Prúdovo-napäťové charakteristiky elektrických lámp

Vlastnosti elektrickej lampy ako prvku elektrického obvodu môžu byť plne reprezentované jej prúdovo-napäťovou charakteristikou, to znamená závislosťou poklesu napätia na nej od hodnoty pretekajúceho prúdu.

Prúdová charakteristika plynových výbojok

Činnosť plynových výbojových zdrojov žiarenia je založená na elektrickom výboji v atmosfére inertného plynu (najčastejšie argónu) a ortuťových pár. K žiareniu dochádza v dôsledku prechodu elektrónov atómov ortuti z dráhy s vysokým energetickým obsahom na dráhu s nižšou energiou. Zo všetkých druhov elektrických výbojov (tiché, žeravé atď.) sa umelé zdroje vyznačujú oblúkovým výbojom, ktorý sa vyznačuje vysokou hustotou prúdu vo výbojovom kanáli. Charakteristiky oblúkového výboja ako prvku elektrického obvodu určujú a charakteristiky schém na zahrnutie zdrojov vypúšťania plynu.

Prúdovo-napäťová charakteristika oblúkového výboja je znázornená na obr. 1 (krivka 1).Ukazuje tiež prúdovo-napäťovú charakteristiku konštantného odporu (krivka 2). Pre konštantný odpor je pomer rovnaký v každom bode charakteristiky. Určuje v malých krokoch veľkosť a znamienko dynamického odporu a linearitu charakteristiky.

Pre charakteristiky oblúkového výboja je tento pomer po prvé numericky variabilný pre rôzne body a po druhé, záporné znamienko. Prvá charakteristika určuje nelineárnosť charakteristiky a druhá - takzvaný "klesajúci" charakter krivky. Oblúkový výboj má teda nelineárnu charakteristiku klesajúceho prúdu a napätia.

Ak vypočítate statický odpor oblúka v niekoľkých bodoch krivky (R = U / I), je možné vidieť, že keď sa prúd zvyšuje, odpor oblúka klesá.

Ryža. 1. Prúdovo-napäťové charakteristiky oblúkového výboja (1), konštantný odpor (2) a žiarovka (3)

Keď je oblúkový výboj priamo pripojený k jednosmernej sieti, výboj je nestabilný a je sprevádzaný nekonečným nárastom prúdu. Preto je v tomto prípade potrebné prijať opatrenia na stabilizáciu výboja. Stabilizáciu je možné zabezpečiť buď použitím zdroja napätia s klesajúcou vonkajšou charakteristikou (taká charakteristika je napríklad špeciálne navrhnutá pre zvárací generátor na stabilizáciu zváracieho oblúka), alebo prídavným predradníkom zapojeným do série s plynovou výbojovou medzerou. . Pre zdroje žiarenia s plynovým výbojom sa používa druhý spôsob stabilizácie výboja.

Uvažujme o prípade zapojenia plynovej medzery do série s aktívnym odporom. Na obr.2 je znázornená prúdovo-napäťová charakteristika (krivka 1) medzery medzi plynom a výbojom a rozdiel medzi sieťovým napätím a úbytkom napätia v predradníku v závislosti od prúdu (priamka 2).

Ryža. 2. Schéma zapojenia plynovej výbojovej medzery v sérii s odporom predradníka (a) a charakteristikami prúdového napätia prvkov (b)

Všetky ustálené režimy toku prúdu v takomto obvode musia vyhovovať Kirchhoffov zákonUc = Ub + Ul. Táto podmienka je splnená na priesečníkoch priamky 2 (Uc-Ub = f (I)) s prúdovo-voltovou charakteristikou I plynovej výbojovej medzery. S klesajúcimi charakteristikami je však možné kríženie v niekoľkých bodoch, z ktorých nie všetky budú zodpovedať stabilnému režimu Stabilný režim bude v tých bodoch, pre ktoré pri zvyšovaní prúdu je súčet poklesu napätia na svietidle a predradníku. odpor prekročí napätie zdroja, t.j. Ub +Ulb +Ul

Táto nerovnosť je kritériom udržateľnosti. Kritérium stability na obr. 2 vyhovuje bodu B. V režimoch naľavo od bodu B sa objavuje kladné prepätie ΔU, čo vedie k zvýšeniu prúdu, a v režime napravo od bodu B sa objavuje záporné prepätie ΔU, čo vedie k pokles prúdu. Preto je režim v bode B stabilný alebo stabilizovaný.

Je potrebné poznamenať, že ani napätie, ani prúd sa nestabilizujú zapnutím odporu predradníka, stabilizuje sa iba režim horenia oblúka. V skutočnosti, keď sa napätie v sieti zvýši na Uc1, režim spaľovania zostane stabilný a prejde do bodu B1, pre ktorý sa prúd a napätie líšia od zodpovedajúcich hodnôt v bode B.Prúd a napätie oblúka sa tiež líšia v stabilnom bode B2 pri zníženom napätí Uc2.

Tieto úvahy nám umožňujú dospieť k záveru, že stabilitu výboja nemožno zabezpečiť stabilizáciou napätia v plynovej výbojke. Vyššie uvedené odvodenia a vzťahy jednosmerného napätia sú plne použiteľné pre obvody striedavého napätia. Na stabilizáciu výboja pri striedavom prúde sa používajú indukčné a kapacitné predradníky, pretože straty na nich sú menšie ako aktívne.

Prúdová charakteristika žiaroviek

Prúdová charakteristika žiaroviek je nelineárna a má vzostupný charakter. Nelinearita je spôsobená závislosťou odporu vlákna od teploty a teda od prúdu: čím väčší je prúd, tým väčší je odpor vlákna. Zvyšujúca sa povaha krivky sa vysvetľuje kladnou hodnotou dynamického odporu: v každom bode krivky kladné zvýšenie prúdu zodpovedá kladnému zvýšeniu poklesu napätia. Automaticky sa vytvorí stabilný režim, to znamená, že prúd pri konštantnom napätí sa nemôže zmeniť z vnútorných dôvodov. To umožňuje priame pripojenie žiarovky k napätiu.