Proudově-napěťové charakteristiky elektrických lamp

Vlastnosti elektrické lampy jako prvku elektrického obvodu lze plně reprezentovat její proudově-napěťovou charakteristikou, tedy závislostí úbytku napětí na ní na hodnotě protékajícího proudu.

Proudově-napěťová charakteristika plynových výbojek

Provoz plynových výbojových zdrojů záření je založen na elektrickém výboji v atmosféře inertního plynu (nejčastěji argonu) a par rtuti. K záření dochází v důsledku přechodu elektronů atomů rtuti z dráhy s vysokým obsahem energie na dráhu s nižší energií. Ze všech různých elektrických výbojů (tiché, žhnoucí atd.) se umělé zdroje vyznačují obloukovým výbojem, který se vyznačuje vysokou proudovou hustotou ve výbojovém kanálu. Charakteristiky obloukového výboje jako prvku elektrického obvodu určují a charakteristiky schémat pro zahrnutí zdrojů vypouštění plynu.

Proudově-napěťová charakteristika obloukového výboje je na Obr. 1 (křivka 1).Ukazuje také proudově napěťovou charakteristiku konstantního odporu (křivka 2). Pro konstantní odpor je poměr stejný v každém bodě charakteristiky. Určuje po malých krocích velikost a znaménko dynamického odporu a linearitu charakteristiky.

Pro charakteristiky obloukového výboje je tento poměr zaprvé číselně proměnný pro různé body a zadruhé záporné znaménko. První charakteristika určuje nelinearitu charakteristiky a druhá – tzv. „klesající“ charakter křivky. Obloukový výboj má tedy nelineární charakteristiku klesajícího proudu-napětí.

Pokud spočítáte odpor statického oblouku v několika bodech křivky (R = U / I), je vidět, že jak se proud zvyšuje, odpor oblouku klesá.

Rýže. 1. Proudově-napěťová charakteristika obloukového výboje (1), konstantního odporu (2) a žárovky (3)

Když je obloukový výboj přímo připojen ke stejnosměrné síti, je výboj nestabilní a je doprovázen nekonečným nárůstem proudu. Proto je v tomto případě nutné přijmout opatření ke stabilizaci výboje. Stabilizaci lze zajistit buď použitím zdroje napětí s klesající vnější charakteristikou (taková charakteristika je například speciálně navržena pro svařovací generátor pro stabilizaci svařovacího oblouku), nebo přídavným předřadným odporem zapojeným do série s výbojovou mezerou plynu. . U plynových výbojových zdrojů záření se používá druhý způsob stabilizace výboje.

Uvažujme případ zapojení plynové mezery do série s aktivním odporem. Na Obr.2 znázorňuje proudově napěťovou charakteristiku (křivka 1) mezery plyn-výboj a rozdíl mezi síťovým napětím a úbytkem napětí v předřadníku v závislosti na proudu (přímka 2).

Rýže. 2. Schéma pro zapnutí plynové výbojové mezery v sérii s odporem předřadníku (a) a proudově-napěťovou charakteristikou prvků (b)

Všechny ustálené režimy toku proudu v takovém obvodu musí vyhovovat Kirchhoffův zákonUc = Ub + Ul. Tato podmínka je splněna na průsečících přímky 2 (Uc-Ub = f (I)) s proudově-voltovou charakteristikou I plynové výbojové mezery. S klesající charakteristikou je však možné křížení v několika bodech, z nichž ne všechny budou odpovídat stabilnímu režimu. Stabilní režim bude v těch bodech, u kterých s rostoucím proudem bude součet úbytku napětí na lampě a předřadníku odpor překročí napětí zdroje, tzn. Ub +Ulb +Ul

Tato nerovnost je kritériem udržitelnosti. Kritérium stability na obr. 2 vyhovuje bodu B. V režimech nalevo od bodu B se objeví kladné přepětí ΔU, které vede ke zvýšení proudu, a v režimu vpravo od bodu B se objeví záporné přepětí ΔU, které vede k pokles proudu. Proto je režim v bodě B stabilní nebo stabilizovaný.

Je třeba poznamenat, že ani napětí ani proud nejsou stabilizovány zapnutím odporu předřadníku, stabilizuje se pouze režim hoření oblouku. Ve skutečnosti, když se síťové napětí zvýší na Uc1, režim spalování zůstane stabilní a přejde do bodu B1, pro který se proud a napětí liší od odpovídajících hodnot v bodě B.Proud a napětí oblouku se také liší ve stabilním bodě B2 při sníženém napětí Uc2.

Tyto úvahy nám umožňují dojít k závěru, že stabilitu výboje nelze zajistit stabilizací napětí v plynové výbojce. Výše uvedené odvozeniny a vztahy stejnosměrného napětí jsou plně použitelné pro obvody střídavého napětí. Ke stabilizaci výboje při střídavém proudu se používají indukční a kapacitní předřadníky, protože ztráty na nich jsou menší než aktivní.

Proudově-napěťová charakteristika žárovek

Proudově napěťová charakteristika žárovek je nelineární a má vzestupný charakter. Nelinearita je způsobena závislostí odporu vlákna na teplotě a tedy na proudu: čím větší je proud, tím větší je odpor vlákna. Rostoucí charakter křivky se vysvětluje kladnou hodnotou dynamického odporu: v každém bodě křivky kladné zvýšení proudu odpovídá kladnému zvýšení úbytku napětí. Automaticky se vytvoří stabilní režim, to znamená, že proud při konstantním napětí se nemůže z vnitřních důvodů změnit. To umožňuje přímé připojení žárovky k napětí.