощностях плазмы Р] > 1 Вт/см и зких давлениях инертного газа ри г. < 0,5 мм рт.ст. Систематическое исследование электрических, энергетических и световых рактеристик индукционных люминесцентных ламп различных типов в широком апазоне мощности, частоты ВЧ поля, параметров ВЧ индуктора, размеров зрядной колбы/трубки и давления рабочей смеси. Создание комплексной модели индукционной люминесцентной лампы низкого вления на частотах возбуждения разряда (ВЧ поля) f = 0,1-15 мГц, включающей ансформаторную модель индукционного разряда, электродинамическую модель аукционной плазмы, уравнений мощности потерь в компонентах ВЧ индуктора и лирические соотношения, связывающие световые характеристики лампы с нструктивными параметрами разрядной колбы и условиями питания разряда.

Создание новых типов эффективных бесферритных индукционных эминесцентных ламп в замкнутых и незамкнутых разрядных трубках, в которых ;азма индукционного разряда возбуждается ВЧ током индуктивной катушки, змещенной по периметру трубки.

Создание индукционных люминесцентных ламп с полостью, работающих на носительно низких частотах 100-150 кГц на уровнях мощности от 25 до 500 Вт. Модификация ламп трансформаторного типа на Г = 100 кГц и Р = 80-200 Вт. сновные положения, выносимые на защиту, и научная новизна работы В диссертационной работе впервые получены следующие результаты:

На основе трансформаторной модели индукционного разряда, ;ектродинамических моделей ВЧ индукционного разряда низкого давления, >авнений мощности потерь в ВЧ индукторе и эмпирических соотношений для

напряженности ВЧ электрического поля и световой отдачи плазмы диссертанте предложена комплексная модель индукционной люминесцентной ламш связывающая электрические, энергетические и световые характеристки лампы конструктивными параметрами вакуумного блока, ВЧ индуктора и плазм индукционного разряда. Получены аналитические выражения, связывакявд параметры плазмы индукционного разряда и мощность потерь в ВЧ индукторе конструктивными параметрами лампы и условиями ее питания.

2. Созданы математические модели расчета плазмы индукционных разряде низкого давления в разрядных бесферритных замкнутых и незамкнутых трубка: возбуждаемых индуктивной катушкой с витками, расположенными паралелльн оси разрядной трубки. На основе этих моделей проведены расчет пространственного распределения напряженности ВЧ индукционног электрического поля, плотности разрядного тока и объемной плотности мощност плазмы индукционного разряда.

3. Экспериментальными исследованиями зажигания емкостного и индукционнот разрядов, возбужденных током ВЧ индуктора на частотах 100-15000 кГц в смес паров ртути и инертного газа низкого давления, установлено, что зажигани индукционного разряда предшествует зажигание емкостного разряда. Обнаружен' что на частотах ВЧ поля 100-1000 кГц напряженность ВЧ электрического под зажигания индукционного разряда и ВЧ напряжение на индуктивной катушке I зависят от частоты поля, а ВЧ ток катушки и мощность зажигания индукционно! разряда уменьшаются с частотой ВЧ поля. Результаты эксперимента находятся хорошем согласии с результатами расчета, проведенного в рамках комплекснс модели индукционной лампы.

4. Экспериментальные исследования индукционных ламп с полостью и л ал-трансформаторного типа с кольцевыми магнитопроводами, работающих установившемся режиме, показали, что характер зависимости мощности потерь ВЧ индукторе Рс от мощности лампы определяется отношением частот о/у величиной добротности плазменного витка/шнура (Зг. На низких частотах ВЧ по;

'V «1 и низкой добротности плазменного витка СЬ « 1, увеличение мощности шмы РР1 и частоты ВЧ поля Г ведет к снижению мощности потерь в ВЧ индукторе В индукционных лампах, где 1, повышение Рр1 и £ ведет к росту Рс. Экспериментально обнаружено, что на частотах ВЧ поля со<у световая отдача шмы Г|Р1 = Ф/Рр1 (Ф - световой поток лампы) не зависит от частоты ВЧ поля, но леныпается с мощностью плазмы со скоростью, практически не зависящей от эщности плазмы, но возрастающей с давлением инертного газа и уменьшающейся размером разрядного промежутка. К.п.д. ВЧ индуктора т|с возрастает с ¡сличением мощности лампы, асимптотически приближаясь к 1. Экспериментально установлено, что на частотах ВЧ поля { = 100-10 ООО кГц ¡етовая отдача лампы Т1„ есть произведение световой отдачи плазмы Г1р1 на к.п.д. Ч индуктора т|„ а ее зависимость от мощности лампы имеет максимум, (вигающийся в сторону меныцих мощностей лампы с увеличением частоты ВЧ зля, давления инертного газа, площади сечения сердечника/магнитопровода, 1аметра разрядной трубки/колбы и с уменьшением длины плазменного ггкаЛцнура. Зависимость световой отдачи лампы от давления инертного газа 5наруживает максимум, сдвигающийся в область меньших давлений с ¡сличением мощности лампы и размеров разрядной колбы/трубки. Предложены, сконструированы и экспериментально апробированы два новых ша бесферритных индукционных люминесцентных ламп в замкнутых и ¡замкнутых разрядных трубках, возбуждаемых ВЧ током индуктивной катушки, сватывающей лампу по ее продольному периметру. Лампы работают на частотах Ю-15 ООО кГц и мощностях 100-500 Вт со световыми отдачами 80-90 лм/Вт.

Предложены, сконструированы и исследованы мощные 300-450 Вт здукционные люминесцентные лампы с двумя полостями и ВЧ индукторами, шметрично размещенными на оси цилиндрической разрядной колбы. Лампы 1ботают на частоте 130-400 кГц со световыми отдачами свыше 90 лм/Вт.

Предложены, сконструированы и экспериментально исследованы новые эдификации ламп трансформаторного типа: а) с одной индуктивной катушкой,

охватывающей кольцевые магнитопроводы и б) с разрядной трубко эллиптического сечениия. Лампы работали на частотах 100-150 кГц и мощностя 60-200 Вт со световой отдачей превышающей 90 лм/Вт.

10. На основе результатов исследований, проведенных диссертантом, и: предложены, сконструированы и разработаны:

- эффективные (т^ > 90 лм/Вт) индукционные люминесцентные лампы с полостью ферромагнитным сердечником, работающие на частоте 135 кГц и уровня мощности от 40 до 250 Вт;

- компактная индукционная люминесцентная лампа со встроенным в цоколе ламп: ЭПРА, работающая на частотах 130-200 кГц и мощностях 20-25 Вт со светово отдачей 65-70 лм/Вт.

И. Результатом исследований свойств и характеристик индукционны люминесцентных ламп низкого давления, проведенных в диссертации в широко диапазоне частот ВЧ шля и мощности лампы, конструкций ВЧ индукторов конструктивных параметров разрядных колб и трубок стало создание ново1 направления в области индукционных люминесцентных источников свет; низкочастотные 100-400 кГц индукционные люминесцентные лампы с низки давлением инертного газа 0,01- 0,5 мм рпист. работающие на высока удельных мощностях плазмы 1,5-15 Вт/см со световой отдачей 80-100 лм/Вт. Практическая значимость работы

1. Полученные в работе аналитические выражения могут быть использованы дг создания эффективных инженерных методов расчета характеристик конструктивных параметров безэлектродных газоразрядных источников излучения.

2. Рассчитанные для частот ВЧ поля 100-400 кГц характеристики и параметр плазмы индукционного разряда низкого давления позволяют оценить, насколы оптимально выбраны конструктивные параметры и условия питания индукционнь люминесцентных ламп, и наметить пути их улучшения.

3. Разработаны, исследованы и доведены до опытного образца индукционнь люминесцентные лампы с полостью, работающие на частоте 135 кГц со световс

отдачей 94-95 лм/Вт. На их основе фирмой Matsushita (Panasonic) выполнены инженерные разработки и налажен промышленный выпуск индукционных источников света различной мощности: Everlight 50, Everlight 150 и Everlight 240.

4. Разработана, исследована и доведена до опытного образца компактная индукционная люминесцентная лампа мощностью 23 Вт, работающая на частоте 100 кГц со световой отдачей 65 лм/Вт. На ее основе фирмой Matsushita (Panasonic) разработаны два компактных люминесцентных источника света марки Pa-look Ball со сроком службы 30 тыс. часов, работающих на частоте 480 кГц: а) 12 Вт (световой поток 800 лм); Ь) 20 Вт (световой поток 1300 лм).

5. Впервые предложены и экспериментально апробированы бесферритные индукционные люминесцентные лампы с прямой и замкнутой (кольцевой) трубкой, возбужденные ВЧ током индуктивной катушки с продольным расположением витков. Лампы работают на частотах 0,3 - 14 МГц и мощности 100200 Вт со световой отдачей 83-85 лм/Вт. Они отличаются простотой конструкции и представляют практический интерес для ламп общего освещения и для источников УФ излучения.

6. Разработаны методы контроля температуры ртутной амальгамы, обеспечивающие в заданном интервале температур окружающей среды максимальный световой поток лампы. Предложены метод и конструкция

стройства, поддерживающие температуру индуктивной катушки и ферромагнитного сердечника ниже критической.

7. Диссертантом получены 19 патентов США на конструкции и материалы ндукционных люминесцентных ламп и методы контроля их параметров.

8. Результаты исследований включены в программы курсов «Источники оптического излучения», «Тенденции развития источников света и ПРА» и «Расчет и конструирование источников света» и легли в основу учебного пособия «Индукционные источники света» для бакалавров и магистров светотехнической специальности (Изд. дом МЭИ, 2010, 64 е.).

Достоверность полученных результатов

1. Измерения проводились на большом количестве экспериментальных образцов при широком варьировании конструктивных параметров вакуумных блоков и ВЧ индукторов с применением современного высокоточного измерительного оборудования.

2. По результатам исследований предложены, сконструированы и разработаны опытные образцы индукционных люминесцентных ламп, которые легли в основу промышленных изделий, светотехнические и эксплутационные параметры которых соответствуют таковым, полученным диссертантом в ходе исследований.

3. Результаты расчетов электрических и энергетических характеристик индукционных разрядов, проведенных диссертантом в рамках развитой им модели, находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

Апробация работы и публикации

Список работ, в которых нашли свое отражение основные результаты диссертации, содержит 45 публикаций, в том числе одна монография, 20 статей в ведущих научно-технических журналах из списка ВАК и 19 патентов США. Материалы диссертации докладывались на отечественных и зарубежных конференциях и симпозиумах (International Symposium on Science and Technology of Light Sources, International Conference on Phenomena in Ionized Gases, Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов и др.) Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения. Общий объем диссертации (без Приложения) - 412 страниц машинописного текста, включающего 236 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 247 наименований. В конце диссертации даны Приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертации обосновывается актуальность темы исследования, ставится её цель, формулируются основные результаты и положения, выносимые на защиту.

В первой главе проводится анализ работ, посвященных исследованиям индукционных разрядов и дается краткая история развития индукционных люминесцентных источников света. Отмечаются работы Томсона, заложившего в 20-х годах XX века основы теории электромагнитного возбуждения разряда в газах и предложившего аналитические выражения, описывающие зажигание индукционного разряда, а также работы Таунсенда и Дональдсона, указавших на важную роль «электростатических» сил в зажигании и поддержании разрядов в газах. Обсуждаются работы Эккерта, создавшего в конце 60-х годов прошлого века на относительно низких частотах f = 800-10 000 Гц индукционный источник плазмы низкого давления в парах ртути в замкнутых разрядных трубках с железным кольцевым магнитопроводом. Подробно обсуждаются работы сотрудника фирмы General Electric Джона Андерсона, предложившего в конце 60-х годов три основных типа индукционных ламп: лампу трансформаторного типа, лампу с полостью и компактную люминесцентную лампу с кольцевым магнитопроводом и с инегрированным в базе лампы электронным пуско-регулирующим аппаратом (ЭПРА). Обуждаются работы советских специалистов A.M. Троицкого и Д.Д. Юшкова, разработавших в начале 80-х годов XX века компактную индукционную люминесцентную лампу в сферической колбе Db = 8,5 и 10 см) с «внутренней» цилиндрической полостью диаметром 2,6 см. Лампы работали на частоте 5 МГц и мощности 25 Вт. В конце первой главы приведены особенности конструкций и параметры современных индукционных люминесцентных ламп, как с внутренней полостью, работающих с магнитным усилением на частоте 2,65 МГц (QL, Philips; Genura, General Electric), так и лампы трансформаторного типа, работающие на частоте 250 кГц (Endura/Icetron, OSRAM).

Обсуждаются возможности усовершенствования существующих индукционных ламп и формулируются научно-технические задачи диссертационной работы. Вторая глава диссертации посвящена теоретическим исследованиям свойств и характеристик индукционных разрядов низкого давления, используемых в ВЧ безэлектродных источниках света. Изложен принцип работы и особенности конструкций индукционных ламп, исследованных в диссертации, в т.ч. впервые предложеных диссертантом: а) замкнутая трубка с индуктивной катушкой, расположенной по внешнему (или «внутреннему») периметру лампы и незамкнутая разрядная трубка с индуктивной катушкой, охватывающей трубку по ее продольному периметру. Исследования проводились на частотах Г > 100 кГц, на которых параметры плазмы не меняются в течение периода колебаний ВЧ поля. Анализировались возбуждаемые ВЧ индуктором в разрядной колбе два типа электрических ВЧ полей: потенциальное («емкостное») и вихревое (индукционное). Показано, что отношение напряженности емкостного ВЧ поля Ег к напряженности индукционного поля Ев вблизи индуктивной катушки ВЧ индуктора равно отношению периметра катушки к ее шагу и более чем в три раза превышает его. Проведенные в диссертации исследования зажигания ламп разных типов обнаружили, что в диапазоне частот ВЧ поля от 100 кГц до 15 МГц при подаче ВЧ напряжения на катушку ВЧ индуктора в колбе/трубке вначале зажигается емкостной разряд, который переходит в индукционный лишь после увеличения ВЧ напряжения на индуктивной катушке.

Во второй главе диссертации показано, что в диапазоне частот 100-15 000 кГц световая отдача лампы т)у = Ф/Р может быть представлена произведением световой отдачи плазмы т]р) = Ф/РР] на энергетическую эффективность (к.п.Д.) ВЧ индуктора г1с = (Р-Рс)/Р = Рр1/Р:

*ь=адР1 (1)

Здесь Р, РР] и Рс, соответственно, мощность ламы, мощность плазменного витка и мощность потерь в ВЧ индукторе. Это позволило «разделить» исследование

световой отдачи лампы на исследование к.п.д. ВЧ индуктора (мощности потерь в ВЧ индукторе) и на исследование световой отдачи плазмы индукционного разряда.

Применение трансформаторного метода к индукционным разрядам, возбуждаемым ВЧ индуктором с магнитным усилением, позволило получить аналитические выражения, связывающие параметры трех основных узлов индукционной лампы: разрядной колбы, ВЧ индуктора и плазмы индукционного разряда. В частности, получено выражение для тока катушки ВЧ индуктора 1с, связывающее его с частотой ВЧ поля ю = 2nf, взаимной индуктивностью плазмы и ВЧ индуктора М = k(LcL2)1/2, длиной плазменного витка/шнура Api и с параметрами плазмы Еа и Q2:

Ic=AplEa[l+Q22]1/2/oM (2)

Здесь Q2 = <dL2/Rpi - добротность плазменного витка, рассчитываемая в рамках модели по экспериментально определяемым параметрам ВЧ индуктора; Rpi -активное сопротивление плазменного витка/шнура; Ea=Epl[l+(cü/v)2]"1/2 - активная составляющая напряженности ВЧ поля в плазме индукционного разряда Epi; v -частота упругих соударений электронов с атомами ртути и инертного газа; L2-геометрическая индуктивность плазменного витка; Lc - индуктивность ВЧ индуктора. Включение в трансформаторную модель индукционного разряда характеристик ВЧ индуктора (потерь мощности в проводе катушки Pco¡i и сердечнике Pfer, к.п.д. ВЧ индуктора т|с) позволило рассчитать коэффициент связи плазмы с ВЧ индуктором к:

к = [(1+Q22)(P-PC)/PcQCQ2]1/2 (3)

где добротность ВЧ индуктора Qc = a>Lc/R^, R^ - активное эквивалентное сопротивление ВЧ индуктора. Рассчитанный по (3) коэффициент связи к не обнаруживает зависимости от частоты ВЧ поля, но незначительно возрастает с мощностью плазмы и находится в хорошем согласии с рассчитанным как

k = SC0ii/Spi (4)

где Scon и Spi- площади сечений индуктивной катушки и плазмы, соответственно.

Во второй главе в приближении бесконечной цилиндрической плазмы (11«Ь) и бесселевского распределения плотности плазмы по сечению трубки разработаны две электродинамические модели индукционного разряда. Одна — для индукционной плазмы в замкнутой бесферритной разрядной трубке, возбужденной ВЧ током катушки с проводами, расположенными на поверхности трубки вдоль ее оси. Рассчитанное в рамках модели относительное радиальное распределение напряженности ВЧ поля для частоты Г = 1,65 МГц дано на рис. 1.

Е(г)/Е(0)

о.

(

0.

0.551-1-1---1-]--1-1-1-

0 0.1 0.2 0.3 0.« 0.5 0.6 0.7 0,8 0.9 1

Г/2Я

Рис. 1. Относительное распределение Е в радиальном и азимутальном направлениях, а -азимутальный угол, отсчитываемый от места приложения провода катушки. Г = 1,65 МГц; рНи = 7х10"3 мм рт.; рАг = 0,3 мм рт.ст. Плотность плазмы на оси трубки пе(0) = 0,3х1012 см"3

Для индукционного разряда низкого давления, возбуждаемого в бесферритной незамкнутой трубке ВЧ током катушки, охватывающей трубку в продольном направлении, был применен метод двухпроводной линии. Напряженность ВЧ поля в плазме спадает от максимума у стенок трубки в месте расположения витков катушки, к центру трубки (х = 0), где ЕР1|х=о=0. В результате, плотность тока 1Р| и объемная плотность мощности плазмы \¥р! также равны нулю в плоскости х=0, а их максимальные значения сдвинуты к стенкам трубки к местам, где расположены провода катушки (рис. 2). По расположению максимумов плотности тока 5(г) нами определялся «путь» разрядного тока и соответственно, длина плазменного витка Арь необходимая для расчетов параметров плазмы и мощности потерь в ВЧ индукторе.

