无极灯稳定性研究

摘要：为了研究提高无极灯光效的途径，本文通过测量无极灯的放电电压、电流、功率和光照度，计算了无极灯的阻抗变化。结果表明，放电电压先降后升而后趋于稳定；放电电流先升后降然后趋于稳定; 无极灯阻抗先迅速下降而后小幅升高再趋于稳定; 光照度先升后降而后趋于稳定。迅速稳定无极灯泡体内的等离子体浓度才能提高无极灯的稳定性。
　　近年来，由于能源危机和环境恶化使得节能、环保的无极灯成为目前国内外众多公司发展的重点之一。无电极放电灯是近年来迅速发展的新光源光源

　　光源产品具有LED显示、体积小、重量轻、易携带、电池供电、性能价格比高等特点，直观快速，是一种使用极其简单方便的测试工具，产品经过防震防潮处理，可以在野外恶劣环境下长时间工作。 [全文]

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　　由于该类灯没有电极，不会产生由于有电极放电灯的电极氧化、溅射、损耗和密封等问题引起的发黑现象。具有高光效、光色稳定、长寿命的特点。

　　无极灯节能效果取决于其光效的高低， 光效越高，节能效果越好。无极灯目前可用于照明行业、光化学和分析化学等领域。光效的高低与无极灯的启动特性、稳定性和表面负载特性等因素有关。

　　研究无极灯的稳定性对分析无极灯的特性，提高其光效具有重要意义。本文将对无极灯的稳定性进行分析，研究电特性和光照度随时间的稳定性问题。

　　本文共分三个部分: ①实验介绍; ②实验结果及讨论; ③结论。

　　1 实验介绍

　　无极灯稳定性测试装置如图1 所示。该无极灯包括电子镇流器镇流器

　　镇流器是气体放电灯工作时不可或缺的配套部件，用来提供瞬间高压来使灯管起辉，而后镇流使灯管稳定的工作。镇流器就是为气体放电灯的高启动电压和低放电维持电压设计的。 [全文]

( 也称高频发生器)、高频馈线、耦合器耦合器
　　耦合器是在微波系统中,能够将一路微波功率按比例分配成几路的元件。耦合器的作用是将信号不均匀地分成几分(称为主干端和耦合端，也有的称为直通端和耦合端)，主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。 这些元器件一般都是线性多端口互易网络, 因此可用微波网络理论进行分析 。 [全文]

和泡体四部分，通常高频馈线、耦合器和泡体做成一个整体称为无极灯的灯泡。采用TektronixTCPA300 电流探头、Tektronix P6015A 高压探头( 100MΩ， 1000 ∶ 1 ) 和Tektronix TPS 2014(100MHz，1Gs / s) 示波器示波器
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。 [全文]

测量电子镇流器电子镇流器
电子镇流器是使用半导体电子元件，将直流或低频交流电压转换成高频交流电压，驱动低压气体放电灯、卤钨灯等光源工作的电子控制装置。20世纪70年代出现了世界性的能源危机，节约能源的紧迫感使许多公司致力于节能光源和荧光灯电子镇流器的研究，电子镇流器目前在全世界特别是发达国家已全国推广应用。 电子镇流器 [全文]

输出端的电压、电流和功率等电参数。采用TES1330A 照度计照度计
　　照度计(或称勒克斯计)是一种专门测量光度、亮度的仪器仪表。就是测量光照强度(照度) 是物体被照明的程度，也即物体表面所得到的光通量与被照面积之比。照度计通常是由硒光电池或硅光电池和微安表组成。 [全文]

测量无极灯的光照度。为了减少荧光粉对等离子体的影响，此处采用未涂荧光粉的明泡进行试验。

　　2 实验结果及讨论

　　2. 1 无极灯电参数的稳定性

　　为了研究无极灯的稳定性，我们测量了1h 内不同时间的无极灯放电电流、电压和功率以及无极灯阻抗的变化情况，分别如图1、图2 和图3 所示。

图1 无极灯稳定性实验原理图

图2 不同时刻的放电波形

图3 放电电压和电流随放电时间的变化

　　由图2 可知，放电电压和电流波形都是正弦波，放电功率是非对称的正弦波，并且不同时间放电电压、电流和功率的幅值不同。说明无极灯泡体内等离子体电阻电阻

　　电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。电阻小的物质称为电导体，简称导体。电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。 [全文]

发生了变化，电子镇流器能自动跟踪无极灯负载的变化，使电源电源

　　由图3 可以看出，随着放电时间增加，镇流器输出电压先减少后增加，在45min 以后逐渐趋向于稳定; 而放电电流是先增加后减少，然后小幅波动，约50min 才能趋于稳定。这说明无极灯需要1h 左右才能获得稳定。无极灯电压和电流的变化是由无极灯的阻抗变化引起的，根据无极灯等效阻抗与电压、电流之间的关系可得：

　　由此可以计算出阻抗Z 随放电时间的变化，如图4所示。

图4 放电阻抗随放电时间的变化

　　由图4 可知，电子镇流器输出端的负载阻抗随放电时间先急剧减少后小幅增加，然后小幅在震荡，在40min 以后逐渐趋于稳定。这是由于无极灯刚点燃时，耦合器激发电磁场磁场

　　电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力，磁场对电流、对磁体的作用力或力矩皆源于此。 [全文]

产生的感应电场诱导出的等离子体电子浓度迅速增加，导致放电阻抗迅速下降，而后电子浓度逐渐增减小，放电阻抗逐渐增加，而后电子浓度趋于稳定，使得放电阻抗也逐渐趋于稳定。

　　2. 2 无极灯发光特性的稳定性

　　除了无极灯的电特性以外，无极灯光照度随放电时间的变化如图5 所示。

　　从图5 可以看出，无极灯的光照度先迅速增加，然后下降，在30min 以后逐渐趋于稳定。这说明无极灯稳定需要一定的时间。为了提高无极灯的迅速稳定性，必须采取措施使无极灯泡体内的等离子体浓度迅速达到饱和，这样才能使无极灯的阻抗迅速稳定，使无极灯迅速获得稳定的光输出，这在一定程度上提高了无极灯的光效。

图5 无极灯光照度随放电时间的变化

　　3 结论
 

　　本文通过研究无极灯的放电电压、放电电流、放电功率、放电阻抗和光照度随时间的变化规律，分析了无极灯的稳定性。通过分析发现，无极灯泡体内等离子体的浓度决定着无极灯泡体的阻抗，而阻抗变化决定着放电电压、电流和功率等电参数。

　　只有采取措施改变等离子体泡体内等离子体浓度的迅速稳定性，才能改善无极灯的稳定性，从而提高无极灯的稳定阶段的光效。