Современная электроника №9/2020

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 58 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2020 го между его затвором и эмиттером. Ёмкость блока конденсаторов CK подо- брана так, чтобы за длительность сило- вого импульса тока накачки он разря- жался не более чем на 5%. В результате этого электрическая схема обеспечи- вает квазистабильное импульсное напряжение накачки между электро- дами лампы, значение которого отли- чается от напряжения на накопитель- ной ёмкости блока конденсаторов CK на величину падения напряже- ния между коллектором и эмиттером IGBT-транзистора VT1 U CE.VT1.sat ≈ 2 В, находящегося в режиме насыщения. В описанном втором варианте функци- онирования схемы («режим ограниче- ния скорости изменения и амплитуды тока накачки процессами в импульс- ной ксеноновой лампе») процессы формирования плазменного канала в лампе включают в себя: 1. стадию расширения неравновесно- го плазменного канала; 2. стадию увеличения температуры рав- новесного плазменного канала; 3. стадию поддержания температуры равновесного плазменного канала. На первых двух стадиях формируется фронт (нарастающая часть) излучаю- щего силового импульса тока накачки, а на третьей стадии – плоская верши- на (часть со стабильной амплитудой) этого импульса. Длительность фронта силового импульса тока накачки может варьиро- ваться в диапазоне от десятков до сотен мкс в зависимости от значения силово- го импульса напряжения накачки. Уве- личение амплитуды силового импульса напряжения приводит к сокращению длительности переднего фронта токо- вого импульса и увеличению его ампли- туды. Для оптимизации режимов работы рассматриваемой системы необходимо сопоставление электрической мощно- сти, подводимой к импульсной ксено- новой лампе, с её мощностьюизлучения на всех стадиях горения импульсно- го электрического газового разряда. Частичный анализ физических процес- сов формирования плазменного кана- ла при электропитании газоразрядных ламп в электрической схеме на основе LC-контура, реализующей первый вари- ант работы схемы электропитания, про- ведён в ряде работ [4, 5, 8, 17, 18]. Одна- ко до сих пор не был реализован расчёт мгновенных значений физических параметров излучения, нагрева ксено- нового плазменного канала и физиче- ских параметров фазового перехода ксенона из газообразного в плазменное агрегатное состояние при электропи- тании газоразрядных ламп в электри- ческой схеме на основе модулятора с частичным разрядом накопительной ёмкости (модулятора с квазистабиль- ными по амплитуде прямоугольными импульсами напряжения). Актуальность данной работы заклю- чается в построении физико-матема- тических моделей для энергетических процессов формирования ксенонового плазменного канала при функциони- ровании ИКЛ (ИНПКЛ, ИСПКЛ) в элек- трической схеме на основе модулятора с частичным разрядом накопительной ёмкости, реализующей так называемый второй вариант работы схемы электро- питания. Физико-математические модели энергетических процессов формирования ксенонового плазменного канала дугового электрического разряда При разработке физико-математи- ческих моделей для энергетических процессов развития плазменного кана- ла дугового электрического разряда в ИКЛ использованы системы уравнений для стадий расширения неравновесно- го плазменного канала, увеличения и поддержания температуры равновес- ного плазменного канала. На стадии расширения неравновес- ного плазменного канала электриче- ская мощность N (e) column , поступающая в положительный столб расширяюще- гося плазменного канала, расходу- ется на мощность ионизации N (i) channel , необходимую для создания плазмы (мощность фазового перехода из газообразного в плазменное агрегат- ное состояние), тепловую мощность N (T) channel , необходимую для нагрева расширяющегося плазменного кана- ла, мощность излучения расширяю- щегося плазменного канала N (r) channel и мощность теплоотдачи N ( χ ) xe из рас- ширяющегося плазменного канала в окружающую среду, имеющую темпе- ратуру T 0 , через граничную область канала, холодный ксенон и кварцевые стенки колбы ИКЛ (см. формулу 1а). На стадиях увеличения и поддер- жания температуры равновесного плазменного канала электрическая мощность N (e) column* , поступающая в поло- жительный столб установившегося по объёму равновесного плазменно- го канала, расходуется на тепловую мощность N (T) channel* , необходимую для нагрева равновесного плазменного канала, мощность излучения равно- весного плазменного канала N (r) channel* и мощность теплоотдачи N ( χ ) xe* из равно- весного плазменного канала в окружа- ющую среду, имеющую температуру T 0 , через граничную область канала и кварцевые стенки колбы ИКЛ(см. фор- мулу 1б). Электрическая мощность N (e) column* , поступающая в положительный столб плазменного канала, совмест- но с мощностями, поступающими в прианодную N (e) anode и прикатодную N (e) cathode области лампы, в сумме состав- ляет электрическую мощность N (e) lamp , поступающую в ИКЛ (см. фор- мулу 2), где i channel – мгновенный ток в плазменном канале, U lamp – (1а) (1б) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)