НеяйЬ/е ЬеаЬпд, Ьгпегюхаде [<Ы{т ^

Рис. 2. Распределение Wp| по сечению разрядной трубки. Б, = 50 мм, давление аргона 0,1 мм рт.ст., частота ВЧ поля {= 1 МГц, плотность плазмы на оси трубки пе(0) = 5х10п см3

В третьей главе диссертации анализируются основные узлы и компоненты индукционных ламп, их функции и критерии выбора материалов, размеров и температурного режима. Большое внимание уделено индуктивным катушкам и ферромагнитным сердечникам; их конструкциям и материалам. Получены уравнения, связывающие мощность потерь в проводе катушки и сердечнике с параметрами ВЧ индуктора и индукционной плазмы. Впервые в технологии индукционных ламп применен многожильный провод (литцендрат), имеющий на частотах 50-500 кГц низкое удельное сопротивление р№ = (2-5)х10"4 Ом/см, что

позволило сконструировать индуктивные катушки с высокой добротностью С>соц > 200 и, соответственно, разработать ВЧ индукторы с высоким к.п.д. В диссертации I приведены результаты экспериментальных исследований к.п.д ВЧ индукторов т|с и световых отдач плазмы Т1Р1 индукционных ламп различных типов и их зависимостей от мощности лампы, частоты ВЧ поля и давления инертного газа. Было обнаружено, что при малых добротностях плазменного витка/шнура СЬ < 0,3 (низкие частоты ВЧ поля, малые плотности плазмы) увеличение мощности плазмы

Ppi и частоты ВЧ поля f сопровождается уменьшением тока индуктивной катушки 1с и связанных с ним мощностей потерь в компонентах ВЧ индуктора Рс и Pf„. На высоких добротностях плазмы СЬ > 1 (высокие частоты и/или высокие плотности плазмы) увеличение РР| и f ведет к росту напряженности ВЧ поля Efi, тока катушки 1С и к увеличению мощности потерь в ВЧ индукторе.

Совместное рассмотрение трансформаторной модели индукционного разряда и уравнений для мощности потерь в компонентах ВЧ индуктора позволило получить соотношения, связывающие мощность потерь в проводе катушки индуктора Pcoil и удельную мощность потерь в ферромагнитном сердечнике/магнитопроводе pfer с параметрами плазмы индукционного разряда:

Pcoii = (Ёа APi)2pw£tt-(l+ СЬ2)/(соМ)2 (5)

Pfer = a(22,5)df "d(£piApi)d/k°'5<1Sfer<1 (6)

Здесь pw(co) - сопротивление провода на 1 см его длины, зависящее от частоты ВЧ поля, £w - длина провода катушки, Sfer - сечение сердечника/магнитопровода; а -коэффициент, cud— показатели степени, определяемые типом ферромагнетика и диапазоном частот ВЧ поля.

Значения напряженностей ВЧ полей Еа, рассчитанные в рамках разработанной модели для индукционных ламп различных типов, оказались весьма близкими к экспериментальным значениям напряженностей электрических полей в плазме люминесцентных ламп с внутренними электродами в трубках такого же диаметра Dt, давления рабочей смеси и разрядного тока 1Р|.

Экспериментальные зависимости Еа от 1р! и Dt, измеренные в люминесцентных лампах с внутренними электродами при давлениях pHg = 7x10'3 мм рт.ст., рАг = 0,1-5 мм рт.ст., разрядных токах 1р[ = 0,2 - 10 А и диаметрах трубки Dt = 2 - 10 см, хорошо аппроксимируются выражением:

Еа = 0,9/Tpi°'2Rt°'5 = 1,27ЛР1°'2Д0'5 (7)

Экспериментальные исследования световой отдачи плазмы индукционных люминесцентных ламп ify не обнаружили ее зависимости от частоты ВЧ поля f. Установлено, что в исследованномв диссертации интервале мощностей плазмы Ppt =

10 - 500 Вт световая отдача плазмы монотонно уменьшается с ростом Рр1. Зависимость т)Р1 от РР] хорошо аппроксимируется прямой

ЛР1 =т1о-ВРР1 (В)

где т|о - «начальная» световая отдача плазмы (Р0 = 10 Вт), а В - скорость уменьшения г|Р1 с мощностью плазмы Рр]. При оптимальном давлении паров ртути (6-8)х10"3 мм рт.ст. «начальная» световая отдача плазмы Т10 незначительно возрастает с давлением инертного газа, длиной плазменного витка/шнура АР1 и характерным размером разрядного промежутка Дщ-. Скорость уменьшения Т1р1 практически не меняется с Ррь но возрастает с давлением инертного газа и уменьшается с размером разрядного промежутка как В = С(рш г1Кхх )1Д (рис. 3). Здесь С - формфактор, зависящий от геометрии разрядного промежутка.

Pn.r/Adif, мм рт.ст./см

Рис. 3. Зависимость скорости уменьшения Светловой отдачи плазмы В от р,.г./Лда. Лампы с полостью: Л - Db = 60 мм; о - Db = 105 мм; 0 - Db = 160 мм; d - Db = 180 мм. Лампы трансформаторного типа: A-D, = 35 мм; •-Dt=38 мм; ■-Dt= 100 мм.

В диссертационной работе установлено, что экспериментальная зависимость т|Р1 от РР1 хорошо коррелируют с рассчитанной в рамках трансформаторной модели зависимостью 1р1 от Рр!

1р1 = Рр1(1+д22)1/2Яса)М

(9)

а скорость уменьшения световой отдачи с мощностью плазмы В обратно пропорциональна напряженности ВЧ электрического плазмы ЕР1 =(АР11Р1/РР^"1

17

В диссертации экспериментально обнаружено, что зависимость световой отдачи плазмы г)Р1 от давления инертного газа имеет максимум, который с увеличением мощности плазмы сдвигается в сторону меньших давлений. Поскольку увеличение мощности плазмы ведет к увеличению к.п.д. ВЧ индуктора т]с и к уменьшению световой отдачи плазмы Т1р1, то зависимость световой отдачи лампы т|„ от лампы Р имеет максимум. Его расположение с уменьшением Рс и увеличением давления инертного газа ри.г сдвигается в сторону меньших значений мощности лампы Р.

В третьей главе приведены результаты исследования влияния емкостной связи индуктивной катушки с индукционной плазмой на энергетическую и световую эффективность лампы. Предложены и экспериментально апробированы три конструктивных способа, устраняющие (или существенно снижающие) негативные эффекты этой связи (формирование слоев пространственного заряда, в которых ускоряются ионы плазмы, бомбардирующие поверхность трубки/полости): а) электростатический экран с щелями, б) разделение областей зажигания емкостного и индукционного разрядов; в) бифилярная катушка.

В диссертации разработаны методы регулирования и контроля температуры амальгамы, расположенной в штенгеле, обеспечивающие в заданном интервале температур окружающей среды максимальный световой поток лампы. Разработана и апробирована конструкция вспомогательной амальгамы, значительно сокращающей время разгорания индукционной лампы. Для обеспечения стабильной работы лампы разработан и апробирован метод и конструкция устройства, поддерживающие температуру ВЧ индуктора ниже критической. (Подробное описание дано в соответствующих Приложениях).

В конце третьей главы приводятся схемы питания индукционных ламп и схемы измерения их электрических, энергетических, световых и температурных характеристкх. Обсуждаются различия в измерительном оборудовании и методиках измерений в килогерцовом и мегагерцовом диапазоне частот ВЧ поля.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований электрических, энергетических и световых характеристик ламп с

полостью, работающих на частотах 2-15 МГц и мощностях 40-70 Вт с индуктивной катушкой без магнитного усиления. Экспериментально показано, что добротность плазменного витка = соСЦ/Нр! +1/у) растет с мощностью плазмы Рр! и с частотой ВЧ поля, что приводит к возрастанию мощности потерь в проводе катушки Рсц. Результаты расчета Рсыь проведенного для индукционных ламп с колбой одинаковых размеров (Оь = 10 см, Нь = 12 см), но с полостями разного диаметра Dcam находится в хорошем согласии с результатами эксперимента.

Измерения светотехнических характеристик индукционных ламп с полостью, проведенные на разных частотах ВЧ поля, показали, что максимум в зависимости т^ от Р с увеличением £ сдвигается в сторону меньших мощностей (рис.4).

Т]у> лм/Вт

26 в ямо

Ч

ч*-N к V4, '"V

X ч

'"А

го 30 40 £0 60 70 80 90 100

Р, Вт

Рис. 4. Зависимость световой отдачи лампы т)у от мощности лампы Р. рЛг = 0,5 мм рт.ст. N = 26. о -1,4 МГц; х - 2,4 МГц; А - 5 МГц; • - 8 МГц; п -10 МГц.

Увеличение частоты ВЧ поля свыше 5 МГц практически не влияет на световую отдачу лампы, которая на мощности Р = 30-40 Вт достигает высоких значений 9597 лм/Вт. Из рис. 4 также видно, что на относительно больших мощностях лампы, где Р»Рсои, а к.п.д. ВЧ индуктора стремится к 1, световая отдача лампы Г]„ практически совпадает со световой отдачей плазмы г^ и удовлетворительно аппроксимируется прямой т^ = т]0 — ВРр1.

В четвертой главе исследуется влияние диаметра разрядной колбы, давления инертного газа и паров ртути на электрические и световые характеристики лампы в момент ее зажигания и в стационарном режиме.

В пятой главе диссертации исследуются индукционные люминесцентные лампы с колбой и «внутренней» полостью различных размеров (Е>ь=60-180 мм, 0^=20-51 мм), работающие на низких частотах f = 100-500 кГц и мощностях Р = 20-450 Вт с индуктивной катушкой и ферромагнитным сердечником. Эскиз одной из таких ламп с колбой диаметром 160 мм и полостью диаметром 25 мм, работающей на мощностях Р = 140-170 Вт, приведен на рис. 5. Исследования электрических и энергетических характеристик ламп в установившемся режиме показали, что мощность потерь в ВЧ индукторе Рс составляет 3-5 Вт на относительно малых мощностях лампы Р = 30-50 Вт и частотах поля f- 100-200 кГц.

Рис. 5. Эскиз индукционной лампы. Диаметр Db = 160 мм, высота Нь = 180 мм; диаметр полости Dcav= 25 мм, высота Нсау = 160 мм.

С увеличением мощности лампы и частоты ВЧ поля мощность потерь в ВЧ индукторе спадает до 1,0-1,5 Вт и при Р=150 Вт и f=200 кГц остается практически неизменной. На относительно высоких уровнях мощности Р > 200 Вт и частотах f > 200 кГц, где Q2 > 0,3, мощность потерь в ВЧ индукторе Рс обнаруживает

незначительный рост с увеличением мощности плазмы. Влияние частоты ВЧ поля f на световую отдачу лампы n,v проявляется лишь на малых мощностях лампы Р < 70 Вт и ВЧ частотах f < 200 кГц, где мощность потерь в ВЧ индукторе Рс > 3 Вт. На больших мощностях лампы Р > 120 Вт, где т|д > 0,95, световая отдача лампы не зависят от частоты ВЧ поля и практически равна световой отдаче плазмы т|р!, уменьшаясь с мощностью лампы Рр1 от 108-110 лм/Вт (Р = 120 Вт) до 97-100 лм/Вт CP = 150 Вт) {рис. б).

T|v, лм/Вт

IZO

us

lio

105

100

95

90

es

50 100 150 200

Р, Вт

Рис. 6. Зависимость ц, от Р. Параметры лампы: Db =160 мм, Hb = 180 мм, Dcav =25 мм; рдг = 0,1 мм рт.ст. N = 40. Т„.с.= 25°С. f = 96; 115; 125; 150; 188; 230; 300 кГц.

Измерения световых отдач ламп с полостью обнаружили, что с увеличением мощности лампы максимум в зависимости T]v от давления аргона рАг смещается в сторону меньших давлений. Установлено, что зависимость r)v от диаметра полости Dcav имеет максимум, сдвигающийся с увеличением диаметра колбы Db и уменьшением давления инертного газа в сторону больших значений Dcav. На относительно малых диаметрах колбы Db его увеличение ведет к заметному росту световой отдачи лампы и на мощности лампы 150 Вт световая отдача возрастает от 92 лм/Вт (Db = 110 мм) до 107 лм/Вт(Оь = 180 мм). Дальнейшее увеличение диаметра колбы не приводит к росту световой отдачи лампы.

N Ar 100 mtorr ;

ÍV.

-»--SS kHi —►•-115 kHl -•--125 kHl -o -150 kH¡ -+■ -10B km -*■ -230 kHl -e-300 kHl iFV

¡ \ I V,

j

На основе проведенных исследований диссертантом были разработаны опытные образцы индукционных люминесцентных ламп с полостью, работающих на частоте 135 кГц на уровнях мощности от 60 до 240 Вт со световой отдачей превышающей после 100 ч работы 90 лм/Вт. Они были положены в основу инженерной разработки и промышленного производства фирмой Мацушита (Панасоник) источников света Everlight 50, Everlight 150 и Everlight 240.

В пятой главе диссертации предложена, исследована и разработана компактная индукционная люминесцентной лампа с ЭПРА, интегрированным в базе и цоколе лампы. ВЧ разряд возбуждался в разрядной цилиндрической колбе (Db = 60-80 мм, Нь= 50-70 мм) с полостью (Dcav = 20-35 мм, Hc3V= 50-65 мм) (рис. 7).

ВЧ индуктор состоял из индуктивной катушки, полого сердечника и ферромагнитного диска (d^ =1 ми, Dd = 60 мм), расположенного у дна колбы. Диск удлинял магнитную цепь и увеличивал на частоте 150 кГц добротность ВЧ индуктора до Qc = 500. Диск «отводил» магнитное поле от цоколя лампы, где размещался ЭПРА, уменьшая магнитные наводки на компоненты ЭПРА, чувствительные к магнитному полю.

Значительное внимание уделено исследованию мощности потерь в ВЧ индукторе ламп, работающих на малой мощности Р < 25 Вт, поскольку для достижения высокого к.п.д. (т1с > 0,9) мощность потерь в ВЧ индукторе Рс не должно превышать 2 Вт. В работе проведено исследование мощности потерь в проводе катушки и ферромагнитном сердечнике и их зависимостей от материала и размеров катушки и сердечника, давления инертного газа, размеров колбы и полости. Были получены при Р = 23-25 Вт низкие значения Рс, снижающиеся с увеличением частоты ВЧ поля от 2 Вт (150 кГц) до 1 Вт (480 кГц).

Измеренные зависимости световой отдачи лампы t]v от Р, приведены на рис. 8. Видно, что начиная с частоты 480 кГц световая отдача лампы r¡v перестает зависеть от частоты ВЧ поля и практически равна световой отдаче плазмы t]pi, достигая на мощности Р = 23-24 Вт высокой для компактных ламп величины 65 лм/Вт. Это на 20% выше световой отдачи индукционной лампы Genura (48 лм/Вт), работающей на частоте 2,65 МГц.

T]v, лм/Вт 70-

65

60

55

50

Hi

Q

<5 "-с

-В--10Э KHz -»--177 KHz -о— 252 KHz ••■460 KHz -* -718 KHz ■■•-885 KHz

10

15

30

35

го 25 P, Вт

Ряс. 8. Световая отдача лампы t)v в зависимости от мощности лампы Р. рДг = 0,8 мм рт.ст.

В конце пятой главы приводятся результаты исследования возможности создания мощной Р = 400-500 Вт индукционной люминесцентной лампы с двумя полостями и двумя ВЧ индукторами, состоящими из индуктивной катушки и ферромагнитного сердечника, и работающими на одинаковой частоте ВЧ поля в

диапазоне 100 - 400 кГц. Такой источник света имеет ряд преимуществ перед индукционной лампой, работающей на той же мощности и частоте ВЧ поля, но использующей одну полость с одним ВЧ индуктором. Во-первых, снижается нагрузка мощности на каждую полость, что упрощает охлаждение ее стенок и ВЧ индуктор. Во-вторых, снижение мощностной нагрузки на полость повышает срок службы лампы. В-третьих, снижение мощности, потребляемой одним ВЧ индуктором, снижает плотность плазмы им создаваемой. В результате, повышается световая отдача плазмы и, следовательно, световая отдача лампы. На рис. 9 приведен эскиз сконструированной диссертантом индукционной лампы с разрядной колбой диаметром 18 см и длиной 30 см, с двумя симметрично расположенными на оси полостями фсау= 42 мм, Нсау= 130 мм), в каждой размещен ВЧ индуктор, состоящий из индуктивной катушки (литцендрат, 108 жил, 30 витков) и ферромагнитного сердечника Н,Ьг = 100 мм, СЮГ.Г = 28 мм). Цилиндрическая трубка, охлаждающая ВЧ индуктор и стенки полости, соединена с базой лампы, и далее, с корпусом светильника. Для устранения электромагнитных помех, создаваемых «соседским» ВЧ индуктором, полости разведены на расстояние 5 см.

30 суп

Рис. 9. Эскиз индукционной люминесцентной лампы с двумя полостями и ВЧ индукторами

Каждый ВЧ индуктор настраивался «своим» согласующим контуром, питался от

отдельного ЭПРА и имел «свою» схему измерений электрических и энергетических

характеристик. Измерения проводились в смеси паров ртути (7x10'3 мм рт.ст.) и

24

аргона (0,1 мм рт.ст.) на частотах Г = 130-400 кГц и мощности лампы Р = Р, + Р2 = 250-500 Вт. Мощность потерь в каждом ВЧ индукторе незначительно уменьшалось с мощностью лампы Р от 6 Вт (120 Вт) до 5 Вт (250 Вт) и практически не зависила от частоты ВЧ поля.

Приведенные на рис. 10 зависимости световой отдачи лампы % от мощности лампы Р, измеренные на трех частотах ВЧ поля, свидетельствуют о ее независимости от частоты ВЧ поля. Работающая на мощности 230 Вт (Р! = Р2 = 115 Вт) и частоте f = 135-375 кГц лампа с двумя полостями ВЧ индукторами имеет высокую световую отдачу 105 лм/Вт. Это на 5% выше световой отдачи индукционной лампы ЕуегН^ 240, работающей на такой же мощности и частоте ВЧ поля, но с одним ВЧ индуктором.

105

е ■ =

t? g 100

I 95

Ь О

0

1

8 90 S5

S Ar К ►O mT )ГГ

\ s. \

4 4 ► "А ч

ч ч ч \

— -»-135 kHz -►•375 kHz -»-175 kH z

( I .. 1 ....!. .

200 250 300 350 400 450 500

МОЩНОСТЬ ЛАМПЫ (Вт)

Рис. 10. Зависимость световой отдачи лампы 7}v от мощности лампы Р.

Шестая глава диссертации посвящена исследованиям электрических,

энергетических и световых характеристик ламп трансформаторного типа (JTTT) с

замкнутыми разрядными трубками, возбужденных ВЧ индуктором, состоящим из

двух кольцевых магнитопроводов, симметрично размещенных на разрядной трубке,

и охватывающей их индуктивной катушки (рис. 11). Лампы имели длину L от 300

до 500 мм, высоту Н от 100 до 200 мм и разрядную трубку диаметром Dt от 35 до

100 мм. Длина плазменного шнура, определяемая по длине осевой линии замкнутой

трубки, менялась вместе с L и Н от 600 до 1200 мм. Суммарное сечение

25

магиитопроводов варьировалось от 8,1 до 25 см2. Давление инертного газа (аргон либо криптон) в трубках менялось от 0,12 до 2 мм рт.ст.

