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霓虹燈管徑與變壓器的匹配設(shè)計問題

發(fā)布日期：2007-02-14 瀏覽次數(shù)：580

霓虹燈管徑與變壓器的匹配設(shè)計問題

摘要：在霓虹燈制造技術(shù)中，霓虹燈放電過程中的燈管直徑的變化影響著電子溫度、電場強(qiáng)度及管壓降。設(shè)計時選取的燈管直徑不同，與之相匹配的變壓器所能驅(qū)動的燈管長度也不同。文中介紹了燈管等效電阻的概念及進(jìn)行變壓器匹配燈管管徑、長度的設(shè)計選取。

關(guān)鍵詞：管徑；管壓降；等效電阻；變壓器；匹配設(shè)計

1 引言

21世紀(jì)的中國城鎮(zhèn)夜景照明與廣告照明中，無處不見五彩繽紛、爭光斗艷的霓虹燈光輝，彰顯著都市的“火樹銀花不夜天”、建筑樓宇的流光溢彩。

與十五年前的我國霓虹燈工業(yè)相比，由于電子變壓器、電腦掃描技術(shù)應(yīng)用于霓虹燈，使霓虹燈工業(yè)煥發(fā)出新的生機(jī)。但是，在一些要求亮度高、亮度穩(wěn)定、壽命可靠的重要場合，電感式變壓器仍將起著不可替代的作用。

眾所周知，我國的霓虹燈電感變壓器生產(chǎn)規(guī)格比之國外發(fā)達(dá)國家要少得多，這就影響著燈管與變壓器的合理匹配選擇問題。往往會出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象，浪費(fèi)著寶貴的電力能源。本文著重討論影響管壓的放電機(jī)理，燈管等效電阻概念與變壓器合理匹配燈管直徑、長度設(shè)計選取方法。

2 燈管直徑對管壓降的影響

2.1 電子溫度決定電場強(qiáng)度

燈管直徑的變化，將導(dǎo)致燈管等離子體中存在的電子和離子擴(kuò)散速率變化。一旦管徑確定，就可確定電子和離子的擴(kuò)散損失率。燈管直徑縮小，電子和離子的擴(kuò)散損失率增大、電子溫度隨之升高。放電時每個電子的雙極性擴(kuò)散損失率（電子產(chǎn)生的電離率）由下式給出：

式中 R—燈管半徑；

De—電子離子的雙極性擴(kuò)散系數(shù)。

我們知道，由于帶電粒子的擴(kuò)散損失，將產(chǎn)生與之平衡所必須產(chǎn)生的電子的電離過程。而該過程是由電子溫度來控制的，亦即帶電粒子的擴(kuò)散損失大，則會提高等離子體的電子溫度。從公式（1）可以看出，減小燈管直徑，可以增加帶電粒子的損失率，從而提高了電子溫度。而電子溫度又決定著電弧的電場強(qiáng)度，進(jìn)而影響燈管壓降。

作為霓虹燈的設(shè)計者，應(yīng)該十分清楚影響燈管管壓降的主要參量是惰性氣體的種類、充入氣體的壓強(qiáng)以及燈管直徑的選擇。前二個參量在此不作討論，后者影響燈管管壓降的物理過程為管徑↓（↓表示下降、↑表示上升，下同）→電子離子損失率↑→電子溫度↑→電場強(qiáng)度↑→燈管管壓降↑。

2.2 霓虹燈管徑與工作電壓的關(guān)系

霓虹燈玻管外徑與工作電壓的關(guān)系如圖1所示。

從圖中可以看出，當(dāng)燈管外徑為14mm時，其每單位長度（V/cm）的燈管工作電壓為4.45V；當(dāng)燈管外徑為8mm時，其每單位長度的燈管工作電壓為8.56V。顯然，燈管外徑的粗細(xì)不同，將導(dǎo)致其單位長度的工作電壓變化近一倍。這是因?yàn)榧?xì)管徑的燈管由于電子離子在管壁處復(fù)合幾率加快，為了維持正常放電過程，電弧的等離子體將會自動地調(diào)整電子溫度升高，電子溫度的升高會導(dǎo)致電弧軸向電場電位梯度增大，宏觀上就表現(xiàn)出燈管管壓降的上升。