 |
 |
 |
 |
зажимах Uc= (Ет-/Гг) может считаться постоянным. Практически это имеет место во всех случаях, когда мощность генератора или сети значительно превосходит мощность, потребляемую лампой.
Переход разряда из одной точки ВАХ в другую и установление той или иной формы разряда можно осуществить путем изменения Гб при постоянном значении Uc (рис. 5.8,а) и путем изменения Uc при постоянном Ге (рис. 5.8,6).
На рис. 5.8,а кривая Uj, (участок аЬс) изображает падающий участок ВАХ разрядной лампы, соответствующий дуговому разряду. Проведем из точки d, соответствующей Uc при нулевом токе, вниз прямые, наклонные к линии Uc, под углами ai, тангенсы которых в масштабе чертежа равны сопротивлениям Гб/ (прямые 7, 2, 3, 4 и т. д.). Кривые такого типа будем называть нагрузочной ВАХ данного стабилизирующего устройства. Очевидно, что условие (5.17) выполняется только при режимах, соответствующих точкам пересечения линии (Uc-Ir) с ВАХ разряда, например в точках bi, и т. д.
Если бы мы подключили разрядную лампу непосредственно без стабилизирующего устройства (гб=0) к генератору с напряжением ис и зажгли дуговой разряд, т. е попали на падающий участок ВАХ аЬгЬзС (рис. 5.8,а), то условие (5.17) выполнялось бы в точке Ьг- Но этот режим является неустойчивым. Действительно, при небольшом случайном увеличении силы тока напряжение на лампе уменьшится, избыток напряжения приведет к росту тока, рост тока вызовет дальнейшее уменьшение напряжения на лампе и так будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет разрушение какого-либо из узлов лампы или элементов контура.
При наличии падающих участков ВАХ возможны случаи, когда линия (Uc-/гб) пересекает ВАХ в нескольких точках (например, точки Ь, и Ьз на рис. 5.8,а). Устойчивыми будут точки равновесия, для которых при небольших приращениях тока прирост падения напряжения на балласте превышает убыль напряжения на лампе:
[(Аг/б/,АО+(Аг/л/АО]>о.
Общий метод анализа устойчивости системы в точках равновесия состоит в том, что рассматриваются малые приращения вблизи точек равновесия и исследуется их поведение во времени. Если отклонения затухают, то исходное состояние устойчиво, если растут или остаются постоянными - то неустойчиво. В целях упрощения обычно ограничиваются первыми производными, т. е. задачу линеаризуют.
Если мы работаем на дуговом участке аЬс ВАХ, то при увеличении Гб при C/c=const или уменьшении Uc при r6=const постепенно попадаем в точку Ьп, где линия Гб касательна к ВАХ.
Дальнейшее увеличение ге или снижение Uc приводит к погасанию разряда.
При выборе оптимального значения отношения (UJUc) необходимо стремиться обеспечить требуемое качество стабилизации условий разряда, уменьшить потери в балластном сопротивлении, а также обеспечить устойчивость в отношении погасания. Подчеркнем, что речь идет о поддержании самостоятельного разряда, а не о его возникновении. Для возникновения самостоятельного разряда и его перехода в дуговой требуется обычно кратковременно приложить более высокое напряжение или (и) создать условия в разряде, облегчающие «зажигание» и 5.2).
Стабильность работы лампы. Назовем коэффициентом нестабильности соотношение относительного изменения силы тока, мощности или другого параметра лампы к вызвавшему его относительному изменению внешнего параметра, например изменение тока при изменении напряжения сети
г dl \ I dU \
Рис. 5.9. Стабилизация разрядной лампы при работе на постоянном токе при помощи нелинейно возрастающего с током резистора
(см. § 5.1
Я/t/ =
(5.18)
или изменение мощности лампы при изменении напряжения сети
(5.19)
Аналогично составляются выражения для определения коэффициентов нестабильности от других параметров, отмечаемых двумя индексами: первый - параметр лампы, второй - внешний. Чем меньше значение %, тем стабильнее ток или мощность лампы. В идеальном случае, при %mn=, ток или мощность лампы остаются неизменными при изменении соответствующего внешнего параметра.
Для определения %mn необходимо взять полное приращение тока или мощности по приращению напряжения питания или Другого параметра.
Определим в качестве примера нестабильность мощности при изменении напряжения питания для случая r6=cons.t и горизонтального участка ВАХ. Дифференцируя (5.17), после небольших иреобразований получаем
где m=Us,jUc. Из (5.20) видно, что коэффициент нестабильности растет с ростом т. Так, при т=0,5 Ари=2, при т=0,6 %Ри=2,Ъ\
Аналогичные соотношения можно вывести и для других условий, в частности для падающей или возрастающей ветви ВАХ лампы (см. § 5.5). Более подробно см. в [5.7 и 5.8].
Потери мощности в балластном резисторе и КПД схемы. Очевидно, что
откуда
Рб = Рех(1-/л с). (5.21)
Определим КПД схемы как отношение Рл/Рсх- В нашем случае можновидеть, что
г1,=Р,/Рсх=С/л/1/с. (5.22)
Из (5.21) следует, что для уменьшения Рб и повышения rjcx необходимо увеличивать UjfJc- Однако при этом ухудшаются условия стабильности. Кроме того, для надежности зажигания разряда Uc должно превосходить определенную минимальную величину. Если принять %ри2,Ъ, то т0,6 и Т1сх=0,6.
Из приведенных соотношений видно, что стабилизация разрядных ламп при помощи резистора связана с большими потерями мощности в резисторе.
Уменьшение потерь в балласте при сохранении качества стабилизации может быть достигнуто при использовании резистора, сопротивление которого возрастает с током, или генератора с падающей ВАХ (рис. 5.9). Расчеты проводятся аналогично.
5.4. РАБОТА РАЗРЯДНЫХ ЛАМП НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
Подавляющее большинство разрядных ламп работает в промышленных сетях переменного тока с частотой 50 Гц (в некоторых странах применяется частота 60 Гц). В последнее время начинают получать распространение также схемы питания разрядных ламп от источников повышенной частоты, имеющие целый ряд преимуществ. Применяемые для этой цели полупроводниковые преобразователи частоты и балластные устройства позволяют в широких пределах регулировать не только частоту, но также и форму подаваемого на лампу напряжения и тока. В связи с этим в последние годы уделяется все больше внимания исследованиям работы ламп в таких схемах. При этом можно выделить, по крайней мере, два рода задач: исследование характеристик разряда и ламп на переменном токе разной частоты и формы и разработку схем с полупроводниковыми элементами и разрядными лампами и методов их расчета. В дан
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 [ 56 ] 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239