1а,_

Рис. 11. Лампа трансформаторного типа с симметрично размещенными магнитпроводами. 1а,Ь - стенки разрядных трубок; 2а,Ь -стенки соединительных трубок; 3 - индуктивная катушка; 4- ось разряда; 5а,Ь - магнитопроводы; 6 - защитное покрытие; 7- люминофор; 8-отражающее видимый свет покрытие; 9 - амальгама (или жидкая ртуть) 10 - штенгель.

Лампы возбуждались на частотах ВЧ ноля от 100 до 400 кГц и мощностях от 30 до 500 Вт. Расчет мощности потерь в магнитопроводе Р(ег = р&гУГег, изготовленного из феррита Б-тша, проводился по формуле, получаемой из (6) и (7) с подстановкой соответствующих значений коэффициента а и показателей степени с и а?:

Р*= 918Лр12'63(О[ + Ъйг)/Г(НйгЬГет)1-631р10'53Д!'32 (10) где УГег, Нйг и - объем, высота и толщина магнитопровода; Лр] - длина плазменного шнура. На рис. 12 представлена рассчитанная по (10) мощность потерь в магнитопроводе Р&г в зависимости от площади сечения = для ламп с

ЛР1 = 60, 80 и 100 см, изготовленных из трубок диаметром 5 см. Там же приведены экспериментальные данные Рс, которые находятся в хорошем согласии с расчитанными по (10) значениями Рсег. Это свидетельствует не только о справедливости развитой в работе модели, но и о том, что мощность потерь в ВЧ индукторе Рс есть практически мощности потерь в магнитопроводе Рйг. Как следует из рис. 12 и формулы (10), Р{е; уменьшается с увеличением площади сечения 5&г как 1/(НГегЬ?еГ)0'63 и возрастает с длиной плазменного шнура как ЛР12,63. Измерения мощности потерь в ВЧ Шдукторах ламп трансформаторного типа с одинаковой длиной плазменного шнура, но с различными диаметрами трубки 1)[ = 35-100 мм

показали, что увеличение приводит к снижению РГег на всех уровнях мощности лампы Р.

Рис. 12. Зависимость Рг„ от 8Г„. О, = 5 см, рАг = 0,2 мм рт.ст. f = 135 кГц. Р = 100 Вт. Эксперимент: Лр1: о - 60 см, Л - 80 см, □ -100 см. -Расчеты по (10).

В шестой главе исследуется влияние давления инертного газа, диаметра трубки

[

и длины плазменного шнура на мощность потерь в ВЧ индукторе Рс и его к.п.д т]с, на световую отдачу плазмы % и на световую отдачу лампы трансформаторного типа г|у. На рис. 13 приведены зависимости световой отдачи лампы от ее мощности, измеренные для различных давлений криптона. Поскольку с увеличением давления криптона Рс уменьшается, а к.п.д. ВЧ индуктора возрастает, то максимум в зависимости т|у от Р смещается в сторону меньших значений Р. Из рис. 13 следует,

что зависимость световой отдачи лампы г|у от давления криптона имеет максимум,

„

который с увеличением Р сдвигается в сторону меньших значении р^.. Увеличение длины плазменного шнура Ар1 повышает световую отдачу лазмы г|р], но одновременно повышает мощность потерь в ВЧ индукторе и, следовательно, снижает его к.п.д. В результате, максимум в зависимости т]у от Р сдвигается в сторону больших мощностей лампы. Увеличение площади сечения магнитопровода 8Гег, ведущее к снижению мощности потерь в нем Р&г и увеличению к.п.д. ВЧ индуктора т|с, сдвигает максимум в зависимости от Р в сторону меньших мощностей лампы.

Tjv, лм/Вт

-♦■O.TTort -•-0.5 Torr "И ■ CM Terr ■ A-• 0.3 Torr

100

P, Вт

Рис. 13. Зависимость iiv от P в лампе с трубкой эллиптического сечения: а = 60 мм, b = 30 мм. L = 400 мм, Н = 200 мм. Sfer = 12,5 см2. pHg= 7х10"3 мм рт.ст. рКг = 0,3; 0,4; 0,5; 0,7 мм рт.ст.

Влияние диаметра разрядной трубки D, на световую отдачу плазмы т|р1 проиллюстрированно на рис. 14, где приведены зависимости % от Dt, измеренные в лампах трансформаторного типа различной длины L от 360 до 500 мм, но с одинаковой удельной мощностью плазмы Pi= 0,8 Вт/см.

т)рь лм/Вт 110

30 40 50 60 70 Ю0 мм

Рис. 14. Зависимость световой отдачи плазмы цр[ от диаметра трубки Т)г. Удельная мощность Р*1 = 0,8 Вт/см. рН8 = 7х10"3 мм рт.ст. Д - Аг (0,75 мм рт.ст.); о - Кг (0,4 мм рт.ст.).

Из рис. 14 следует, что в лампе со смесью Нц+Кг (0,4 мм рт.ст.) световые отдачи плазмы на 4-5 лм/Вт выше, чем в лампе со смесью Е^+Аг (0,75 мм рт.ст.). На малых

диаметрах трубки световая отдача плазмы быстро возрастает с увеличением диаметра трубки до своего максимального значения т|р1 = 108-109 лм/Вт, достигаемого при D, = 50 мм. Дальнейшее увеличение диаметра трубки (до Dt = 100 мм) не приводит к росту % и, следовательно, к увеличению световой отдачи лампы qv. Повидимому, это связано с эффектом пленения резонансного излучения 254 нм атомами ртути, роль которого возрастает с увеличением диаметра разрядной трубки, и с уменьшением напряженности ВЧ электрического поля и электронной температуры, ведеущим с росту ступенчатых процессов в плазме. Увеличение мощности лампы до 300-400 Вт и, соответственно, повышение ее удельной мощности до 4-5 Вт/см снижает световую отдачу лампы до 80-85 лм/Вт.

В работе обсуждаются пути повышения световой отдачи мощных ламп до 100 лм/Вт снижением давления инертного газа до 0,01-0,03 мм рт.ст. и увеличением длины плазменного шнура Api (удлинением разрядной трубки).

В седьмой главе диссертантом впервые был предложен и исследован новый тип индукционной люминесцентной лампы, в которой разряд возбуждается в замкнутой трубке током катушки, витки которой расположены по периметру лампы (рис 15).

7~

Квабв

т

пуль

J.

Ht

— Ось»

- 1 1

i щ

._ *

■i ! и

1 J

¡i >j

К

ВЧ

о,

21

D-

Рис, 15. Бесферритная индукционная люминесцентная лампа с замкнутой разрядной трубкой и индуктивной катушкой, размещенной по «внутреннему» периметру лампы.

Лампы работали в смеси паров ртути (6-8 х10"3 мм рт.ст.) и аргона (0,2 и 0,3 мм

рт.ст.). Индуктивная катушка (6-16 витков) изготовлялась из литцендрата (108 и

436 жил), имеющего на частотах 100 - 1000 кГц низкое удельное сопротивление pw

< 10"3 Ом/см и, соответственно, высокую добротность катушки Qcoíi= 340 (400 кГц).

Исследования, проведенные на различных частотах ВЧ поля и давлениях

инертного газа показали, напряжение на катушке, требуемое для зажигания

индукционного разряда V¡nd, увеличивается с количеством витков катушки N, но не

зависит от частоты ВЧ поля f. Расчитанная напряженность ВЧ электрического поля

зажигания индукционного разряда Ем не зависит от частоты ВЧ поля, но

незначительно уменьшается с N от 1,28 В/см (N = 7) до 0,8 В/см (N = 15). Ток

катушки Iind и мощность зажигания индукционного разряда Рсг уменьшаются с

частотой ВЧ поля примерно как 1/f. Измерения электрических характеристик ламп

в установившемся режиме показали, что напряжение и ток катушки Vc и 1с

уменьшаются с ростом ВЧ мощности плазмы, а мощность потерь в проводе

катушки Ршп уменьшается с мощностью лампы, хорошо согласуясь с результатами

Частоты

расчета. ВЧ напряжение на катушке Vc не зависит от"ВЧ поля, в то время как ток

катушки 1с и потери в ней PCQ¡1 уменьшаются с ростом f.

T]v, лм/Вт so

85 80 75 70 35

"" юо" izo 1чо 160 180 200 гго гло гее Р, Вт

Рис. 16. Зависимость световой отдачи лампы tjv от мощности Р. D, = 50 мм, L = 300 мм, Hi = 150 мм, ЛР1= 640 мм, рлг = 0,2 мм рт.ст.

1 Ч = 1 2 ' ни ПСОВ-

т. -Т.

э - -J >К>. . ■у. ■ _ г—-ч ■в -о

у ¿Ж а-'-

л / —Аг - ] 62 kHz ~ •-Л--207 кШ -230 tóte -О ;290 kHl --J»' '¡S40 kHz 1,000 Ий

Нарис. 16 приведены зависимости световой отдачи лампы qv от мощности лампы Р, измеренные в лампе с размерами (Dt = 50 мм, L = 300 мм, Hi = 150 мм) с 12-витковой индуктивной катушкой. Видно, что чем выше частота ВЧ поля f, тем «слабее» ее влияние на световую отдачу лампы (выше к.п.д. ВЧ индуктора ту и тем при меньшей мощности лампы световая отдача лампы r|v приближается к световой отдаче плазмы Однако, даже на относительно высоких частотах ВЧ поля f > 400 кГц и больших мощностях лампы Р > 200 Вт (Pj > 3 Вт/см), на которых мощность потерь в катушке мала (Рс < 10 Вт), а ее к.п.д. высок (т|с > 0,95), световые отдачи лампы и плазмы невелики, 78-80 лм/Вт и 82-83 лм/Вт, соответственно.

В работе обсуждаются пути повышения световой отдачи плазмы: снижением «скорости» уменьшения световой отдачи плазмы В и увеличением «начальной» световой отдачи плазмы г|0. Этого можно достичь увеличением диаметра разрядной трубки, снижением давления инертного газа, и увеличением длины плазменного шнура Ap¡ (увеличением L и Hi). На рис. /7 приведена зависимость световой отдачи плазмы т)р! от мощности плазмы РрЬ измеренная на двух частотах ВЧ поля в лампе большим диаметром трубки Dt = 70 мм и большей длиной плазменного шнура Лр! = 840 мм.

T|pi, лм/Вт 100

95

90

85

SO

75

200 250 300 350 400 450 500 550 600

Рр„ Вт

Рис. 17. Зависимость световой отдачи плазмы т|р1 от мощности плазмы Рр|. Dt = 70 мм, L = 400 мм, Hi = 200 мм, ЛР1 = 840 мм: рАг= 0,3 мм рт.ст.)

в

к а т а4

^ Ч \ ш fe Я

ч К 1 S

-» -225 кГц ~ -В -356 кГц %

...L..L..L..

Видно, что увеличение частоты ВЧ поля от 225 кГц до 356 кГц (в 1,5 раза) не влияет ни на характер зависимости tip1 от Р, ни на величину т^. Увеличение длины лампы (плазменного шнура) практически не изменило скорость уменьшения световой отдачи плазмы В (0,07 и 0,08 лм/Вт2). Но заметно повысило «начальную» световую отдачу плазмы тщ от 100 до 112 лм/Вт, что привело к росту световой отдачи плазмы т|р1 так, что на мощности Рр1 = 220 Вт она увеличилась от 81 до 97 лм/Вт.

Глава восьмая посвящена исследованию бесферритной индукционной лампы, предложенной автором диссертации, основными элементами которой являются незамкнутая газоразрядная трубка и охватывающая ее в продольном направлении индуктивная катушка (рис. 18). Индукционный разряд зажигался в цилиндрической стеклянной трубке диаметром 50, 60 и 70 мм и длиной 300, 400 и 500 мм. Давление паров ртути в трубке 6х10"3 мм рт.ст.; давление аргона ОД мм рт.ст. ВЧ ток катушки Г индуцирует в разрядной трубке ВЧ электрическое поле, которое зажигает в трубке замкнутый индукционный разряд, протекающий вдоль стенок трубки в продольном направлении. (Распределение объемной плотности мощности плазмы по сечению трубки приведено на рис. 2). Индуктивные катушки (число витков от 2 (10-15 МГц) до 14 (200-600 кГц) изготовлялись либо из литцендрата (108 и 436 жил, 200-1000 кГц), либо из медного посеребренного провода (2-15 МГц). Добротность катушки на частоте 200 кГц была Qc= шЬ<Л1с= 150.

Разрядная трубка

Рис. 18 Эскиз экспериментальной бесферритной индукционной люминесцентной лампы.

Индуктивная катушка

Измерения электрических, энергетических и световых характеристик проводились в широком диапазоне частот ВЧ поля 300 - 15 ООО кГц и мощностях лампы до 300 Вт. На относительно низких частотах 300-1000 кГц напряжение и ток катушки Vc и 1с и мощность потерь в проводе катушки Р^ц практически не меняются с мощностью лампы Р.

Частота ВЧ поля не влияет на Vc и на напряженность ВЧ поля в плазме Ер1, в то время как 1с и Р«,,! уменьшаются с частотой как 1/f, так что при f > 400 кГц Рсо!1 не превышает 10-12 Вт. Это обусловило высокий к.п.д катушки, который возрастая с частотой ВЧ поля достигал насышения на частоте f = 500-600 кГц и на мощности лампы Р = 150 Вт имел высокую величину 0,97. Световая отдача плазмы riPi в зависимости от мощности плазмы Рр1 приведена для частот ВЧ поля 383 и 530 кГц на рис. 19. Видно, что световые отдачи плазмы уменьшаются с мощностью плазмы с одинаковой скоростью В = 0,22-0,24 лм/Вт2 и слабо, но растут с частотой ВЧ поля. На мощности плазмы Ppi = 120 Вт световые отдачи плазмы имеют значения, соответственно 90 лм/Вт (383 кГц) и 96 лм/Вт (530 кГц).

Tjpi, лм/Вт HQ

¡00

I

90 60

60

Рис. 19. Зависимость tiPi от Рр1. Параметры лампы: Н = 300 мм, D, = 70 мм, рАг = 0,1 мм рт.ст.; о - 383 кГц; о - 530 кГц.

Световая отдача лампы возрастает с частотой ВЧ поля и на мощности лампы Р =

120 Вт увеличивается от 75 до 84 лм/Вт.

На более высоких частотах ВЧ поля f = 3-15 МГц мощность потерь Pc„i сначала

уменьшается с мощностью лампы, а затем, начиная с Р = 40-60 Вт растет с Р.

33

I 1 1 1 1

-

-

1 "tk " .111

80 100 120 140 160 180 РРь Вт

Зависимость Рсоц от частоты ВЧ поля £ обнаруживает минимум на частотах 6-8 МГц, на которых выполняется условие ю = V, а затем возрастает с частотой £

Зависимость световой отдачи лампы от мощности лампы на частотах 2-15 МГц обнаруживает максимум, который сдвигается в сторону меньших мощностей с увеличением частоты ВЧ поля. Световые отдачи лампы на частотах 3-15 МГц близки к таковым на частотах 600-1000 кГц и не обнаруживают явной зависимости от частоты ВЧ поля.

Заключение содержит перечень основных результатов и выводов, полученных в диссертации. В конце каждой главы приведены основные выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Создано новое направление в газоразрядных индукционных люминесцентных источниках света - низкочастотные 100-400 кГц индукционные люминесцентные лампы с низким давлением инертного газа 0,01 - 0,5 мм рт.ст., высокой удельной мощностью плазмы Р1= 1,5-15 Вт/см и высокой световой отдачей 80-100 лм/Вт.

2. На основе трансформаторной модели, электродинамической модели плазмы индукционного разряда низкого давления и уравнений мощности потерь в ВЧ индукторе создана комплексная модель безэлектродного индукционного разряда, в рамках которой получены аналитические выражения, связывающие параметры плазмы разряда с конструктивными параметрами колбы/трубки и ВЧ индуктора.

3. Экспериментальные исследования индукционных ламп низкого давления показали, что зажиганию индукционного разряда на частотах 100-15000 кГц предшествует зажигание емкостного разряда. Обнаружено, что на частотах ВЧ поля со « V ВЧ напряжение на катушке Уш и напряженность ВЧ электрического поля в разрядной колбе/трубке Ем, требуемые для зажигания индукционного разряда, не зависит от частоты ВЧ поля. Ток индуктивной катушки и мощность зажигания разряда уменьшаются с частотой ВЧ поля как 1/ю.

4. Раечитанные в рамках развитой в работе модели зависимости мощности потерь в ВЧ индукторе Рсоп и Р&г от параметров лампы находятся в хорошем согласии с

экспериментальными, измеренными в стационарном режиме работы лампы. Увеличение диаметра колбы снижает Рсоц и Pfer, а увеличение длины плазменного витка/шнура повышает потери. На относительно низких частотах ВЧ поля f < 1 МГц, где выполняется условие го < v и где добротность плазменного витка/шнура О2<0,3, мощность потерь в ВЧ индукторе уменьшается с увеличением мощности плазмы и частоты ВЧ поля. На частотах f > 6 МГц, где в условиях эксперимента выполняется условие со > v, а добротность плазмы Q2 > 0,3, мощность потерь в ВЧ индукторе растет с Рр] и с частотой ВЧ поля.

5. Экспериментально обнаружено, что в интервале исследованных частот ВЧ поля f = 0,1-15 МГц световая' отдача плазмы tipi не зависит от частоты ВЧ поля, но определяется мощностью плазмы, размерами разрядной колбы/трубки и давлением паров ртути и инертного газа. Зависимость световой отдачи плазмы от давления инертного газа имеет максимум, который с увеличением мощности плазмы сдвигается в сторону меньших давлений газа.

6. Экспериментально установлено, что в индукционных лампах с удельной мощностью плазмы Pi > 0,5 Вт/см световая отдача плазмы t¡pi уменьшается с мощностью плазмы как tip¡ = т]0 - BPpi, где В - «скорость» уменьшения t|pi с Рр1, пропорциональная (p„.r/Ad¡f)"2, а г)0 - «нулевая» (Pp¡ = 10 Вт) световая отдача плазмы, возрастающая с увеличением давления инертного газа риг., характерного размера разрядного промежутка Adif и длины плазменного витка Ap¡. Экспериментальные зависимости т|р1 от Pp¡ хорошо коррелируют с рассчитанными зависимостями Ipi от РрЬ а скорость уменьшения световой отдачи плазмы В обратно пропорциональна Еа - активной составляющей напряженности ВЧ поля в плазме разряда.

7. Предложены, сконструированы и исследованы два новых типа бесферритных индукционных люминесцентных ламп в замкнутых и незамкнутых разрядных трубках, в которых индукционный разряд создается ВЧ током индуктивной катушки, охватывающей лампу по ее продольному периметру. Лампы работают на мощностях 100-500 Вт, частотах 200 - 14000 кГц со световой отдачей 80 - 90 лм/Вт.

