变频控制变色霓虹灯的设备研发_张钧

75V 开始启动点燃 , 开始为绿色光 , 随着电压的升高 , 绿光逐渐减弱 , 黄光逐渐增强 , 到 175V 时 达到最强 , 再升高电压, 光色无明显变化 。
75V 时开始启动点燃 , 颜色为暗蓝色 , 随着 电压的升 高 , 开始 出现蓝紫 色的光 , 以 后紫红光 逐渐 增强 , 蓝光减弱 , 到 220V 仍然有蓝光 , 红色光强度仍不大 , 整个管子达不到粉红色 。
随着电压的升高, 光色由绿色较强逐渐变弱 , 黄绿光逐 渐增强 , 电弧变 得不太稳 定 , 电极的 尾部 也有放电的产生 。
随着电压的升高, 光色由蓝色较强逐渐变弱 , 红粉色光 逐渐增强 , 电弧 变得不太 稳定 , 电极 的尾 部也有放电的产生 。
透明管
放电管启动后 , 红光很弱 , 随着电压的升高 , 蓝光由暗到明逐渐增 强 , 红光增强不 明显 。 到 220V 时 , 光色以蓝光为主红光成分少 。
70V 下启动点燃发蓝光 , 随着电压的升高蓝光逐渐增强 。 无突变现象 。 70V 时启动点燃 , 发白光 , 在 175V 时达到最强 , 电压再升高白光会减弱 。 红黄色光逐渐增强 , 在 175V 时达到最强 , 电压再升高红黄色光会减弱 。 70V 时启动点燃 , 发黄光 , 在 175V 时达到最强 , 电压再升高黄光会减弱 。 70V 时启动点燃 , 发白光 , 在 175V 时达到最强 , 电压再升高白光会减弱 。 70V 时启动点燃 , 发粉色光 , 在 175V 时达到最强 , 电压再升高粉色光会减弱 。 70V 时启动点燃 , 发红光 +蓝光 , 在 175V 时达到最强 , 电压再升高光色会减弱 。
75V 开始启动点燃 , 开始为红光 , 蓝光很 弱 , 随着电 压的升高 , 红光逐渐 减弱 , 蓝 光逐渐增 强, 到 175V 时达到最强 , 再升高电压 , 光色无明显变化 。
较大时 , 红光的成分会增大 , 当电压升高时放电会变 得不太稳定 。
(3)涂蓝色粉的放电管在氖的红光加强时 , 会由
透明管
涂蓝粉管
透明管 透明管 涂红粉管 涂绿粉管 涂白粉管 涂蓝粉管 透明管
70V 时启动点燃 , 红光逐渐增强 , 在 110V 时突然变蓝 , 升高到 220V 时仍然为蓝色但亮度增加 。
70V 时开始点燃为紫色 , 随着电压的升高 , 由紫色逐 渐变为粉 色 , 然后 到蓝色时 发生突变 , 电压 再升高蓝光亮度增加。
(1)在自制变压器工作状态下 , 充氖加汞韵放电 管可以产生气体放电变色的现象 。当调压自耦变压 器由 70V 调到 175V 且频率由 50Hz 增加到 15kHz 时 会产生突变 。由红光变为蓝光 。而且放电稳定 。
(2)当充氖加汞后如果再加氩 , 放电中红光的辐 射会大大减弱 , 甚至不出现氖的红光 , 与只充氖和汞 的放电管相比较 , 加氩后 , 与氖氩的比率有关 , 氖的量
殊要求〉 GB 19258 -2003〈紫外线杀菌灯〉 GB 18774 -2002 〈双端荧光灯 安全要求〉
75V 时开始启动点燃 , 颜色为暗蓝色 , 随着 电压的升 高 , 开始 出现蓝紫 色的光 , 以 后紫红光 逐渐 增强 , 蓝光减弱 , 到 220V 仍然有蓝光 , 红色光强度仍不大 , 整个管子达不到粉红色 。
75V 开始启动点燃 , 开始为红光 , 蓝光很 弱 , 随着电 压的升高 , 红光逐渐 减弱 , 蓝 光逐渐增 强, 到 175V 时达到最强 , 再升高电压 , 光色无明显变化 。
当增加脉冲重复频率时 , 在下一个脉冲电压出现 之前 , 处于亚稳态的原子和离子的浓度将增加 , 这些 粒子能使放电在下一个脉冲过程中更为便利 。 上述 现象导致电子温度不会上升太高 , 以及由高能态放出 的辐射变得微弱甚至于向外进行辐射 。由汞原子和 氖原子的可见光谱线和 CIE 色度图可知 , 汞的谱线范
放电管启动后 ,红光很弱 , 随着电压的升高 , 蓝光由暗到 明逐渐增强 , 在 蓝光增强 的过程中 红光 成分很少 。 到 220V 时 , 光色仍以蓝光为主 。
(充氖和汞) 充氖(较少)+氩 +汞 充氖(大量)+氩 +汞
充氖 +汞 +氩
表 2 自耦变压器 +渐变扫描控制器 +自制变压器(15kHz, 15 00V, 高压端输出)
蓝色变为粉红色 。涂绿色粉的放电管会发出黄光 , 因 此可以利用涂敷不同荧光粉的办法 , 在氖和汞的放电 管中得到不同颜色的光 。
张 钧 等 :变频控 制变色霓虹灯的设备研发
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(4)在不同的放电条件下 , 即在增加供电电压频 率到 30kHz 条件下 , 同一放电管会发出不同的颜色 , 且发光强度增加明显 。
但是 , 在 50Hz 的频率下 , 用普通电子变压器对霓 虹灯进行供电 , 随着电压的增高 , 霓虹灯不会产生光
色的突变 , 只是发光强度有所增强 。 (5)本试验设备和结果再进一步完善实验条件
下 , 可以用于对市场的特殊供电装置进行变频供电 , 必将会获得成功 。
