Étude des résonances acoustiques dans une lampe à décharge haute pression à enveloppe céramique
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Nowadays, the available commercial electronic ballasts used to supply HID lamps usually operate at low frequency (several hundred hertz) square waves and have the disadvantage to be bulky and complex to implement, so expensive. Thus, to reduce their cost, it is necessary to supply the lamp at high frequency, which enable, in addition, to reduce the size of the ballast (-40% to 60%), its weight (-10% to 30%) and its electrical power consumption (-10% to -15%). However, on lamps operating at high frequency, we can see the occurrence of instabilities inducing its malfunction and, in some cases, its destruction. This phenomenon known as acoustic resonances is due to the generation of acoustic waves which propagate towards the lamp walls where they are damped and reflected. When the incident and reflected waves interact, standing waves are generated and may interact with the electric discharge causing the lamp dysfunction. Despite the many studies on this subject, the physical understanding of this phenomenon remains incomplete. The way in which the acoustic waves interact with the electrical discharge is poorly understood and current numerical models, including the influence of acoustic resonances, enable only to locate the frequencies corresponding to eigenmodes of the lamp without providing explanation of the phenomenon. This thesis was devoted to the realization of a numerical model of a discharge lamp taking into account this interaction in order to improve the physical understanding of acoustical resonances and their impact on the arc instabilities of the lamp according electrical signal frequency. Using the results obtained with this model, we are able to explain the way in which the acoustic resonances are generated and how they interact with the lamp.
Abstract FR:
Actuellement, la majeure partie des ballasts électroniques pour les lampes à décharge à haute pression fournissent un signal carré à basse fréquence (quelques centaines de Hertz). Ces derniers ont l'inconvénient d'être volumineux et complexes à mettre en oeuvre, donc coûteux. Ainsi, pour réduire leur coût, il est nécessaire de travailler à haute fréquence (plusieurs kiloHertz), ce qui permet de réduire la taille et le poids du ballast respectivement de -40% à -60% et de -10% à -30% ainsi que sa puissance électrique consommée (-10% à -15% d'économie). Cependant, dans les lampes opérant à haute fréquence, on voit l'apparition d'instabilités. Ces instabilités peuvent causer son dysfonctionnement et, dans certains cas, sa destruction. Ce phénomène, connu sous le nom de "résonance acoustique", est dû à la génération d'ondes acoustiques qui se propagent vers les parois de la lampe où elles seront atténuées et réfléchies. Lorsque les ondes incidentes et réfléchies entrent en interaction, des ondes stationnaires sont générées. Malgré les nombreuses études menées sur ce sujet, la compréhension physique de ce phénomène reste incomplète. La manière avec laquelle les ondes acoustiques interagissent avec la décharge électrique est mal connue et les modèles numériques existant permettent seulement de prédire les fréquences correspondant aux modes propres de la lampe sans donner une explication sur le phénomène. Cette thèse a été consacrée à la réalisation d'un modèle numérique capable de prendre en compte cette interaction au sein de la lampe. Il permet ainsi d'évaluer leurs impacts sur le fonctionnement de la lampe en fonction de la fréquence. Grâce aux résultats obtenus avec ce modèle, nous pouvons maintenant expliquer la façon avec laquelle les résonances acoustiques sont générées et comment elles entrent en interaction avec l'alimentation.