8. На основе результатов экспериментальных и теоретических работ исследованы и разработаны индукционные люминесцентные лампы с полостью, катушкой и сердечником, работающие на частоте 135 кГц и трех уровнях мощности: 60, 160 и 230 Вт со световой отдачей, превышающей 90 лм/Вт. Конструкции и характеристики этих ламп легли в основу нженерных разработок трех источников света модели Everlight, выпускаемых японской фирмой Мацушита (Панасоник).

9. Разработана компактная индукционная люминесцентная лампа с полостью, катушкой и сердечником, работающая на частотах 130-170 кГц и мощности 23-25 Вт со световой отдачей до 73 лм/Вт. Конструкция и характеристики лампы легли в основу инженерной разработки двух компактных индукционных люминесцентных источников света модели Palook-Bal (фирма Панасоник), работающих на частоте 480 кГц и мощностях 12 и 20 Вт. Их световые отдачи превышают световую отдачу индукционной лампы Genura (фирма Дженерал Электрик) и световые отдачи компактных люминесцентных ламп с внутренними электродами.

10. Сконструированы, изготовлены и исследованы индукционные люминесцентные лампы с двумя полостями и ВЧ индукторами мощностью 300-500 Вт, работающие на частоте 100-200 кГц со световыми отдачами r|v > 90 лм/Вт.

11. Проведены систематические экспериментальные исследования электрических, энергетических и световых характеристик в лампах трансформаторного типа. Результаты исследований вместе с аналитическими соотношениями, полученными в рамках разработанной модели, позволяют рассчитать оптимальные конструкции и размеры ламп трансформаторного типа с различным световым потоком.

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Попов O.A. Эффективный источник света на индуктивном бесферритном разряде на частотах 300-3000 кГц // Журнал технической физики. 2007. 6. С.74-81.

2. Свитнев С.А., Попов O.A. Пространственное распределение параметров плазмы индукционного разряда, возбужденного индуктивной катушкой, расположенной

по периметру продольного сечения разрядной трубки //Светотехника. 2010. 3. С. 63-65.

3. Попов O.A.,Чандлер Р.Т. Индуктивный источник света трансформаторного типа на частотах 150-400 кГц мощностью 200-500 Вт // Теплофизика высоких температур. 2007.4. С. 795-804.

4. Попов O.A., Никифорова В.А. Индукционный бесферритный источник света мощностью 300-400 Вт на частоте 200-400 кГц //Вестник МЭИ. 2010.2. С. 159-164.

5. Никифорова В.А., Попов O.A. Влияние частоты ВЧ поля и разрядного тока на пространственное распределение параметров плазмы бесферритного индукционного разряда в замкнутой трубке // Вестник МЭИ. 2012.1.

6. Никифорова В.А., Попов O.A. Пространственное распределение параметров плазмы в бесферритном разряде замкнутого типа // Вестник МЭИ. 2010. 5. С.114-119.

7. Майа Дж., Попов O.A., Чандлер Р.Т. Компактная индуктивная люминесцентная лампа на частотах 100-200 кГц // Светотехника, 2007.1. С. 32-35.

8. Попов O.A. Индукционные источники света // Учебное пособие. Издательство МЭИ. 2010,64 с.

9. Попов O.A. Безэлектродная индукционная лампа низкого давления мощностью 300-450 Вт с двумя симметричными индукторами, работающая на частотах 130400 кГц // Светотехника. 2009.6. С. 68.

10. Попов O.A. Мощная индукционная люминесцентная лампа, работающая на частоте 135 кГц // Светотехника, 2008. 5. с. 57.

11. Майа Дж, Попов О.А.,Чандлер Р.Т. Бесферритная индуктивная люминесцентная лампа на частотах 2.65-13.56 МГц и мощностях 80-160 Вт // Светотехника. 2007.

5. С. 42-46.

12. Майа Дж., Попов O.A., Чандлер Р.Т. Индуктивная люминесцентная лампа, работающая на частоте 100-300 кГц и мощности 40-70 ватт // Светотехника. 2007. 3. С. 56-62.

13. Popov O.A., Godyak V.A. Power Dissipated in Low Pressure RF Discharge Plasmas

//J. Appl. Phys. 1985.57. P. 53-57.

14. Popov O.A., Godyak V.A. Electric Field and Electron Oscillation Velocity in Collisionless RF Discharge Plasmas // J. Appl. Phys. 1986.59. P. 1759-1761.

15. Popov O.A., Chandler R.T. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160-1000 kHz // Plasma Sources Science and Technology. 2002.11. P. 218-226.

16. Popov O.A. and Maya J. Characteristics of Electrodeless Ferrite-free Fluorescent Lamp Operated at Frequencies of 1-15 MHz // Plasma Sources Sei. Technol. 2000.9.

P. 227-236.

17. Svitnev S.A. and Popov O.A. Plasma parameters radial and azimuthal distributions in an RF discharge excited with a induction coil disposed on tube walls in the axial direction //Light and Engineering. 2011. vol. 19.1. P. 79-82.

18. Popov O.A., Maya J., and Chandler R.T. Inductively-coupled fluorescent lamp operated at frequencies of 100-300 kHz and powers of 40-70 W // Light & Engineering 2008. vol. 16. P. 95-98.

19. Popov OA., Chandler R.T, Maya J. Compact inductively-coupled fluorescent lamp operated at frequencies of 100 - 200 kHz // Light & Engineering. 2007.1. P. 68-43.

20. Popov O.A., Chandler R.T., and Maya J. Inductively-coupled Linear Light Source Operated at Frequencies of 2-14 MHz// Light & Engineering, 2009.17.1. C. 98-101.

21. Chandler R.T., Popov O.A., Maya J. Electrodeless fluorescent lamp with stabilized operation at high and low ambient temperatures // US Patent 7,088,033. Aug.8,2006.

22. Popov O.A., Chandler R.T, and Maya J. Electrodeless High Power Fluorescent Lamp with Controlled Coil temperature // US Patent Application US 2006/0076864 Al,

Apr. 13,2006.

23. Popov O.A., Chandler R.T., and Maya J. High Power (100 - 200 W) Ferrite-free Electrodeless Fluorescent Lamp // Proc. X Int'l Symp. Sei. Technol. Light Sources. 2004. Toulouse, P. 173.

24. Popov O.A., Chandler R.T,, and Maya J. Low Frequency Electrodeless Compact Fluorescent Lamp // Proc. X Int'l. Symp. Sei. Technol. Light Sources. 2004. Toulouse.

P. 417.

25. H. Kakehashi, К. Hiramatsu, S. Hizuma, O.A. Popov, R.T. Chandler, and J. Maya. Effect of Induction Coil Factor on Efficacy of 100 kHz Electrodeless Fluorescent Lamps II Proc. X Int'l. Symp. Sei. Technol. Light Sources. 2004. Toulouse. P. 441.

26. Chandler R.T., Popov O.A., Shapiro E.K., and Maya J. Electrodeless Lamp // US Patent 6,768,248 B2, Jul. 27, 2004.

27. Anami S., Chandler R.T., Popov O.A. Electrodeless Low Pressure Lamp with Multiple Ferrite Cores and Coils // US Patent 6,605,889 B2, Aug. 12,2003.

28. Maya J., Popov OA., Chandler R.T. Electrodeless Fluorescent Lamp with Low Wall Loading // US Patent 6,548,'965 Bl, Apr. 15,2003.

29. Popov O.A., Ravi J., Chandler R.T., Shapiro E.K. High Light Output Electrodeless Fluorescent Closed-loop Lamp // US Patent 6,522,085 B2. Feb. 18,2003.

30. Chandler R.T., Popov O.A., Shapiro E.K., Maya J. High Frequency Electrodeless Compact Fluorescent Lamp И US Patent 6,433,478 Bl. Aug. 13,2002.

31. Miyazaki К., Matsumoto S., Takeda M., Cho Y.-J., Kurachi Т., Chandler R.T., Popov O.A., Maya J. Electrodeless Discharge Lamp // US Patent 6,404,141 Bl. Jun. 11. 2002.

32. Chamberlain J., Popov O.A., Shapiro E.K., Chandler R.T., Kurachi T. Ferrite Core For Electrodeless Fluorescent Lamp Operating at 50-500 kHz // US Patent Application 2002/0067129 Al. Jun. 6,2002.

33. Popov O.A. and Chandler R.T. High Frequency Ferrite-free Electrodeless Lamp with Axially Uniform Plasma // US Patent 6,362,570 В1. Mar. 26,2002.

34. Popov O.A. Ferrite-free High Output 100-600 kHz Electrodeless Fluorescent Lamp // Proc. IX Int'l Symp. Sei. Technol. Light Sources. 2001. Ithaca. P. 455.

35. Godyak V.A., Popov O.A. and Khanneh A.H. Investigation of Electrode Space Charge Sheath in RF Discharges // Proc. XIII Int. Conf. Phenom. Ion. Gases. 1977. Berlin. P. 347.

36. Свитнев C.A., Попов O.A. Пространственное распределение электрического поля и удельной мощности в плазме индукционного разряда низкого давления //

Тезисы докл. научно-тех. конф. «Молодые светотехники России», Москва, декабр 2008. С. 24-28.

37, Popov О.А. Ferrite-free Closed-loop Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of200 - 3000 kHz // US Patent 6,288,490 Bl. Sept. 11,2001.

38, Popov O.A. and Maya J. Electrodeless Fluorescent Lamp with Spread Induction Co /'/'US Patent 6,249,090 Bl. Jun. 1,2001.

35. Popov OA., Nandam P.K., Shapiro E.K., Maya J. High Frequency Electrodeless Fluorescent Lamp // US Patent 6,081,070. Jun. 27,2000.

40. Maya J., Popov O.A. Electrodeless Fluorescent Lamp with Cold Spot Control // US Patent 5,773,926. Jun. 30, 1998.

41. Popov O.A., Maya J., and Ravi J. Electrodeless Flurescent Lamp with Bifilar Coil and Faraday Shield//TJS Patent 5,726,523. Mar. 10, 1998.

42. Maya p0pOV OA., Shapiro E.K. Electrodeless Discharge Lamp and Device ^.creasing the Lamp's Luminous Development // US Patent 5,698,951. Dec. 16,1997

43. Popov О .A., Maya J., Kobayashi К... S'.iapiro H.K. Electrodeless Inductively-coupled Fluorescent Lamp with Improved Cavity and Tubulation // US Patent 5,723,947. Mar. : 1998.

44. Popov O.A., Maya J. and Shapiro E.K. Electrodeless Fluorescent Lamp // US Patent 5,621,266. Apr. 15, 1997.

45. Popov OA., Maya J. Inductively Coupled Substantially Flat Fluorescent Light Sourc // US Patent 5,500,574. Mar. 19,1996.

Подписано в печать,'-?Тир. /00 Пл. Полиграфический центр МЭИ(ТУ) Красноказарменная ул.,д.13

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ: ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ГЛАВА 1: АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ИНДУКЦИОННЫМ

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫМ ИСТОЧНИКАМ СВЕТА.

1Л Индукционные газоразрядные лампы: история возникновения.

1.2 Андерсон - «отец» индукционных люминесцентных ламп.

1.3 Колбы с полостью и индуктивной катушкой.

1.4 Колбы с полостью, индуктивной катушкой и ферромагнитным сердечником.

1.5 Колбы с наружной индуктивной катушкой.

1.6 Замкнутые трубки с ферромагнитным магнитопроводом.

1.7 Выводы к обзору литературы и постановка научных и технических задач диссертации.

1.7.1 Основные типы современных индукционных люминесцентных ламп.

1.7.2 Требования, предъявляемые к техническим и эксплутационным параметрам современных индукционных ламп.

1.7.3 Задачи диссертационной работы.

ГЛАВА 2: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНДУКЦИОННЫХ ЛАМП НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

2.1 Основные типы индукционных люминесцентных ламп.

2.2 Физические основы индукционных разрядов низкого давления.

2.2.1 Закон электромагнитной индукции и коэффициент связи ВЧ индуктора с плазмой.

2.2.2 ВЧ напряжение на плазме и магнитная индукция.

2.2.3 Емкостной и индукционный разряды.

2.3 Пространственное распределение параметров плазмы индукционных разрядов низкого давления.

2.3.1 Пространственное распределение параметров плазмы в колбе с полостью и расположенным в ней ВЧ индуктором.

2.3.2 Распределение параметров плазмы в бесферритных индукционных лампах в замкнутых трубках.

2.3.3 Пространственное распределение параметров плазмы индукционного разряда в бесферритной линейной незамкнутой трубке.

2.4 Трансформаторная модель индукционного разряда.

2.4.1 Электрическая и эквивалентная схемы индукционного разряда.

2.4.2 Уравнения трансформаторной модели индукционного разряда.

2.4.3 Индуктивности плазмы индукционного разряда и ее добротность.

2.4.4 К.п.д. ВЧ индуктора, световая отдача плазмы и коэффициент связи плазмы с ВЧ индуктором.

2.5 Выводы по Главе 2.

ГЛАВА 3: УЗЛЫ И КОМПОНЕНТЫ ИНДУКЦИОННЫХ ЛАМП И ВЫБОР ИХ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ

3.1 Разрядные колбы и трубки.

3.1.1 Функции колбы/трубки.

3.1.2 Материал колбы/трубки.

3.1.3 Критерии выбора размеров разрядной колбы/трубки.

3.2 Индуктивные катушки.

3.2.1 Провода, используемые для изготовления индуктивных катушек.

3.2.2 Требования к параметрам катушки.

3.2.3 Ток катушки, мощность потерь в ее проводе и к.п.д. катушки.

3.2.4 Бифилярные катушки.

3.3 Ферромагнитные сердечники и магнитопроводы.

3.3.1 Мощность потерь в материале сердечника/магнитопровода

3.3.2 Требования к температуре сердечника/магнитопровода.

3.3.3 Конструкции ферромагнитных сердечников/магнитопроводов.

3.3.4 Размеры и расположение сердечника и индуктивной катушки.

3.4 Электростатические экраны.

3.4.1 Роль потенциальных (емкостных) полей в индукционных лампах.

3.4.2 Влияние электростатического экрана на к.п.д. ВЧ индуктора.

3.4.3 Электростатический экран и зажигание лампы.

3.4.4 Лампы с экраном и штенгелем с расширенной «горловиной».

3.5 Покрытия на стенках разрядной колбы/трубки.

3.5.1 Защитное покрытие.

3.5.2 Люминофорный слой.

3.5.3 Отражающие покрытия.

3.5.4 Покрытия, поглощающие электромагнитное излучение плазмы индукционного разряда.

3.6 Системы поддержания температурных режимов узлов лампы.

3.6.1 Источники нагрева ВЧ индуктора и проблемы поддержания температуры ВЧ индуктора и амальгамы.

3.6.2 Требования к материалу охлаждающего устройства.

3.6.3 Типы охлаждающих устройств.

3.6.4 Диэлектрические втулки и изоляторы.

3.7 Ртутное наполнение: ртутный диспенсер и амальгама.

3.7.1 Ртутный диспенсер и выбор холодной точки.

3.7.2 Флаг со вспомогательной (стартовой) ртутной амальгамы.

3.7.3 Основная амальгама.

3.7.4 Методы поддержания температуры основной амальгамы.

3.8 Буферный (инертный) газ.

3.8.1 Влияние давления инертного газа на мощность потерь в индукторе.

3.8.2 Влияние давление инертного газа на выход резонансного излучения в JIJI и индукционных люминесцентных лампах.

3.8.3 Влияние давления инертного газа на световую отдачу плазмы.

3.8.4 Влияние давления инертного газа на световую отдачу лампы.

3.8.5 Технологические аспекты выбора давления буферного газа.

3.9 Согласующий/настраивающий контур.

3.9.1 Настраивающий контур в мегагерцовом диапазоне частот.

3.9.2 Согласующий контур на частотах 50-1000 кГц.

3.10 Схемы питания индукционных ламп и измерения их характеристик.

3.10.1 Схемы при работе на частотах 2-20 МГц.

3.10.2 Схемы при работе на частотах 50 - 1000 кГц.

3.10.3 Температурные, электрические и фотометрические измерения в термической камере.

3.11 Выводы по Главе 3.

ГЛАВА 4: БЕСФЕРРИТНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ЛАМПЫ С ПОЛОСТЬЮ И КАТУШКОЙ НА ЧАСТОТАХ 2-14 МГц

4.1 Конструкции ламп.

4.2 Исследование зажигания емкостного разряда.

4.2.1 Феноменология зажигания емкостного разряда.

4.2.2 Влияние инертного газа и температуры окружающей среды на зажигание емкостного разряда.

4.3 Зажигание индукционного разряда.

4.3.1. ВЧ напряжение на катушке и напряженность ВЧ электрического поля в колбе при зажигания индукционного разряда.

4.3.2 Мощность лампы и ток катушки при зажигании индукционного разряда.

4.3.3 Влияние сорта и давления инертного газа на зажигание индукционного разряда.

4.3.4 Влияние электростатического экрана на зажигание лампы.

4.4 Электрические характеристики индукционного разряда в установившемся режиме.

4.4.1 Феноменология перехода разряда из емкостного в индукционный.

4.4.2 Частотные зависимости напряжения и тока катушки Vc и 1С

4.4.3 Зависимости Vc и /с от давления паров ртути и инертного газа.

4.4.4 Импеданс и сопротивление первичной цепи Z¡ и R¡.

4.5 Добротность плазменного витка и его индуктивностей.

4.5.1 Добротность плазменного витка Q2.

4.5.2 Геометрическая индуктивность плазменного витка Lind.

4.5.3 Эффективная частота осцилляций электронов плазмы (Оф.

4.6 Макропараметры плазмы индукционного разряда.

4.6.1 Сопротивление плазмы Rp¡

4.6.2 ВЧ ток индукционного разряда Ip¡.

4.6.3 Напряженность индукционного ВЧ электрического поля Ep¡

4.7 Мощность потерь в индуктивной катушке Рсоц.

4.7.1 Аналитические соотношения, связывающие мощность потерь в катушке с параметры плазмы и лампы.

4.7.2 Зависимость Рсой от диаметра полости Dcav

4.7.3 Влияние мощности лампы и частоты ВЧ поля на мощность потерь в индуктивной катушке Pco¡¡.

4.7.4 Зависимость Pcoi¡ от числа витков катушки N.

4.7.5 Мощность потерь в катушке с электростатическим экраном.

4.8 Светотехнические характеристики лампы.

4.8.1 Зависимость световой отдачи лампы rjv от ее мощности Р.

4.8.2 Влияние диаметра колбы Db на световую отдачу лампы.

4.8.3 Влияние частоты ВЧ поля и числа витков катушки на световую отдачу лампы и плазмы.

4.8.4 Влияние давление инертного газа на световые параметры лампы.

4.8.5 Влияние температуры окружающей среды на световые характеристики лампы.

4.9. Выводы по Главе 4.