(本文编辑 江姗)
标准资料征订(1)
在氖和汞的放电中色彩很少向绿色光变化 , 当脉 冲频率调节到 50Hz 时 , 亮度与 CIE 色度坐标之间的 关系如图 1 所示 。
图 1 Ng_Ne 辉光放电亮度与 CIE 色度图横坐标的关系
当 x 变化范围由 0.22 上升到 0.54 时 , 其亮度的
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充氖 +汞 充氩 +氖 +汞
表 3 自耦变压器 +电脑扫描控制器 +普通电子变压器(30kHz , 15 000V 高频高压)
透明管 涂蓝粉管
透明管 涂绿粉管 涂蓝粉管 涂红粉管
75V 时开始启动点燃 , 颜色为暗蓝色, 电弧较细 , 随着电压的升高 , 开始出现微红色的光 , 以后红 光逐渐增强 , 蓝光减弱, 到 220V 仍然有蓝光 , 红光强度仍不大 。
当周期时间为 10μs 时 , 重复频率由 50Hz 变到
1 000Hz时 , 亮度也由 140cd m2 升高到 1 640cd m2 , 并 且色彩亦由红色变为蓝白色 。 通过改变频率的方法 可以扩大色彩变化的范围 , 并且亮度变化的范围也较 大 , 但在高频放电的条件下放电会变得不太稳定 , 矩 形脉冲虽然能够产生高的亮度 , 但又不易在恒定的亮 度下广泛地控制色彩的分布 。 据有关资料介绍 , 这一 问题可以通过脉冲矩形叠加的方法来解决 。 但是限 于条件在本项目研究中没有采用这一方法 。
以上分析可知 , 我们可以通过改变霓虹灯的供电 电压频率和电压值来控制霓虹灯的发光颜色 。
3 实验设备和具体控制方法
3.1 实验设备研发 为了获得可以变色的放电 , 我们采用的实验装置
如图 3 所示 。这里只能给出结构框架图 , 因为图中电 脑扫描控制器和自制电子变压器是我们研究的核心 , 属于技术保密 。 3.2 实验实施方法
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中国照明电器
2005 年第 11 期
充氖 +汞 充氖 +汞 +氩 充氖(少量)+氩 +汞
表 1 自耦变压器 +电脑扫描控制器 +普通电感式漏磁变压 器(50Hz, 15 000V 高压)
透明管 涂蓝粉管
透明管 涂红粉管 涂绿粉管 涂蓝粉管
25V 便可以点燃 , 随着电压的升高 , 红光逐渐增强 , 整个管子电弧 由细变粗 。 到 220V 时 电弧变 得更加明亮 , 电弧充满整个放电管 。
关键词 霓虹灯 频率变化 汞原子 氖原子 变色
1 研发新型霓虹灯的必要性
目前 , 在市场上销售的霓虹灯 , 一般都是在选定 充入灯内的气体和涂覆荧光粉后 , 它就只能发出一种 颜色的光 , 如果希望综合表达多种颜色 , 则必须装置 多只不同颜色的霓虹灯管 , 在同一字母或图像的前后 交叉排列 , 再通过电源控制系统 , 使不同颜色的霓虹 灯轮流点亮 , 才能达到变色的效果 。这样不仅在艺术 造型上会有所欠缺 , 而且需要多只霓虹灯管 , 因此会 给安装工序和控制设备添加很多困难 。所以新颖变 色霓虹灯的研究和实用化就变得十分迫切 。
2 研发新型霓虹灯的可行性分析
霓虹灯属于一种冷阴极低气压放电灯 , 在放电管 内各处电子温度不同的情况下 , 阴极一侧的负辉区由 于存在较多高能激发态的原子 , 而在阳极一侧的正柱 区由于存在较多的低能态的激发态原子 , 所以在两个 不同的区域会发出不同的光谱 , 如果我们能改变放电 正柱区内电子的温度并能够加以控制 , 则可以达到改 变灯的放电颜色的目的 。 为良好控制放电管内输入 电子的能量和辐射能量 , 我们试图通过控制供电脉冲 电压的重复频率变化来实现对霓虹灯色彩的变化控 制。
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最大值为 113cd m2 。随着重复频率的上升亮度值也 会上升 , 当频率达到 400Hz 时 , 亮 度将达到 3 600cd m2 。在辉光放电中要达到足够亮度的红光是比较困 难的 。
当供电的频率改变时 , 弧光放电的亮度随色度图 的变化如图 2 所示 。
图 3 实验装置结构框架图
图 2气体的灯管 , 或填充气体相同但 涂敷不同荧光粉的灯管 , 在同一电源下点燃 , 并调节 供电电压频率和电压值 , 观察霓虹灯的发光光色变化
图 4 填充不同气体 、涂敷不同荧光粉的霓虹灯管
并记录成如表 1 ～ 表 3 所示 。
4 试验结果
通过以上的实验观察记录 , 可以得出以下几点结 论:
中国照明电器
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CHINA LIGHT & LIGHTING
2005 年第 11 期
变频控制变色霓虹灯的设备研发
张 钧 王玉平 郑继雨
(河北理工大学轻工学院 河北 唐山 063020)
摘 要
阐述研发新型霓虹灯的必要性 , 并对研发新型霓虹灯的可行性进行了理论上的分析 , 同时通过自 行设计实验设备 , 实现了对霓虹灯的变频控制色彩设计的试验测定 。