20 января 2012 г. в Московском энергетическом институте защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук доцент кафедры Светотехники Попов Олег Алексеевич. Тема диссертации «Исследование и разработка индукционных люминесцентных источников света на частотах 100-15000 кГц».
В 90-х годах прошлого века компаниями Филипс, Дженерал Электрик и ОСРАМ разработаны индукционные газоразрядные люминесцентные лампы, обладаюшие светотехническими и эксплуатационными характеристиками, не уступающими таковым люминесцентных ламп с внутренними электродами. В отличие от последних, они лишены ограничений на давление инертного газа и величину разрядного тока, что позволяет им работать в широком диапазоне удельных мощностей 0,1- 20 Вт/см на весьма низких давлениях инертного газа 0,01-0,5 мм рт.ст. со световой отдачей свыше 100 лм/Вт и сроком службы до 100000 час. Критическим фактором для повышении конкурентоспособности индукционных ламп является снижение их себестоимости, веса, габаритов, а также простота конструкций ламп и дешевизна технологического процесса из изготовления. Существенным прогрессом в технологии индукционных ламп стало бы снижение частоты питающего их напряжения до 100-150 кГц, что привело бы не только к ослаблению психологического барьера, связанного с эксплуатацией ламп, питающихся от генератора ВЧ мощности, 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.
Диссертационная работа велась по трем направлениям:
- 1. Проведение экспериментальных и теоретических исследований индукционных разрядов низкого давления в смеси паров ртути и инертных газов в широком диапазоне частот ВЧ поля, мощности лампы, давления инертного газа, параметров ВЧ индуктора, размеров вакуумного блока.
- 2. Создание новых типов эффективных безэлектродных индукционных люминесцентных источников света, как с магнитным усилением, так и бесферритных, работающих на относительно низких частотах ВЧ поля 100-1000 кГц и низких давлениях инертного газа ри.г. < 0,5 мм рт.ст.
- 3. Усовершенствование конструкций и характеристик существующих типов индукционных люминесцентных ламп, работающих на частотах 100-400кГц.
Основные результаты диссертации:
- 1. Предложена комплексная математическая модель индукционной люминесцентной лампы, связывающая электрические, энергетические и световые характеристки лампы с конструктивными параметрами вакуумного блока, ВЧ индуктора и плазмы индукционного разряда.
- 2. Получено теоретически и подтверждено экспериментально, что характер зависимости (растущая или падающая) мощности потерь в ВЧ индукторе от мощности лампы определяется отношением частоты ВЧ поля к частоте соударений электронов с нейтральными атомами и добротностью плазменного витка.
- 3. Обнаружено экспериментально и подтверждено теоретически, что на частотах ВЧ поля 100-1000 кГц и удельных мощностях 0,5-10 Вт/см световая отдача плазмы не зависит от частоты ВЧ поля, но определяется конструктивными параметрами разрядной трубки/колбы (ее габаритами и давлением рабочей смеси) и монотонно, практически линейно, уменьшается с ростом мощности, поглощаемой плазмой.
- 4. Предложены новые типы индуктивных разрядов в замкнутых и незамкнутых трубках, в которых плазма возбуждается индуктивной катушкой, охватывающей лампу по ее продольному периметру; на их основе созданы люминесцентные лампы, работающие на частотах 0,15 - 15 МГц и мощностях 60-300 Вт со световыми отдачами 80 - 110 лм/Вт.
- 5. Разработаны индукционные люминесцентные лампы с полостью и ферромагнитным сердечником, работающие на частотах 135 -225 кГц и уровнях мощности от 40 до 450 Вт со световыми отдачами 92-96 лм/Вт.
- 6. Созданы лампы трансформаторного типа с разрядными трубками эллиптического сечениия, работающие на частотах 100-150 кГц и мощностях 60-200 Вт со световой отдачей превышающей 90 лм/Вт.
Ученый совет рекомендовал использовать результаты диссертации О.А. Попова 1) в научных институтах, проводящих исследования индуктивных разрядов низкого давления; 2) в организациях разрабатываюших газоразрядные индукционные люминесцентные лампы и источники ультрафиолетового излучения; 3) в качестве учебного пособия для студентов технических ВУЗов по курсам лекций «Источники оптического излучения» и «Расчет и конструирование источников света»