ГЛАВА 5: ИНДУКЦИОННЫЕ ЛАМПЫ С ПОЛОСТЬЮ И МАГНИТНЫМ УСИЛЕНИЕМ НА ЧАСТОТАХ 100 - 400 кГц

5.1 Конструкции ламп и их основные узлы.

5.1.1 Разрядные колбы.

5.1.2 Индуктивные катушки.

5.1.3 Ферромагнитные сердечники.

5.1.4 Охлаждающие структуры.

5.1.5 Трансформаторная модель индукционного разряда на частотах f = 50-500кГц.

5.2 Индукционная люминесцентная лампа с колбой диаметром 110 мм, работающая на мощности 40-70 Вт.

5.2.1 Конструкция лампы.

5.2.2 Зажигание индукционного разряда.

5.2.3 Электрические характеристики лампы в установившемся режиме.

5.2.4 Мощность потерь в ВЧ индукторе и его к.п.д.

5.2.5 Добротность плазменного витка.

5.2.6 Макропараметры плазмы индукционного разряда.

5.2.7 Светотехнические характеристики лампы.

5.3 Индукционная лампа с колбой диаметром 160 мм, работающая на мощности 130-180 Вт.

5.3.1 Конструкция лампы.

5.3.2 Зажигание лампы.

5.3.3 Электрические характеристики лампы в стационарном режиме.

5.3.4 Макропараметры плазмы индукционного разряда.

5.3.5 Светотехнические характеристики лампы.

5.4 Индукционная люминесцентная лампа с колбой диаметром 170-185 мм, работающая на мощности 220-250 Вт.

5.4.1 Конструкция лампы.

5.4.2 Зажигание лампы.

5.4.3 Электрические параметры разряда в установившемся режиме.

5.4.4 Макропараметры индукционного разряда.

5.4.5 Светотехнические характеристики лампы.

5.5 Компактная индукционная люминесцентная лампа на частоте 100-300 кГц и мощности 20-26 Вт.

5.5.1 Конструкция лампы и ее основные узлы.

5.5.2 Зажигание лампы.

5.5.3 Электрические характеристики лампы в установившемся режиме.

5.5.4 Макропараметры плазмы компактной индукционной лампы.

5.5.5 Светотехнические характеристики лампы.

5.5.6 Влияние температуры окружающей среды на параметры лампы.

5.6 Индукционные лампы с несколькими полостями и ВЧ индукторами.

5.6.1 Индукционная лампа с одной полостью и несколькими ВЧ индукторами.

5.6.2 Мощная 300-450 Вт лампа с двумя симметричными полостями и ВЧ индукторами.

5.7 Выводы по Главе 5.

ГЛАВА 6: ИНДУКЦИОННЫЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ ТРАНСФОРМАТОРНОГО ТИПА

6.1 Постановка задачи.

6.2 Лампы трансформаторного типа с цилиндрическими разрядными трубками и симметрично размещенными магнитопроводами.

6.2.1 Конструкции ламп.

6.2.2 Лампы с трубками диаметром 35 мм.

6.2.3 Лампы с трубками диаметром 38 мм.

6.2.4 Лампы с трубками диаметром 50 мм.

6.2.5 Лампы с трубками диаметром 100 мм.

6.2.6 Сопоставление расчета Рс с экспериментом.

6.3 Лампы трансформаторного типа с разрядными трубками эллиптического сечения.

6.3.1 Постановка проблемы.

6.3.2 Конструкция лампы.

6.3.3 Влияние сечения магнитопровода на параметры лампы.

6.3.4 Влияние давления буферного газа на характеристики лампы.

6.3.5 Влияние длины плазменного шнура на характеристики лампы.

6.4 Асимметричные лампы трансформаторного типа.

6.4.1 Конструкция лампы.

6.4.2 Влияние сечения магнитопровода на характеристики лампы.

6.4.3 Влияние давления буферного газа на характеристики лампы.

6.5 Выводы по Главе 6.

ГЛАВА 7: БЕСФЕРРИТНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ЛАМПЫ С ЗАМКНУТЫМИ ТРУБКАМИ

7.1 Достоинства и недостатки ламп трансформаторного типа.

7.2 Принцип работы бесферритной индукционной лампы с замкнутой трубкой.

7.2.1 Физические основы работы лампы.

7.2.2 Конструкция лампы.

7.3 Исследования лампы мощностью 100-200 Вт.

7.3.1 Размеры и параметры лампы и индуктивной катушки.

7.3.2 Зажигание лампы.

7.3.3 Электрические и энергетические параметры лампы в установившемся режиме.

7.3.4 Параметры плазмы индукционного разряда.

7.3.5 Светотехнические характеристики лампы.

7.4 Исследования лампы мощностью 300-400 Вт.

7.4.1 Размеры и параметры лампы и индуктивной катушки.

7.4.2 Электрические характеристики лампы.

7.4.3 Светотехнические характеристики лампы.

7.4.4 Параметры плазмы индукционного разряда.

7.5 Выводы по Главе 7.

ГЛАВА 8: БЕСФЕРРИТНЫЕ НЕЗАМКНУТЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ЛАМПЫ НА ЧАСТОТАХ 300- 15 000 кГц

8.1 Конструкция лампы.

8.1.1 Разрядная трубка.

8.1.2 Индуктивная катушка.

8.2 Зажигание индукционного разряда.

8.2.1 Зажигание разряда на частотах 100-1000 кГц.

8.2.2 Зажигание разряда на частотах 1-20 МГц.

8.3 Электрические характеристики индукционного разряда в установившемся режиме.

8.3.1 Электрические характеристики ламп на частотах 100-1000 кГц.

8.3.2 Электрические характеристики ламп на частотах 2- 14 МГц.

8.4 Световые характеристики ламп.

8.4.1. Световые характеристики ламп на частотах 200-1000 кГц.

8.4.2 Световые характеристики ламп на частотах 2-14 мГц.

8.5 Выводы по Главе 8.

Люминесцентные лампы (ЛЛ) с внутренними электродами являются одним из наиболее эффективных и широко применяемых источников света. Трубчатые прямые ЛЛ, работающие на переменном токе частотой от 50 Гц до 20 кГц и на мощностях от 13 до 80 Вт, имеют хорошие цветовые характеристики (цветовая температура Тц = 3000 - 6000 К и общий индекс цветопередачи Яа от 60 до 90), быстрое разгорание (< 1 мин при Гос >10° С), мгновенное перезажигание и высокие световые отдачи до 100 - 110 лм/Вт. Однако, наличие внутренних электродов накладывает ограничения на конструкцию вакуумного блока, на высокие удельные мощности плазмы и на низкие давления инертного газа, на которых достигается максимальная световая отдача. С 80-х годов XX века ведется разработка безэлектродных люминесцентных источников света, использующих для генерации ультрафиолетового излучения плазму индукционного разряда, возбуждаемую высокочастотным (ВЧ) индуктором. Они имеют простую конструкцию, хорошие световые характеристики, не уступающие таковым с внутренними электродами, а их ресурс (60000-100000 ч) значительно превышает срок службы традиционных ЛЛ.

Безэлектродные индукционные люминесцентные лампы лишены тех ограничений на конструкцию вакуумного блока и на давление инертного газа, которые имеют ЛЛ с внутренними электродами. Они могут иметь практически любую конфигурацию, определяемую конструкцией и формой ВЧ индуктора и газоразрядной колбы, и способны работать в широком диапазоне мощностей 10-1000 Вт и давлений инертного газа 0,005-5 мм рт.ст. Это открывает возможности улучшения характеристик и параметров существующих безэлектродных ламп, в частности снижения потерь мощности в ВЧ индукторе (повышения его к.п.д.) и повышения световой отдачи плазмы. Важную роль в повышении конкурентоспособности индукционных ламп играет возможность снижения их себестоимости, веса, габаритов, а также простота и дешевизна технологического процесса их изготовления.

Существенным прогрессом в технологии безэлектродных индукционных ламп стало бы снижение частоты питающего напряжения, что привело бы не только к ослаблению психологического барьера, связанного с эксплуатацией ламп, питающихся от ВЧ генератора, но и к ряду технических преимуществ, повышающих энергетическую эффективность всего источника света, упрощающих конструкцию лампы и снижающих себестоимость источника света и стоимость его технического обслуживания. Во-первых, с уменьшением частоты генератора растет его к.п.д., повышающий световую отдачу источника света. Во-вторых, чем ниже частота возбуждения разряда, тем ниже уровень создаваемых им электромагнитных помех. В-третьих, на низких частотах генератора можно размещать электронно-пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) на значительном расстоянии (до нескольких метров) от лампы, что упрощает обслуживание источника света и значительно расширает сферу его применения.

В связи с этим представляется актуальным:

1. Проведение систематических экспериментальных и теоретических исследований индукционных разрядов низкого давления в парах ртути и инертного газа в широком диапазоне частоты ВЧ поля, мощности лампы, давления инертного газа, размеров и конструктивных параметров вакуумного блока и ВЧ индуктора.

2. Создание новых типов эффективных безэлектродных индукционных люминесцентных источников света, как с магнитным усилением, так и бесферритных, работающих на относительно низких частотах 100-1000 кГц и низких давлениях инертного газари г < 0,5 мм рт.ст.

3. Усовершенствование конструкций и характеристик существующих типов индукционных люминесцентных ламп, работающих на низких частотах.

Результаты исследований могут быть использованы как база данных для исследователей индукционных разрядов низкого давления и для разработчиков источников УФ излучения, стандартов оптического излучения, источников плазмы низкого давления, применяемых в плазменной технологии, источников ионов и других технологических применений плазмы низкого давления.

Основные цели работы

1. Создание нового направления в газоразрядных индукционных люминесцентных источниках света: индукционные лампы на низких частотах возбуждения /= 100-400 кГц, высоких удельных мощностях плазмы Р1> 1 Вт/см и низких давлениях инертного газариг < 0,5 мм рт.ст.

2. Систематическое исследование электрических, энергетических и световых характеристик индукционных люминесцентных ламп различных типов в широком диапазоне условий питания (мощности лампы, частоты ВЧ поля), параметров ВЧ индуктора, размеров разрядной колбы/трубки и давления рабочей смеси.

3. Создание комплексной модели индукционной люминесцентной лампы низкого давления на частотах возбуждения (ВЧ поля) / = 0,1-15 мГц, включающей трансформаторную модель индукционного разряда, электродинамическую модель индукционной плазмы, уравнения мощности потерь в ВЧ индукторе и соотношения, связывающие световые характеристики лампы с конструктивными параметрами разрядной колбы/трубки.

4. Создание новых типов бесферритных индукционных люминесцентных ламп в замкнутых и незамкнутых разрядных трубках, возбужденных ВЧ током индуктивной катушки, размещенной по периметру трубки.

5. Создание новых типов индукционных люминесцентных ламп с полостью, работающих на частотах 100-150 кГц, низких давлениях инертного газа 0,01 -0,3 мм рт.ст и уровнях мощности от 25 до 500 Вт.

6. Создание новых модификаций ламп трансформаторного типа на частотах 100-400 кГц.

Основные положения, выносимые на защиту, и научная новизна работы

В диссертационной работе впервые получены следующие результаты:

1. На основе трансформаторной модели индукционного разряда, электродинамических моделей ВЧ индукционного разряда низкого давления, уравнений мощности потерь в ВЧ индукторе и эмпирических соотношений для напряженности ВЧ электрического поля и световой отдачи плазмы диссертантом предложена комплексная модель индукционной люминесцентной лампы, связывающая электрические, энергетические и световые характеристки лампы с конструктивными параметрами вакуумного блока, ВЧ индуктора и плазмы индукционного разряда. Получены аналитические выражения, связывающие параметры плазмы индукционного разряда и мощность потерь в ВЧ индукторе с конструктивными параметрами лампы и условиями ее питания.

2. Созданы математические модели расчета плазмы индукционных разрядов низкого давления в разрядных бесферритных замкнутых и незамкнутых трубках, возбуждаемых индуктивной катушкой с витками, расположенными паралелльно оси разрядной трубки. На основе моделей рассчитано пространственное распределение напряженности ВЧ индукционного электрического поля, плотности разрядного тока и объемной плотности мощности плазмы индукционного разряда.

3. Экспериментально обнаружено, что на частотах ВЧ поля 100-1000 кГц напряженность ВЧ электрического поля зажигания индукционного разряда и ВЧ напряжение на индуктивной катушке не зависят от частоты поля. ВЧ ток катушки и мощность зажигания индукционного разряда уменьшаются с частотой ВЧ поля. Результаты эксперимента находятся в хорошем согласии с результатами расчета, проведенного в рамках предложенной комплексной модели индукционной лампы.

4. Экспериментальные исследования, проведенные в установившемся режиме работы индукционных ламп различных типов, обнаружили, что характер зависимости мощности потерь в ВЧ индукторе от мощности лампы определяется отношением частот co/v и величиной добротности плазменного витка/шнура Q2. На низких частотах ВЧ поля co/v «1 и низкой добротности плазмы Q2« 1, увеличение мощности плазмы и частоты ВЧ поля сопровождаются уменьшением мощности потерь в ВЧ индукторе.

5. Экспериментально обнаружено, что на частотах ВЧ поля co<v световая отдача плазмы rjpi = Ф/Ppi не зависит от частоты ВЧ поля, но уменьшается с мощностью плазмы со скоростью, практически не зависящей от мощности плазмы, но увеличивающейся с давлением инертного газа и уменьшающейся с размером разрядного промежутка. К.п.д. ВЧ индуктора rjc возрастает с увеличением мощности лампы, ассимптотически приближаясь к 1.

6. Экспериментально обнаружено, что на частотах ВЧ плоя /- 100-10 ООО кГц световая отдача лампы rjv есть произведение световой отдачи плазмы rjpi на к.п.д. ВЧ индуктора tjc, а ее зависимость от мощности лампы имеет максимум, сдвигающийся в сторону меныцих мощностей лампы с увеличением частоты ВЧ поля, давления инертного газа, сечения сердечника/магнитопровода, диаметра разрядной трубки/колбы и с уменьшением длины плазменного витка/щнура.

7. Экспериментально обнаружено, что зависимость световой отдачи лампы от давления инертного газа имеет максимум, который с увеличением мощности лампы и размеров разрядной колбы/трубки смещается в сторону меньших давлений.

8. На основе экспериментальных и теоретических исследований были предложены, сконструированы и разработаны эффективные (rjv > 90 лм/Вт) индукционные люминесцентные лампы с полостью и ферромагнитным сердечником, работающие на частоте 135 кГц и уровнях мощности 55, 150, 230 и 430 Вт. Предложена, сконструирована и разработана компактная индукционная люминесцентная лампа с ЭПРА, встроенным в цоколе лампы, работающая на частоте 130-200 кГц и мощности 20-25 Вт со световой отдачей 70 лм/Вт.

9. Предложены, сконструированы и экспериментально апробированы лампы трансформаторного типа нового поколения: а) с цилиндрической разрядной трубкой диаметром 100 мм и мощностью 400-500 Вт, работающие на частотах 100-400 кГц со световой отдачей 80-90 лм/Вт; б) с разрядной трубкой эллиптического сечениия, работающие на частотах 100-150 кГц и мощностях 60200 Вт со световой отдачей, превышающей 90 лм/Вт.

10. Предложены, сконструированы и экспериментально апробированы два новых типа бесферритных безэлектродных индукционных люминесцентных ламп в замкнутых и незамкнутых цилиндрических трубках, в которых для возбуждения индукционного разряда используется индуктивная катушка, охватывающую лампу по ее продольному периметру. Лампы работают на частотах ВЧ поля 20015 000 кГц и мощностях 100-500 Вт со световыми отдачами 80-90 лм/Вт.

Результатом исследований характеристик индукционных люминесцентных ламп низкого давления, проведенных в диссертации в широком диапазоне частот ВЧ поля и мощности лампы, типов конструкции ВЧ индукторов и конструктивных параметров разрядных колб и трубок стало создание нового направления в индукционных газоразрядных люминесцентных источников света: низкочастотные 100-400 кГц безэлектродные индукционные люминесцентные лампы с низким давлением инертного газа 0,01- 0,5 мм рт.ст., работающие на удельных мощностях плазмы 1,5-15 Вт/см со световой отдачей 80-100 лм/Вт.

Практическая значимость работы

1. Полученные в работе аналитические выражения могут быть использованы для создания инженерных методов расчета характеристик и конструктивных параметров безэлектродных газоразрядных источников излучения.

2. Рассчитанные на частотах 100-400 кГц характеристики и параметры плазмы индукционного разряда низкого давления позволяют оценить, насколько оптимально выбраны конструктивные параметры и условия питания индукционных люминесцентных ламп, и наметить пути их улучшения.

3. Разработаны, исследованы и доведены до опытного образца индукционные люминесцентные лампы с полостью, работающие на частоте 135 кГц со световой отдачей 94-95 лм/Вт. На их основе фирмой Panasonic выполнены инженерные разработки и налажен выпуск индукционных источников света различной мощности: Everlight 50, Everlight 150 и Everlight 240.

4. Разработана, исследована и доведена до опытного образца компактная индукционная люминесцентная лампа мощностью 23 Вт, работающая на частоте 100 кГц со световой отдачей 65 лм/Вт. На ее основе фирмой Matsushita (Panasonic) разработаны два компактных индукционных люминесцентных источника света со сроком службы 30 тыс. часов, работающих на частоте 480 кГц: а) 12 Вт (световой поток 800 лм); Ь) 20 Вт (световой поток 1300 лм).

5. Предложены и апробированы бесферритные индукционные трубчатые люминесцентные лампы прямой и кольцевой формы, возбужденные ВЧ током индуктивной катушки с продольным расположением витков. Лампы работают на частотах 2,5-14 МГц, мощности 100-200 Вт со световой отдачей 83-85 лм/Вт. Они отличаются простотой конструкции, технологичностью и представляют практический интерес для ламп общего освещения и источников УФ излучения.

6. Разработаны методы контроля температуры ртутной амальгамы, обеспечивающие в заданном интервале температур окружающей среды максимальный световой поток лампы. Предложены метод и конструкция устройства, поддерживающие температуру индуктивной катушки и ферромагнитного сердечника ниже критической.

7. Результаты исследований включены в программы курсов «Источники оптического излучения», «Тенденции развития источников света и ПРА» и «Расчет и конструирование источников света» и легли в основу учебного пособия «Индукционные источники света» для бакалавров и магистров светотехнической специальности (Изд. дом МЭИ, 2010, 64 е.).

Достоверность полученных результатов

1. Измерения проводились на большом количестве экспериментальных образцов при широком варьировании конструктивных параметров вакуумных блоков и ВЧ индукторов с применением современного высокоточного измерительного оборудования.

2. По результатам исследований предложены, сконструированы и разработаны опытные образцы индукционных люминесцентных ламп, которые легли в основу промышленных изделий, светотехнические и эксплутационные параметры которых соответствуют таковым, полученным диссертантом в ходе исследований.

