Charakterystyki prądowo-napięciowe lamp elektrycznych

Właściwości lampy elektrycznej jako elementu obwodu elektrycznego można w pełni przedstawić za pomocą jej charakterystyki prądowo-napięciowej, czyli zależności spadku napięcia na niej od wartości przepływającego prądu.

Charakterystyka prądowo-napięciowa lamp wyładowczych

Działanie gazowo-wyładowczych źródeł promieniowania opiera się na wyładowaniu elektrycznym w atmosferze gazu obojętnego (najczęściej argonu) i par rtęci. Promieniowanie zachodzi w wyniku przejścia elektronów atomów rtęci z orbity o dużej energii na orbitę o niższej energii. Spośród wszystkich rodzajów wyładowań elektrycznych (cichych, żarzących się itp.), sztuczne źródła charakteryzują się wyładowaniem łukowym, które charakteryzuje się dużą gęstością prądu w kanale wyładowania. Charakterystyki wyładowania łukowego jako elementu obwodu elektrycznego determinują i charakterystyka schematów włączenia źródeł zrzutu gazu.

Charakterystykę prądowo-napięciową wyładowania łukowego pokazano na ryc. 1 (krzywa 1).Pokazuje również charakterystykę prądowo-napięciową stałej rezystancji (krzywa 2). Dla stałego oporu stosunek jest taki sam w każdym punkcie charakterystyki. W małych krokach określa wielkość i znak oporu dynamicznego oraz liniowość charakterystyki.

W przypadku charakterystyki wyładowania łukowego stosunek ten jest, po pierwsze, zmienny liczbowo dla różnych punktów, a po drugie, ujemny w znaku. Pierwsza charakterystyka określa nieliniowość charakterystyki, a druga - tzw. „opadający” charakter krzywej. Zatem wyładowanie łukowe ma nieliniową opadającą charakterystykę prądowo-napięciową.

Jeśli obliczysz statyczną rezystancję łuku w kilku punktach na krzywej (R = U / I), można zauważyć, że wraz ze wzrostem prądu rezystancja łuku maleje.

Ryż. 1. Charakterystyka prądowo-napięciowa wyładowania łukowego (1), stała rezystancja (2) i żarówka (3)

Gdy wyładowanie łukowe jest bezpośrednio podłączone do sieci prądu stałego, wyładowanie jest niestabilne i towarzyszy mu nieskończony wzrost prądu. Dlatego w tym przypadku konieczne jest podjęcie działań w celu ustabilizowania rozładowania. Stabilizację można zapewnić albo za pomocą źródła napięcia o opadającej charakterystyce zewnętrznej (taka charakterystyka jest na przykład specjalnie zaprojektowana do generatora spawalniczego w celu stabilizacji łuku spawalniczego), albo poprzez dodatkowy opornik balastowy połączony szeregowo ze szczeliną wyładowczą . W przypadku gazowo-wyładowczych źródeł promieniowania stosuje się drugą metodę stabilizacji wyładowania.

Rozważmy przypadek włączenia szczeliny gazowej w szereg z aktywnym oporem. na ryc.2 przedstawia charakterystykę prądowo-napięciową (krzywa 1) szczeliny gazowo-wyładowczej oraz różnicę między napięciem sieciowym a spadkiem napięcia w stateczniku w zależności od prądu (linia prosta 2).

Ryż. 2. Schemat włączania szczeliny wyładowczej gazu szeregowo z rezystancją statecznika (a) i charakterystykami prądowo-napięciowymi elementów (b)

Wszystkie ustalone tryby przepływu prądu w takim obwodzie muszą być zgodne Prawo KirchhoffaUc = Ub + Ul. Warunek ten jest spełniony na przecięciach prostej 2 (Uc-Ub = f(I)) z charakterystyką prądowo-woltową I przerwy wyładowczej w gazie. Jednak przy malejącej charakterystyce skrzyżowanie jest możliwe w kilku punktach, z których nie wszystkie będą odpowiadały trybowi stabilnemu Tryb stabilny będzie w tych punktach, dla których wraz ze wzrostem prądu suma spadku napięcia na lampie i stateczniku rezystancja przekroczy napięcie źródła, tj. Ub +Ulb +Ul

Ta nierówność jest kryterium trwałości. Kryterium stabilności na ryc. 2 spełnia punkt B. W modach na lewo od punktu B pojawia się dodatnie przepięcie ΔU, co prowadzi do wzrostu prądu, a w modach na prawo od punktu B pojawia się ujemne przepięcie ΔU, co prowadzi do spadek prądu. Dlatego reżim w punkcie B jest stabilny lub ustabilizowany.

Należy zauważyć, że ani napięcie, ani prąd nie są stabilizowane przez włączenie rezystancji statecznika, stabilizowany jest tylko tryb palenia łuku. W rzeczywistości, gdy napięcie sieciowe wzrośnie do Uc1, tryb spalania pozostaje stabilny i przechodzi do punktu B1, dla którego prąd i napięcie różnią się od odpowiednich wartości w punkcie B.Prąd i napięcie łuku również różnią się w stabilnym punkcie B2 przy obniżonym napięciu Uc2.

Rozważania te pozwalają stwierdzić, że stabilności wyładowania nie można zapewnić stabilizując napięcie w lampie wyładowczej. Powyższe wyprowadzenia napięcia stałego i zależności mają pełne zastosowanie do obwodów napięcia przemiennego. Aby ustabilizować wyładowanie przy prądzie przemiennym, stosuje się stateczniki indukcyjne i pojemnościowe, ponieważ straty na nich są mniejsze niż aktywne.

Charakterystyka prądowo-napięciowa żarówek

Charakterystyka prądowo-napięciowa żarówek jest nieliniowa i ma charakter rosnący. Nieliniowość wynika z zależności rezystancji żarnika od temperatury, a tym samym od prądu: im większy prąd, tym większy opór żarnika. Rosnący charakter krzywej tłumaczy się dodatnią wartością rezystancji dynamicznej: w każdym punkcie krzywej dodatni wzrost prądu odpowiada dodatniemu wzrostowi spadku napięcia. Tryb stabilny jest tworzony automatycznie, to znaczy prąd przy stałym napięciu nie może się zmieniać z przyczyn wewnętrznych. Umożliwia to bezpośrednie podłączenie żarówki do napięcia.