3. Результаты расчетов электрических и энергетических характеристик индукционных разрядов, проведенных диссертантом в рамках развитой им модели, находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными

Апробация работы и публикации

Список работ, в которых нашли свое отражение основные результаты диссертации, содержит 45 публикаций, включая 19 патентов США, одну монографию и 20 статей в ведущих зарубежных и отечественных журналах, входящих в список ВАК: J.Appl. Phys., Plasma Sources Sei. and Technol., Журнал технической физики, Физика высоких температур, Светотехника, Вестник МЭИ. Результаты диссертации докладывались на международных конференциях Int'l. Symp. Science and Technol. Light Sources и Int'l. Conf. Phenom. in Ionized Gases.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения. Общий объем диссертации (без Приложений) 412 страниц, включающих 391 страницу машинописного текста с 236 рисунками и 2 таблицами и 21 страницу списка литературы из 247 наименований. В конце диссертации даны Приложения.

Основные результаты диссертационной работы следующие:

1. Создано новое направление индукционных газоразрядных люминесцентных источников света: низкочастотные 100-400 кГц индукционные люминесцентные лампы, работающие на высоких удельных мощностях плазмы 1,5-15 Вт/см и низких давлениях инертного газа 0,01-0,5 мм рт.ст.

2. На основе трансформаторного подхода, электродинамической модели индукционной плазмы, уравнений мощности потерь в ВЧ индукторе и эмпирических соотношениях световой отдачи плазмы от мощности плазмы и напряженности ВЧ электрического поля от конструктивных параметров разрядной трубки предложена комплексная модель индукционной люминесцентной лампы низкого давления. В рамках модели получены аналитические соотношения, позволяющие рассчитать мощность потерь в ВЧ индукторе, параметры индукционной плазмы (разрядный ток /р/, напряженность ВЧ индукционного электрического поля ЕрЪ добротность плазмы и коэффициент связи плазменного витка с ВЧ индуктором к) и скорость уменьшения световой отдачи плазмы с ее мощностью.

3. Предложены электродинамические модели плазмы индукционного разряда в бесферритных замкнутых и незамкнутых индукционных лампах, возбуждаемых индуктивной катушкой, в рамках которых рассчитано пространственное распределение напряженности ВЧ электрического поля, плотности разрядного тока и обьемной плотности мощности плазмы. Расчеты находятся в удовлетворительном согласии с экспериментом.

4. В результате теоретических и экспериментальных исследований емкостного и индукционного разрядов, возбужденных ВЧ током индуктивной катушки на частотах 100-15000 кГц в смеси паров ртути и инертного газа низкого давления, было установлено, что зажиганию индукционного разряда предшествует зажигание емкостного разряда. Анализ двух типов ВЧ электрических полей, емкостного и индукционного, генерированных током индуктивной катушки показал, что вблизи витков катушки напряженность емкостного поля значительно превышает напряженность индукционного поля.

5. Проведено экспериментальное исследование зажигания индукционного разряда низкого давления в смеси паров ртути и инертного газа в разрядных колбах различной конфигурации в диапазоне частот ВЧ поля /= 100-15000 кГц, удельных мощностей плазмы Р/ = 1,0 - 15 Вт/см и давлений инертного газа = 0,01- 2,0 мм рт.ст. Обнаружено, что на частотах со = 2izf<< v напряженность ВЧ электрического поля зажигания индукционного разряда Eind и соответствующее ей ВЧ напряжение на индуктивной катушке Vind не зависят от частоты ВЧ поля. На частотах со ~ v наблюдается слабо выраженный минимум в зависимости Vind от / Ток индуктивной катушки и мощность зажигания индукционного разряда уменьшаются с частотой ВЧ поля на всех исследованных частотах/

6. Экспериментально обнаружено, что в установившемся режиме работы лампы характер зависимости (возрастающая или спадающая) мощности потерь в ВЧ индукторе Рс от мощности лампы Р и частоты ВЧ поля /зависит от добротности плазменного витка/шнура Q2. На частотах, где со « v, мощность потерь Рс уменьшается с мощностью лампы Р и частоты ВЧ поля / В мегагерцовом диапазоне частот, где со ~ v, Рс растет с Р и / Обнаруженные зависимости находятся в хорошем согласии с расчетом, проведенным в рамках предложенной модели.

7. Экспериментально обнаружено и подтверждено теоретически, что световая отдача индукционной люминесцентной лампы r\v может быть представлена как произведение к.п.д. ВЧ индуктора rjc на световую отдачу плазмы rjpi (rjv = rjcrjpi). Рост мощности лампы ведет к увеличению к.п.д. ВЧ индуктора и к уменьшению плазменной световой отдачи. В результате, зависимость rjv от Р имеет максимум, который сдвигается в сторону меньших мощностей с увеличением частоты ВЧ поля и удельной мощности плазмы Pj.

8. Экспериментальные исследования светотехнических характеристик индукционных люминесцентных ламп разных типов показали, что световая отдача плазмы rjpi = Ф/Рр1 не зависит от частоты ВЧ поля, но уменьшается с мощностью плазмы как rjp! = щ - ВРр!. Здесь rj0 - «нулевая» световая отдача, зависящая от состава люминофора и незначительно возрастающая с размером разрядного промежутка Udi/, В - скорость уменьшения световой отдачи плазмы с мощностью, слабо меняющаяся с мощностью плазмы и увеличивающаяся пропорционально (pu.z/^dij)1/2- Обнаружено, что экспериментальная зависимость г]р1 = rjo - BPpi коррелирует с рассчитанной в рамках модели индукционного разряда зависимостью разрядного тока /р/ от Ppt, а скорость уменьшения световой отдачи плазмы В обратно пропорциональна напряженности ВЧ поля в плазме Ер1.

9. Экспериментально обнаружено, что зависимости световых отдач плазмы и лампы от давления инертного газа имеют максимум, сдвигающийся в сторону меныцих давлений с увеличением мощности лампы и размера разрядного промежутка/диаметра трубки. Увеличение диаметра разрядной колбы/ трубки на малых диаметрах трубки ведет к резкому росту световой отдачи лампы. Начиная с определенного диаметра, рост световой отдачи прекращается.

10. На основе проведенных в диссертации экспериментальных и теоретических исследований электрических, энергетических и световых характеристик индукционных ламп с полостью диссертанту удалось добиться на мощностях ламп 40-230 Вт и частотах ВЧ поля 135-150 кГц высоких световых отдач плазмы щР1 =105-110 лм/Вт и высокого к.п.д. ВЧ индуктора г\с > 0.95. Это позволило достичь высоких световых отдач ламп r\v = rjcrjp! = 95-100 лм/Вт. По результатам этих исследований диссертантом была разработана серия индукционных люминесцентных ламп с полостью, работающих на частоте 135 кГц и разных уровнях мощности со световой отдачей, превышающей 90 лм/Вт. Конструкции и характеристики этих ламп были положены фирмой Панасоник в основу инженерной разработки источников света серии Everlight на трех уровнях мощности: 55, 165 и 230 Вт. Особенности конструкции ламп защищены патентом США 6,081,070 [170].

11. Предложена, сконструирована и разработана компактная индукционная люминесцентная лампа с интегрированным в ее цоколе ЭПРА, работающая на частоте от 132 до 175 кГц и мощности 23-25 Вт со световой отдачей 67-73 лм/Вт. Ее конструкция и параметры положены в основу разработанных фирмой Панасоник двух индукционных люминесцентных источников света с интегрированным в цоколе ЭПРА модели Pa-Look Ball на двух уровнях мощности: 12 и 20 Вт. Особенности конструкции лампы защищены патентами США 6,433,478 В1 [167], 6,768,248 В2 [169] и 6,404,141 В1 [230].

12. Впервые предложен, сконструирован и исследован бесферритный индукционный источник света в замкнутой разрядной трубке, возбуждаемый индуктивной катушкой, размещенной по «внутреннему» или по «внешному» периметру лампы. Источник света работает на частоте 200-20 000 кГц и мощности 60-400 Вт со световой отдачей 85-90 лм/Вт. Принцип работы лампы и ее конструкция защищены патентом США 6,362,570 В1 [146].

13. Впервые предложен, сконструирован и исследован бесферритный люминесцентный источник света в незамкнутой цилиндрической трубке, возбуждаемый индуктивной катушкой, охватывающей трубку по ее периметру в продольном направлении. Источник света работает на частоте 400 - 15000 кГц и мощности 50 - 300 Вт со световой отдачей 80-85 лм/Вт. Принцип работы лампы и ее конструкция защищены патентом США 6,362,570 В1[132].

14. Впервые предложена, сконструирована и исследована индукционная люминесцентная лампа с двумя полостями и размещенными в них двумя симметричными ВЧ индукторами, работающая на частоте 135 кГц и мощности 415 Вт со световой отдачей 96 лм/Вт. Принцип работы лампы и ее конструкции защищены в патенте США 6,605,889 В2 [231].

15. Впервые предложена, сконструирована и исследована лампа трансформаторного типа с замкнутой разрядной трубкой эллиптического сечения, работающая на частоте 135 кГц и мощности 100 Вт со световой отдачей 101 лм/Вт.

16. Проведено экспериментальное исследование характеристик ламп трансформаторного типа с разрядными трубками кругового сечения на мощности лампы 40-400 Вт и частот ВЧ поля 100-400 кГц в широком интервале изменений конструктивных параметров разрядной трубки и магнитопровода. Обнаружено, что зависимости световой отдачи лампы от давления буферного газа, длины плазменного витка и сечения магнитопровода имеют максимум. Конструкция лампы защищена патентом США 6,522,085 В2 [162].

17. В ходе работы над диссертацией автором были предложены, сконструированы и апробированы конструктивные решения, позволяющие улучшить эксплутационные характеристики разработанных диссертантом индукционных люминесцентных ламп:

- Предложены, сконструированы и экспериментально апробированы в лампах с полостью электростатические экраны для уменьшения емкостной связи плазмы с ВЧ индуктором и одновременно для отвода тепла от ВЧ индуктора в базу лампы. Метод и конструкция защищены патентом США 5,621,266 [155].

- Предложена, сконструирована, разработана и апробирована в индукционной лампе с полостью бифилярная индуктивная катушка, которая значительно снижает ВЧ потенциал катушки по отношению к плазме, тем самым уменьшая энергию ионов, ускоряемых в слое между плазмой и стенкой полости. Конструкция защищена патентом США 5,726,523 [159].

- Предложена, сконструирована и экспериментально апробирована индукционная лампа с полостью с разделенными в пространстве областями разрядной колбы, где зажигаются емкостной и индукционный разряды. Метод и конструкция защищены патентом США 5,723,947 [158].

- Предложен, сконструирован и экспериментально апробирован флаг зажигания со вспомогательной амальгамой, ускоряющий разгорание индукционной лампы. Конструкция флага защищена патентом США 5,698,951 [183]

- Предложен и экспериментально апробирован в индукционной люминесцентной лампе метод нагрева основной амальгамы спиралью, по которой протекает ток индуктивной катушки. Метод защищен патентом США 5,773,926 [185].

- Предложены, сконструированы и экспериментально апробированы устройства для охлаждения компонентов ВЧ индуктора и поддержания их на температурах ниже 180°С. Конструкции охлаждающих устройств защищены патентами США 5,621,266 [155], 6,433,478 В1 [167], 6,249,090 В1 [168] и 7,088,033 [186].

Инновационные разработки в технологии индукционных ламп, проведенные соискателем, защищены в 19 патентах США. Результаты экспериментальных и теоретических исследований индукционных ламп представлены в монографии и 20 научных публикациях в ведущих реферируемых отечественных и международных журналах (список ВАК): J. Appl. Phys., Plasma Sources Science and Technology, Журнал технической физики, Теплофизика высоких температур, Светотехника, Вестник МЭИ.

Наиболее важные результаты исследований и разработок докладывались на Международных симпозиумах по источникам света и опубликованы в тезисах симпозиума. Часть материала диссертации изложена в учебном пособии «Индукционные источники света», написанном соискателем для лекций по курсам «Источники оптического излучения», «Тенденции в развитии источников света и ПРА» и «Расчет и конструирование источников света».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Hittorf J.W. Uber die Elektricititatsleitung der Gase//Ann.Phys. 1884. vol. 21. P. 90.

2. Tesla N. Tesla's experiments with alternating current at high frequency// Electrical Engineer 1891. vol.7. P.549.

3. Hewitt P.C. Induction vapor or gas electric lamp // US Patent 843,533. Feb.5, 1907.

4. Thomson J.J. On the discharge of the electricity through exhausted tubes without Electrodes // Phil. Mag. 1891. vol. 32. P.321.

5. Thomson J.J. Electrodeless discharges through gases // Phil. Mag. 1927. vol. 4. P.1128.

6. Townsend J.S. and R.H. Donaldson. Electrodeless discharges // Phil. Mag. 1928. vol. 5. P.178.

7. MacKinnon K.A. On the origin of the electrodeless discharge // Phil. Mag. 929. vol. 8. P. 605.

8. Brasefield C.J. High frequency discharges in mercury, helium and neon // Phys. Rev. 1929. vol. 34.P.1627.

9. Knipp.C.T. Relative intensities of the magnetic and electrostatic illumination components in the electrodeless discharge // Phys. Rev. 1931. vol. 37. P.756.

10. Smith H., Lynch W.A. and Hilberry N. The electrodeless discharge in mercury vapor// Phys. Rev. 1931. vol. 37. P. 1091.

11. Tykocinski-Tykociner J. Measurement of current in electrodeless discharges by means of frequency variations // Phil. Mag. 1932. vol.13. P.953.

12. Kunz J. Theory of electromagnetic and electrostatic induction in electrodelessdischarges // Phil. Mag. 1932. vol.13. P. 964.

13. Joseph Bethenod and Andre Claude.Electromagnetic apparatus //US Patent 2,030,957. Feb. 18, 1936

14. Clarence J. Le Bel. Electric lamp // US Patent 2,118,452. May 24, 1938.

15. Smith C.G. Studies of a ring discharge // Phys. Rev. 1941. vol.59. P. 997.

16. БабатГ.И. Безэлектродные разряды и некоторые связанные с ними

17. Вопросы // Вестник электропромышленности. 1942, т. 2, С. 1-12;т.З,С.2-8.

18. W.B.Greenlee. Gaseous discharge lamp // US Patent 2,624,858. Jan. 6, 1953

19. T.B. Reed. Induction-coupled plasma torch. // J. Appl. Phys. 1961. vol. 32, P. 821.

20. Mary F. Romig. Steady State Solutions of the Radiofrequency Discharge with Flow//Phys. Fluids 1960. vol. 3. P. 129.

21. S.Kubota. Study of breakdown of gases by purely azimuthal electric fields // J. Phys. Soc. Japan. 1962. vol.17. P. 1314.

22. W.A. Marrison. Electrodeless vapor discharge witj auxiliary radiation triggering Means // US Patent 3,227,923. Jan.4, 1966.

23. N. Contaxes and A. J. Hatch. High frequency fields in solenoidal coils // J. Appl. Phys. 1969. vol. 40. P. 3548.

24. Gruzdev V.A., Bakeev A.A.,Skvortsov B.V. Electrodeless high-frequency light Source // US Patent 3,551,742. Dec.29. 1970

25. Hans U. Eckert. A cool mercury plasma tunnel // J. AeroSpace Sei. 1959. v. 26. P. 515.

26. R.L. Barger, J.D. Brooks, and W.D. Beasley. The design and operation of a continious-flow electordeless plasma accelerator //TN Dl004. NASA. Feb. 1962.

27. J.D. Brooks, W.D. Beasley, and R.L. Barger. Characteristics of a continiuos-flow induction plasma accelerator // TR R-219. NASA. Feb. 1965.

28. Hans U. Eckert. Analysis of thermal induction plasma dominated by radial conduction losses // J. Appl. Phys. 1970. vol. 41. P. 1520.

29. Hans U. Eckert. Induction Plasmas at low frequencies // AIAA Journal. 1971. vol.9. P.1452.

30. Hans U. Eckert. // J. Appl. Phys. 1962. vol. 33, 6 p. 2780.

31. J.M. Anderson. Electrodeless fluorescent lamps exited by soienoiaal electric Fields //J. Illum.Eng. Soc. 1969. vol. 64. P.236-241.

32. J.M. Anderson. Electrodeless gaseous electroc discharge devices utilizingferrite cores // US Patent 3,500,118. Mar. 10, 1970.

33. J.M. Anderson. High frequency electrodeless fluorescent lamp assembly // US Patent 3,521,120. July 21, 1970

34. J.M. Anderson. Integrally ballasted Electrodeless fluorescent lamp // US Patent3987.334. Oct. 19, 1976.

35. J.M. Anderson. Electrodeless fliorescent lamp bulb RF power energized through magnetic core located partially within gas discharge space // US Patent3987.335. Oct. 19, 1976.

36. J.M. Anderson. Electrodeless fluorescent lamp having a radio frequency gas discharge excited by a closed loop magnetic core // US Patent 4,017,764. Apr. 12, 1977.

37. V.L. Stout, J.M. Anderson. Electrodeless fluorescent lamp with reduced spurious electromagnetic radiation // US Patent 4,187,447. Feb.5, 1980.

38. J.M. Anderson. The SEF lamp: a compact, energy-efficient replacement for the incandescent lamp // General Electric, Report # 83CRD039, Feb. 1983.

39. D.D. Hollister. Light generation by a electrodeless fliuorescent lamp // US Patent 4,010,400. Mar. 1, 1977.

40. D.D.Hollister. Method and means for improving the efficiency of light generation by an electrodeless fluorescent lamp // US Patent 4,119,889. Oct. 10, 1978.

41. A.M. Троицкий и Д.Д. Юшков. Определение параметров безэлектродного Разряда И Светотехника, 1984, #11. С. 6.

42. Y.A. Godyak, R.B. Piejak, and В.М. Alexandrovich. Electrical and light characteristics of RF-inductive fluorescent lamps // Journal 111. Eng. Soc. Winter 1994. P. 40^14.

43. W.W.Piper. Fluorescent lamp phosphor combination // US Patent 4,357,559. Nov. 2, 1982.

44. J.W. Denneman, H.B.B. van Dam, P.F.J.A. Wouters. Electrodeless gas discharge lamp // US Patent 4,422,017. Dec. 20, 1983.

45. V.D. Roberts. Amalgam heating system for solenoidal electric field lamps // US

46. Patent 4,437,041. Mar. 13, 1984.

47. H. Houkes, J.W. Denneman, P. Postma. Electrodeless gas and/or vapour discharge lamp // UK Patent GB 2 133 612B. Jul. 25, 1984.

48. P.Postma. Electrodeless gas discharge lamp having heat conductor disposed within magnetic core // US Patent 4,536,675. Aug. 20, 1985.

49. H. Houkes, J.W. Denneman, P. Postma. Discharge lamp with interference Shielding // US Patent 4,568,859. Feb. 4, 1986.

50. T.J.H. Smeelen. Electrodeless discharge lamp with rapid light build-up // US Patent 4,622,495. Nov. 11, 1986.

51. P.Postma, J.A.J.M. Vliet. Electrodeless low-pressure discharge lamp // US Patent 4,661,746. Apr. 28, 1987.

52. P. Postma, P.W.M. Lepelaars. Electrodeless metal vapor discharge lamp with minimized electrical interference // US Patent 4,704,562. Nov. 3, 1987.

53. H. Houkes, P. Postma, A.C.van Veghel. Electrodeless low-pressure discharge Lamp // US Patent 4,710,678. Dec. 1, 1987.

54. P. Postma, A.C. van Veghel. Electrodeless low-pressure discharge lamp // US Patent 4,727,295. Feb. 23, 1988.

55. P. Postma, A.C.van Veghel. Electrodeless low-pressure discharge lamp // US Patent 4,728,867. Mar. 1, 1988.

56. H.J.M. De Jong. Electrodeless low-pressure discharge lamp having a straight exhaust tube fixed on a conical stem // US Patent 4,797,595. Jan. 10, 1989.

57. J.R.M. Bergervoet, L.U.E.Konings. Electrodeless low-pressure discharge Lamp // US Patent 4,977,354. Dec. 11, 1990.

58. D.O. Wharmby, S-A. El-Hamansy. Low power compact electrodeless lamp // Proc. 6th Int'l Symp. Sci. Technol. Light Sources. 1992. Budapest. P. 26-29.

59. S-A. El-Hamamsy. Low power compact electrodeless lamps // Proc. 7th Int'l Symp. Light Sources, Kyoto. August 1995.

60. G.A. Farral, J.P. Cocoma, J.C. Borowiec, R.F. Pashley. Excitation coil for an electrodeless fluorescent lamp // US Patent 5,343,126. Aug. 30, 1994.

61. J.C. Borowiec, K.J. Downton, S-A. El-Hamamsy. Accurate placement and retention of an amalgam in an electrodeless fluorescent lamp // European Patent Application 0 646 942 Al. Apr. 5, 1995.

62. C.E. Scott, V.J. Arsena, S.Vamvakas, J.C. Oberle. Electrodeless lamp with external conductive coating // US Patent 5,412,280. May 2, 1995.

63. J.C. Borowiec, J.P. Cocoma. Amalgam support in an electrodeless fluorescent Lamp // US Patent 5,412,288. May 2, 1995.

64. B. Antonis. Electrodeless fluorescent lamp // European Patent Application 0660375 A2. June 28, 1995.

65. V.D. Roberts, S-A. El-Hamamsy, T.A. Taubert, J.D. Mieskoski. Virtual fixture for reducing electromagnetic interaction between an electrodeless lamp and a metallic fixture // US Patent 5,461,284. Oct. 24, 1995.

66. R.H. Wilson, D.A. Doughty, J.P. Cocoma. Apparatus for securing an amalgam at the apex of an electrodeless lamp // US Patent 5,500,567. Mar. 19, 1996.

67. S.J. Everest, B. Antonis. Electrodeless fluorescent lamp having an insulative housing arrangement //US Patent 5,568,433. Sep. 16, 1997.

68. P.H. Antonis, P. Postma. Lighting unit, electrodeless low-pressure discharge lamp, and discharge vessel // US Patent 4,696,426. Dec. 9, 1997.

69. S. Vamvakas, T.A. Taubert, M.H. Girach, C.E. Scott, V.J. Arsena. Electrodeless lamp with external insulative coating // US Patent 5,708,331. Jan. 13, 1998.

70. B.J. Roelevnik. Lighting unit, electrodeless low-pressure discharge lamp, and discharge vessel for use in the lighting unit // US Patent 5,723,941. Mar. 3, 1998.

71. J.B. Jansma, T.F. Soules. Fluorescent lamp having reflective layer // US Patent 5,726,528. Mar. 10, 1998.

72. A.J. Spaapen, J.T.J.van Haastrecht, T.J.M.J.van Gennip. Electrodeless low-pressure discharge lamp // US Patent 5,751,110. May 12, 1998.

73. J.C. Borowiec. Multiple-discharge electrodeless fluorescent lamp /7 US Patent 5,760,547. Jun. 2, 1998.

74. D.O. Wharmby, Z. Toth, I. Nagy. Electrodeless Fluorescent lamp having areduced run-up time // US Patent 5,767,617. Jun. 16, 1998.

75. J.P. Cocoma, W.N. Schultz, M.P. Dennin, W.J. Jones. Electrodeless fluorescent lamp having feedthrough for direct connectrion to internal EMI shield and for supporting an amalgam // US Patent 5,783,912. Jul. 21, 1998.

76. G.M. Forsdyke, J.D. Michael, S.J. Everest, J.C. Borowiec, Z. Toth. Amalgam positioning in an electordeless fluorescent lamp // US Patent 5,789,885. Aug. 4, 1998.

77. D.O. Wharmby, M.H. Girach. Electrodeless fluorescent lamp with electrically conductive coating // US Patent 5,808,414. Sep. 15, 1998.

78. L.R. Nerone, J.D. Mieskoski. External metallization configuration for an electrodeless fluorescent lamp //US Patent 5,825,130. Oct. 20, 1998.

79. M.H. Girach. Electrodeless fluorescent lamp // US Patent 5,834,890. Nov. 10,1998.

80. J.C. Borowiec, M.G. Scott, S.A. Malin, E. Soos. Amalgam support arrangement for an electrodeless discharge lamp // US Patent 5,841,229. Nov. 24, 1998.

81. T. Farkas, T.A. Taubert, G.A. Farral, G.A. Grigor, D.O. Wharmby. Induction lamp with oppositely oriented coil winding layers // US Patent 5,866,991. Feb. 2,1999.

82. L.G.M. Michels, P.F.J, van den Boom. Lighting unit and electrodeless low-pressure discharge lamp and discharge vessel for use in lighting unit // US Patent 5,912,536. Jun. 15, 1999.

83. T.F. Soules, J.D. Michel, D.O. Wharmby. Electrodeless fluorescent lamp // US Patent 5,959,405. Sep. 28, 1999.

84. F. Hetzel, R.S. McFeely, V.J. Arsena, J.C. Oberle, D.O. Wharmby, S.J. Everest, M.H. Girach. Coil assembly for an electrodeless lamp // US Patent 6,084,359. Jul. 4, 2000.

85. G.M. Forsdyke, S.A. Mucklejohn, M.H. Girach. Electrodeless discharge lamp // US Patent 6,097,137. Aug. 1, 2000.

86. A. Bader, G. Sajo, J.D. Mieskoski. Electrodeless low-pressure discharge lamphaving ultraviolet reflecting layer // European Patent Application 1 221 714 Al. Jul. 10, 2002.

87. A. Kroes, P.G. van Engen. Electrodeless low-pressure discharge lamp // US Patent 4,927,217. May 22, 1990.

88. H.H.J. Eggink, W.H.A.M. Friedrichs, A. Netten, H.H.M.van der Aa; M.W.Schuiteman. Electrodeless low-pressure discharge lamp // US Patent 5,006,752. Apr. 9, 1991.

89. W.H.A.M. Friederichs, N.G.T. van Gennip. Electrodeless low-pressure discharge lamp //US Patent 5,130,912. Jul. 14, 1992.

90. J. Schlejen. Induclively-coupled fluorescent lamps: The QL lighting system // Proc.6th Int'l. Symp. Sei. Technol. Light Sources, Budapest, Sept. 1992. P. 307.

91. K. Vegter, A. De Biji, J.V. Kemenade, J. Schlejen. Induction lighting: a high quality, compact electrodeless lighting system // Abstract for IESNA Annual Conf., 1993. P.641.

92. H.J. Eggink, W.H.A.M. Friederichs, N.C.T.van Gennie. Electrodeless low-pressure discharge // US Patent 5,291,091. Mar. 1, 1994.

93. D.F.W.van Lierop, H.H.M. van der Aa, N.H.J, van der Peppel. Electrodelesslow-pressure discharge lamp having a cooling body with a partitioned vapor channel // US Patent 5,355,054. Oct. 11, 1994.

94. P.H. Antonis, J. Schlejen, L.U.E. Konings. Illumination unit, and electrodeless low-pressure discharge lamp and coil suitable for use therein // US Patent 5,465,028. Nov. 7, 1995.

95. J.H. Wessels, J.P. Balm, J. Schlejen, P.H. Antonis. Electrodeless low-pressure discharge lamp // US Patent 5,563,474. Oct. 8, 1996.

96. P.H. Antonis, H.J. Eggink, W.H.A.M. Friederichs. Electrodeless low-pressure Lamp // US Patent 5,572,083. Nov. 5, 1996.

97. J.A.J. Daniels, W.L.G. Eijkens. Illumination unit, and electrodeless low-pressure discharge lamp, holder, and suuply unit suitable for use in the illumination unit // US Patent 5,650,695. Jul. 22, 1997.

98. P.H. Antonis, K.Vegter. Electrodeless low-pressure discharge lamp, and lighting unit provided with such a lamp // US Patent 5,694,000. Dec. 2, 1997.

99. N.G.T. van Gennip, P.J.M.Fransen, W.H.A.M. Friederichs, P.H. Antonis. Electrodeless low-pressure discharge lamp // US Patent 5,804,911. Sep. 8, 1998.

100. W.L.G. Eijkens. Electrodeless low-pressure discharge lamp // US Patent 5,811,914. Sep. 22, 1988.

101. N.G.T. van Gennip, P.J.M. Fransen, W.H.A.M. Friederichs, P.H. Antonis. Electrodeless low-pressure discharge lamp with specific electrical conductor clamping means // US Patent 5,903,109. May 11, 1999.

102. M.J.M. Willems, A.M. Klaassen, P.A.M. Vermeulen. Electrodeless low-pressure mercury discharge lamp // US Patent 5,994,837. Nov. 30, 1999.

103. J. Schlejen, J.J.M. Buck, J. Roozekrans. Electrodeless low-pressure mercury vapor discharge lamp employing a high frequency magnetic field having a layer of aluminum oxide particles // US Patent 6,051,922. Apr. 18, 2000.

104. L.G.M.Michiels, P.F.J, van den Boom, P.H. Antonis. Low-pressure discharge lamp and method of manufacturing a low-pressure discharge lamp // US Patent 6,137,236. Oct. 24, 2000.

105. M.H. Smulders. Low-pressure discharge lamp // US Patent 6,201,347 Bl. Mar. 13,2001.

106. J.W.A.M. Gielen, R.M.A.Driessen, H.J.G. Gielen. Induction lamp system and induction lamp // US Patent 6,373,198 Bl. Apr. 16, 2002.

107. V.A. Godyak, B.M. Alexandravich, A.A. Sapozhnikov, and K.R. Hutcherson. Re-entrant cavity fluorescent lamp system // US Patent 7,119,486 B2. Oct. 10, 2006.

108. A. Netten, C.M. Verheij. he operation principles of thr Philips QL lamp System // Philips Lighting B.V., 1991.

109. J. Gielen, P. Antonis, and H. Verhaar. A long life induction lamp with high lumen output // Proc. 8th Int'l. Symp. Sei. Technol. Light Sources. 1998. Greifswald. Germany. P. 142.

110. A.J.A. Vermeulen, R.J. Pet. Electrodeless low-pressure sodium vapor discharge lamp having a discharge vessel of improved construction // US Patent 5,336,971. Aug. 9, 1994.

111. M. Shinomiya, M. Toho, and M. Kawaguchi. Impedance characteristics and its equivalent circuit of the electrodeless lamp excited by the air-cored coil // Proc. 6th Int'l Symp. Sei. Technol. Light Sources. 1922. Budapest. P. 333 334.

112. M. Monte. M. Matsuoka, M. Kawaguchi. Mode transition in an inductivelythcoupled discharge // Proc. 8 Int'l Symp. Sei. Technol. Light Sources. 1998,

113. Greifswald, Germany, p.85-86.

114. M. Shinomiya, K. Kobayashi, M. Higashikawa, S. Ukegawa, J. Matsuura, and K. Tanigawa. Development of the electrodeless fluorescent lamp // J. Ilium. Eng. Soc., 1991, v. 20. #1. P. 44 -49.

115. S. Ukegawa, M. Shinomiya, M. Higashikawa, T. Uetsuki, K. Kobayashi. Electrodeless discharge lamp // US Patent 5,013,975. May 7, 1991.

116. Kapil Rajaraman and Mark J. Kushner. Radiation trapping in electrodeless lamps: "complex geometries and operating conditions // Proc. 56th Gaseous Electronics Conference. 2003. San Francisco. USA.

117. Физикам техника низкотемпературной плазмы; под общ. ред. С.В. Дресвина. М.: Атомиздат, 1972.

118. W. L. Johnson. Electrostatically-shielded inductively-coupled RF Plasma Sources // in a book High density plasma sources, ed. By O.A. Popov. 1995. Noyes Publications. Park Ridge. NJ.

119. W.M. Hooke, B.R. Stoner, S.P. Bozeman, R.E. Fauber, T.L. Munsat, S. Washburn. Electrode designs for high pressure magnetically assisted inductively coupled plasmas //US Patent 5,648,701. Jul. 15, 1997.

120. L.J. Young, V. Pacak. Plasma generating apparatus having an electrostatic shield //US Patent 5,903,106. May 11, 1999.

121. Белл B.E., Блум A.JI., Линч E. Спектральные лампы, наполненные парами щелочных металлов // Приборы для научных исследований. 1961. # 6. С.79

122. Высокочастотные безэлектродные источники света // Под ред. Э. Краулиня, С. Путиня, А. Скудра. Латвийский университет. 1992. Рига.

123. G.G. Lister and М. Сох. Modelling of inductively coupled discharges with internal and external coils // Plasma Sources Sci. Technol. 1992. V.l. P. 67-73.

124. V.A. Godyak, B. Alexandrovich, R.B. Piejak, E. Statnic. High Intensity Electrodeless Low Pressure Light Source Driven by a Transformer Core Arrangement // US Patent 5,834,905. Nov. 10, 1998.

125. J. Shaffer and V.A. Godyak. The Development of low frequency high output electrodeless fluorescent lamp // J. Ill.Eng. Soc. Winter 1999. P.142.

126. C.B. Гвоздев-Карелин. Особенности и примеры применения безэлектродной люминесцентной лампы Endura фирмы 08гат//Светотехника, 2006. # 3. С.9.

127. Donald К. Smith, Xing Chen, William M.Holber, Eric Georgelis. Toroidal low-field reactive gas source // US Patent 6,150,628. Nov. 21, 2000.

128. Donald K. Smith, Stephen F. Home, Matthew M. Besen, Paul A. Blackborow. Inductively-driven plasma light source // US Patent 7,307,375. Dec. 11, 2007.

129. Michael S. Cox, Canfeng Lai, Robert B. Majewski, David P. Wanamaker, Christopher T. Lane, Peter Loewenhardt, Shamouil Shamouilian, John P. Parks. Toroidal plasma source for plasma processing // US Patent 6,418,874. May 25, 2000.

130. M.B. Исупов, И.М. Уланов, А.Ю. Литвинцев, К.Н. Колмаков. Экспериментальное исследование энергетических характеристик индукционного разряда трансформаторного типа в парах ртути // Теплофизика и Аэромеханика. 2002. Т.9. С. 151-161.

131. М.В. Исупов, И.М. Уланов, А.Ю. Литвинцев. Экспериментальное исследование электрических и оптических характеристик индукционного разряда трансформаторного типа в неоне // Теплофизика высоких температур. 2004, т.42. # 5. С. 683-689.

132. М.В. Исупов, И.М. Уланов. Анализ параметров плазмы индукционногоразряда трансформаторного типа в неоне // Теплофизика высоких температур. 2005. т.43. #2. С. 181-187.

133. М.В. Исупов, С.В. Кротов, А.Ю. Литвинцев, И.М. Уланов. Индукционная ультрафиолетовая лампа // Светотехника. 2007. # 5. С.37-40.

134. Айкун Вонг, Вейде Ли, Ки Лонг, Дахуа Чен, Юминг Чин. Безэлектродные люминесцентные лампы и аппаратура для их питания с использованием интегральных микросхем // Светотехника. 2006. # 2. С. 22-25.

135. О.A. Popov and R.T. Chandler, "High Frequency Ferrite-free Electrodeless Lamp with Axially Uniform Plasma, US Patent 6,362,570 Bl. Mar. 26, 2002.

136. O.A. Попов. Эффективный источник света на индуктивном бесферритном разряде на частотах 300-3000 кГц // Журнал Технической Физики. 2007. # 6, С. 74-80.

137. Дж. Майа, О.А. Попов, Р.Т. Чандлер. Бесферритная индуктивная люминесцентная лампа на частотах 2,65 13,56 МГц и мощностях 80 - 160 Вт // Светотехника, 2007. # 5. С.42-43.

138. О.А. Попов, С.А. Свитнев. Пространственное распределение параметров плазмы индукционного разряда, возбужденного катушкой индуктивности, расположенной по периметру продольного сечения разрядной трубки // Светотехника. 2010, № 3. С. 63-65.

139. V.A. Godyak, R.B. Piejak, and В.М. Alexandrovich. Effective electron collision frequency and electrical conductivity of radio frequency plasmas // J.Appl. Phys. 1999. 85. P. 3081-3083.

140. O.A. Popov, J. Maya. Characteristics of electrodeless ferrite-free fluorescent lamp operated at frequencies of 1- 15 MHz // Plasma Sources Sci. Technol. 2000, 9, P. 227-231.

141. Дж. Майа, O.A. Попов, Р.Т. Чандлер. Индукционная компактная люминесцентная лампа с частотой возбуждения 100-200 кГц // Светотехника. 2007. # 1. С. 32-36.

142. Дж. Майа, О.А. Попов, Р.Т. Чандлер. Индуктивная люминесцентнаялампа, работающая на частоте 100-300 кГц и мощности 40-70 ватт // Светотехника, 2007. # 3. С. 56-58.

143. О.А. Попов. Мощная индукционная люминесцентная лампа, работающая на частоте 135 кГц // Светотехника. 2008. # 5. С. 57.

144. D. Benoy, J.V.D. Heuvel, J. Jonkers, J.A.M. van der Mullen. The Philips QL-lamp: modelling and comparison with experiments // IEEE International Conference on Plasma Science. 1996. P. 135 138.

145. J. Jonkers, J. van Dijk and J.A M. van der Mullen. Absorption measurements inlow pressure inductively coupled argon/mercury discharge for lighting purposes // J. Phys. D: Appl. Phys. 1999. 30. P. 1928 -33; 1999. 32. P. 898-905.

146. О.А.Попов, P.T. Чандлер. Индуктивный источник света трансформаторного типа на частотах 150^400 кГц мощностью 200 500 Вт // Теплофизика высоких температур. 2007. # 4. С. 795-800.

147. Y. Aiura, J.E. Lawler. A study of radial cataphoresis and ion densities in highthpower density Hg-Ar discharges // Proc. 10 Int'l. Symp. on Sci. Technol. of Light Sources. 2004. Toulouse, France. P. 425-426.

148. R. Piejak, V.A. Godyak, and B.M. Alexandrovich. Electric field in inductively coupled discharges // J.Appl.Phys. 2001. vol. 89. # 7. P. 3590-3593.

149. O.A. Popov. Ferrite-free Closed-loop Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 200 3000 kHz // US Patent 6,288,490 Bl. Sept. 11, 2001.

150. O.A. Popov and R.T. Chandler. Ferrite-free High Power Electrodeless Fluorescent Lamp Operated at a Frequency of 160-1000 kHz // Plasma Sources Science and Technology. 2002. ll.C. 218-224.

151. B.A. Никифорова, O.A. Попов. Пространственное распределение параметров плазмы индукционного разряда в бесферритной лампе замкнутого типа // Вестник МЭИ. 2010. № 5. С. 111-117.

152. О.A. Popov, J. Maya. Inductively-coupled substantially flat fluorescent light Source // US Patent 5,500,574. Mar. 19, 1996.

153. M. Shea, J. Maya. RF flat lamp for traffic lights // J.I11. Eng. Soc. winter 1998. P. 30-34.

154. Г.Н. Рохлин. Разрядные источники света // Москва. Энергоатомиздат. 1991

155. Б.Н. Клярфельд. Положительный столб газового разряда и его использование для получение света // Труды ВЭИ. Госэнергоиздат. М. 1940. вып.41,С.165 -235.

156. Грановский B.JI. Электрический ток в газе. Т.2. Установившийся ток // М,- Л. 1971.

157. Ferrite Cores Catalog. Magnetics Inc. 1997. Butler, PA.

158. O.A. Popov, J.Maya, E.K.Shapiro. Electrodeless Fluorescent Lamp // US Patent 5,621,266. Apr. 15, 1997.

159. Ю.С. Русин и др. Электромагнитные элементы радиоэлектронной Аппаратуры // Справочник. М.: Радио и Связь. 1991.

160. R.B. Piejak, V.A. Godyak, В.М. Alexandrovich. A Simple Analyses of an Inductive RF Discharge // Plasma Sources Sci.Technol. 1992. # 1. C. 179 185.

161. O.A. Popov, J. Maya, K. Kobayashi, E.K. Shapiro. Electrodeless Inductively-coupled Fluorescent Lamp with Improved Cavity and Tubulation // US Patent 5,723,947. Mar. 1998.

162. O. Popov, J. Maya, J. Ravi. Electrodeless fluorescent lamp with bifilar coil and Faraday shield // US Patent 5,726,523. Mar. 10, 1998.

163. O.A. Попов. Экспериментальное исследование ВЧ разряда низкого давления в парах ртути // Дисс. канд. физ-мат. наук. Московский университет. М. 1977.

164. Э.М. Гутцайт. Безэлектродные источники света, использующие электромагнитную энергию высоких часто // Издательство МЭИ. М. 2003.

165. О.A. Popov, J. Ravi, R. Chandler, E. Shapiro. High light output electrodeless fluorescent closed-loop lamp // US Patent 6,522,085 B2. Feb. 18, 2003.

166. M. J. van de Sande and J.A.M. van der Mullen. Thomson scattering on a low-pressure inductively-coupled gas discharge lamp // J. Phys. D: Appl. Phys. 20025. P. 381- 391.

167. В.А. Годяк, O.A. Попов, A.X. Ганна. Резонансные ВЧ разряды // Физика Плазмы. 1979. № 3. С. 65-67.

168. F. Schneider. Zum Mechanismus der Hochfrequenzentladung zwischen ebenen Platten // Z. angew. Phys. 1954, 6, 456-460.

169. J.C. Chamberlain, O.Popov, E. Shapiro, R. Chandler, T. Kurachi. Ferrite Core for Electrodeless Fluorescent Lamp Operating at 50-500 kHz // US Patent Application 2002/0067129 Al. June 6, 2002.

170. R. Chandler, O. Popov, E.K. Shapiro, J. Maya. High Frequency Electrodeless Compact Fluorescent Lamp // US Patent 6,433,478 Bl. Aug. 13, 2002.

171. O. Popov, J. Maya. Electrodeless Fluorescent Lamp with Spread Induction Coil // US Patent 6,249,090 Bl. Jun. 19, 2001.

172. R. Chandler, O. Popov, E.K. Shapiro, J. Maya. Electrodeless Lamp // US Patent 6,768,248 B2. Jul. 27, 2004.

173. O.A. Popov, P.K. Nandam, E.K. Shapiro, J. Maya. High Frequency Electrodeless Fluorescent Lamp // US Patent 6,081,070. Jun. 27, 2000.

174. C.M. Левитский. Исследование потенциала зажигания высокочастотного разряда в газе в переходной области частот и давлений // Журнал технической физики. 1957. 27. С. 970-977.

175. V.A. Godyak, O.A. Popov, and А.Н. Khanneh. Investigation of Electrode Space Charge Sheath in RF Discharges // Proc. XIII Int. Conf. Phenom. Ion. Gases. 1977. Berlin. P. 347.

176. B.A. Годяк, O.A. Попов, A.X. Ганна. Влияние слоев пространственного заряда у ВЧ электродов на электродинамические характеристики ВЧ разрядо // Радиотехника и Электроника. 1976. 21. С. 2639 2641.

177. В.А. Годяк, O.A. Попов. Зондовая диагностика ВЧ плазм // Журнал технической физики. 1977. 47. С. 766-770.

178. Ю.П. Райзер, М.Н. Шнейдер, H.A. Яценко. Высокочастотный емкостной Разряд // Москва. Наука-Физматлит. 1995.

179. O.A. Popov. Ferrite-free High Output 100-600 kHz Electrodeless Fluorescent Lamp / /Ргос. IX Int'l. Symp. Sei. Technol. Light Sources. 2000. Ithaca, P. 455456.

180. Everlight for the next generation // Matsushita Electric Works. Catalog. 2005.

181. O.A. Popov. V.A. Godyak. Electric Field and Electron Oscillation Velocity in Collisionless RF Discharge Plasmas//J. Appl. Phys. 1986. vol. 59. P. 1759-1763.

182. O.A. Popov, V.A. Godyak. RF Power Dissipated in Low Pressure RF Discharge Plasmas" J. Appl. Phys. 1985. 57. P. 53 58.

183. SAES Getters Catalog, 2004. Colorado Springs, CO, USA

184. O.A. Popov, J. Maya, R.T. Chandler. Electrodeless High Power Fluorescent Lamp with Controlled Coil Temperature // US Patent Application US 2006/0076864 Al. Apr. 13, 2006.

185. J. Maya, O.A. Popov, E.K. Shapiro. Electrodeless Discharge Lamp and Device for Increasing the Lamp Luminous Development // US Patent 5,698,951. Dec. 16, 1997.

186. J. Bloem, A. Bouwknegt, G.A. Wasselink. J. of IES, 1977, April, p.141

187. J. Maya, O.A. Popov. Electrodeless Fluorescent Lamp with Cold Spot Control // US Patent 5,773,926. Jun.30, 1998.

188. R.T. Chandler, O.A. Popov, J. Maya. Electrodeless Fluorescent Lamp with Stabilized Operation at High and Low Ambient Temperatures // US Patent 7,088,033. Aug.8, 2006.

189. W. Verveij. Low pressure mercury discharges // Philips Research Reports Supplements. 1961. # 2. P. 1-112.

190. M. Koedam, A.A. Kruithof, J. Riemens. Energy balance of low pressuremercury-argon positive column // Physica. 1963. vol. 29. # 5. P. 565-584.

191. И.М. Весельницкий. Определение оптимальных параметров и некоторыевопросы конструирования люминесцентных ламп повышенной мощности // Дисс. канд. техн. наук. ВНИСИ. Москва. 1966.

192. T.G. Verbeek. Probe measurements in the positive column of low pressure mercury-neon and mercury-argon-neon discharges // Proc. of the 2nd Int'l. Conf. Gas Discharges. 1972. London.P. 94-96.

193. Ю.Ф. Калязин, A.M. Кокинов, M.A. Мальков. Оптические характеристики ртутно-аргонового разряда// Светотехника. 2005. № 3. С. 4-8.

194. Ю.Ф. Калязин, A.M. Кокинов, М.А. Мальков. Математическая модель расчета характеристик ртутно-газового разряда низкого давления // Светотехника. 2003. 2. С. 2-5.

195. А.С. Федоренко. Экспериментально-расчетные исследования характеристик положительного столба разряда и совершенствование люминесцентных ламп // Дисс. канд. техн. наук. 1980. Москва.

196. Т.В. Read. Comparison of directional and the total intensities of resonance radiation from a mercury rare-gas discharge // Brit. J. Appl. Phys. 1962. vol.13. P. 570-575.

197. Ю.Ф. Калязин, A.M. Кокинов, M.A. Мальков. Электронно-кинетические характеристики ртутно-аргонного разряда // Светотехника. 2004. 5. С. 12-15.

198. J.F. Waymouth. Private communication.

199. F. Cabannes, Ann. Physique. 1955. vol. 10, P. 1026.

200. K. Chandrakar and A. von Engel. Proc. Roy. Soc. 1965. A. 284. p. 442- 445.

201. K. Chandrakar. The transition from the first to the second stage of the ring

202. Discharge//J. Phys. D: Appl. Phys. 1978. vol. 11, P. 1809-1813.

203. U.Kortshagen, N.D. Gibson, J.E. Lawler. On the E-H mode transition in RF inductive discharges // J.Phys. D: Appl. Phys. 1996. 29. P.1224-1236.

204. M.M. Turner, M.A. Lieberman. Hysteresis and E-to-H transition in radiofrequency inductive discharges// Plasma Sources Sci. Technol. 1999. 8. P. 313-324.

205. E.A. Кралькина. Индуктивный высокочастотный разряд низкого давления и возможности оптимизации источников плазмы на его основе // УФН. 2008. т. 178. №5. С. 519-540.

206. V.A. Godyak, R.B. Piejak, В.М. Alexandrovich. Electron energy distribution function measurements and plasma parameters in inductively coupled argon plasma //Plasma Sources Sci. Technol. 1994, 3, P. 169-173.

207. S.A. Svitnev and O.A. Popov. Plasma parameters radial and azimuthal distributions in an RF discharge excited with a inducion coil disposed on tube walls in the axial direction // Light and Engineering. 2011. № 1. P. 79-82.

208. O.A. Попов. Электрические и светотехнические характеристики индукционных ламп трансформаторного типа с эллиптическими трубками, (готовится к публикации).

209. Н. Kakehashi, К. Hiramatsu, S. Hizuma, O.A. Popov, R.T. Chandler, and J. Maya. Effect of Induction Coil Factor on Efficacy of 100 kHz Electrodeless Fluorescent Lamps // Proc. X Int'l. Symp. Sci. Technol. Light Sources. 2004. Toulouse. P.441.

210. O.A. Попов, В.А. Никифорова. Индукционный бесферритный источник света мощностью 300-400 Вт на частоте 200 400 кГц // Вестник МЭИ. 2010. №2. С. 159-164.

211. О.А. Попов. Исследование характеристик эффективного индукционного источника света, работающего на частотах 120-200 кГц и мощности 150170 Вт //(готовится к публикации)

212. J.W. Denneman. Determination of electromagnetic properties of low-pressure electrodeless inductive discharges // J. Phys.D: Appl. Phys. 1990. vol. 23.1. P. 293-298.

213. O.A. Popov, R. T. Chandler, and J. Maya. Low Frequency Electrodeless Compact Fluorescent Lamp // Proc. X Int'l Symp. Sei. Technol. Light Sources. 2004. Toulouse. P. 417.

214. O.A. Попов. Индукционный источник света с двумя симметричными контурами возбуждения, работающий на частотах 1 ОО^ЮО кГц и мощностях 300^150 Вт // Светотехника. 2009. № 6. С. 48-49.

215. С.А. Свитнев, O.A. Попов. Пространственное распределение электрического поля и удельной мощности в плазме индукционного разряда низкого давления // Тезисы докл. научно-тех. конф. «Молодые светотехники России». 2008. Москва. С. 24-28.

216. O.A. Попов. Индукционные источники света // Учебное пособие. Изд. МЭИ. М. 2010. 64 с.

217. J. Hopwood. Review of inductively coupled plasmas for plasma processing // Plasma Sources Sei. Technol. 1992. №1. P. 109 -115.

218. John C. Forster and John H. Keller. Planar inductive sources // in book High density plasma sources: desigh, physics and performance, ed. By Oleg A. Popov. 1995. Noyes Publications. Park Ridges. NJ. USA. P. 76-99.

219. Shinji Kobayashi and Akinori Hatano. High-intensity low-pressure electrodeless mercury-argon lamp for UV disinfection of wastewater // Journal of Water and Environment Technology. 2005. vol.3. No.l. P. 71-76.

220. O.A. Popov, R.T. Chandler, and J. Maya. High Power (100 200 W) Ferrite-free Electrodeless Fluorescent Lamp // Proc. X Int'l. Symp. Sei. Technol. Light Sources 2004. Toulouse. P. 173.

221. O.A. Popov, R.T. Chandler, and J. Maya, inductively-coupled Linear Light Source Operated at Frequencies of 2-14 MHz // Light & Engineering. 2009. vol.17. №1. P. 98-104.

222. O.A. Popov, R.T. Chandler, and J. Maya. Compact inductively-coupled fluorescent lamp operated at frequencies of 100 200 kHz. Light & Engineering. 2007. vol. 15.1 P. 68-72.

223. T. Arakawa, K. Hashimotodani, A. Hochi, K. Katase, K. Seki, O.A. Popov, R.T. Chandler, J. Maya. Low Frequency (480 kHz) Driven Electrodeless Compact Fluorescent Lamp // J. 111. Soc. Japan, 2004. №4. P. 45.

224. V.A. Godyak, B. Alexandrovich, J.N. Lester. Electrodeless compact fluorescent lamp // US Patent Des. 384,173. Sept. 23, 1997.

225. D.C. Wentzel, G. Zaslavsky, J.V. Lima. Closed-loop lamp envelope and method of manufacture // US Patent 5,932,961. Aug. 3, 1999.

226. M.R. Kling. Electrodeless lamp having thermal bridge between transformer core and amalgam // US Patent 6,175,197 Bl. Jan. 16, 2001.

227. K. Mishra, M. Raukas, C.M. Shaw Trumble. Highly loaded fluorescent lamp // US Patent 6,777,867 B2. Aug. 17, 2004.

228. J.N. Lester, B.A. Alexandrovich. Ballasting Electrodeless Fluorescent Lamps // Proc. of IESNA Ilium. Eng. Soc. Ann. Meeting. Aug. 1999, P.146.

229. O.A. Popov, J. Maya, R.T. Chandler. Inductively-coupled fluorescent lamp operated at frequencies of 100 300 kHz and powers of 40 - 70 W // Light & Engineering. 2008. vol.16. №2. P. 95-98.

230. V.A. Godyak, R. Piejak R. and B. Alexandrovich. The electron energythdistribution and plasma parameters of an Icetron lamp // Proc. 9 Int. Symp. Sei. Technol. Light Sources. Ithaca,.2001. P. 157-158.

231. E. Янке, Ф. Эмде, Ф. Леш. Специальные функции // М. Наука. 1968.

232. К. Miyazaki, S. Matsumoto, М. Takeda, Y.-J. Cho, Т. Kurachi, R.T. Chandler, O.A. Popov, J. Maya. Electrodeless Discharge Lamp // US Patent 6,404,141 Bl. Jun. 11,2002.

233. S.Anarni, R.T.Chandler, O.A.Popov. Electrodeless Low Pressure Lamp with Multiple Ferrite Cores and Coils // US Patent 6,605,889 B2. Aug. 12, 2003.

234. J.F. Waymouth. Частное сообщение.

235. К. Kobayashi, M. Shinomiya, T. Kobayashi, M. Higashikawa, S. Ukegawa. Electrodeless discharge lamp device // US Patent 4,864,194. Sep. 5, 1989.

236. D.A. Benoy, K.T.A. Burn, J. Jonkers, J.A.M. von der Mullen, and D.C. Schram. Modelling of the Philips QL-lamp // Proc. 8th Int'l. Symp. Sci. Technol. Light Sources. 1998. Greifswald. Germany. P. 227-228.

237. O.A. Popov, R.T. Chandler, J.Maya. Electrodeless inductively-coupled fluorescent lamp operated at a frequency of 135 kHz and RF power of 230 W // Light and Engineering (послана в редакцию)

238. O.A. Попов. Исследование ламп трансформаторного типа в замкнутых разрядных трубках диаметром 35-38 мм, работающих на частоте 135 кГц и мощности 100 Вт // Вестник МЭИ (послана в редакцию).

239. Э.Б. Кулумбаев, В.М. Лелевкин. Модель разряда трансформаторного Типа // Теплофизика высоких температур. 1997. том 35. № 3. С. 357-361.

240. Э.Б. Кулумбаев, В.М. Лелевкин. Стационарное приближение трансформаторного разряда // Теплофизика высоких температур. 1998. том 36. № 2. С. 340-342.

241. Э.Б. Кулумбаев, В.М. Лелевкин. Численное исследование трансформаторного разряда в статическом режиме // Теплофизика высоких температур. 1998. том 36. № 6. С. 889- 893.

242. Э.Б. Кулумбаев, В.М. Лелевкин. Расчет характеристик индукционного тороидального разряда трансформаторного типа // Теплофизика высоких температур. 1999. том 37. № 2. С. 209-215.

243. Y. Watanabe, H. Miyazaki. Analysis of the inductively-coupled electrodeless discharge by the equivalent circuit // Proc. 8th Int'l. Symp. Sci. Technol. Light Sources. 1998. Greifswald. Germany. П 225-226.

244. J.J. Cury, G.G. Lister, and J.E. Lawler. Experimental and numerical study of a low-pressure Hg-Ar discharge at high current densities /'/' J. Phys. D: Appl. Phys. 2002. vol. 35. 22. П. 2945.

245. L.R. Nerone, A.H. Quereshi. Mathematical modelling and optimization of theelectrodeless low-pressure discharge system // Proc. 24th Ann. IEEE Power Electronics Specialists Conf. 1993. Seattle. WA. П. 509-514.

246. M.A. Мальков, В.А. Терехин, А.И. Терешкин. Математическое моделирование ртутно-аргонового разряда в люминесцентных лампах // Светотехника. 2006. № 4. С. 4-9.

247. В.М. Alexandravich, V.A. Godyak and G.G. Lister. Time resolved characteristics characteristics of high Frequency Ar-Hg Plasmas // Proc. 10th Symp. Sci. Technol. Light Sources. 2004. Toulouse, France, P. 283-284.

248. B.A. Никифорова, O.A. Попов. Влияние частоты ВЧ поля и разрядного тока на радиальное и азимутальное распределение параметров плазмы бесферритного индукционного разряда в замкнутой трубке // Вестник МЭИ. 2011. №6.