Strujno-naponske karakteristike električnih žarulja
Svojstva električne žarulje kao elementa električnog kruga mogu se u potpunosti prikazati njezinom strujno-naponskom karakteristikom, odnosno ovisnošću pada napona na njoj o vrijednosti struje koja teče.
Strujno-naponska karakteristika žarulja s izbojem
Djelovanje izvora zračenja s izbojem u plinu temelji se na električnom izboju u atmosferi inertnog plina (najčešće argona) i živinih para. Zračenje nastaje zbog prijelaza elektrona atoma žive iz orbite visokog sadržaja energije u orbitu niže energije. Od sve raznolikosti električnih pražnjenja (tihi, užareni, itd.), Umjetni izvori karakteriziraju lučno pražnjenje, koje karakterizira velika gustoća struje u kanalu pražnjenja. Karakteristike lučnog pražnjenja kao elementa električnog kruga određuju i karakteristike shema za uključivanje izvora pražnjenja u plinu.
Strujno-naponska karakteristika lučnog pražnjenja prikazana je na sl. 1 (krivulja 1).Također prikazuje strujno-naponsku karakteristiku konstantnog otpora (krivulja 2). Za konstantan otpor, omjer je isti u svakoj točki karakteristike. U malim koracima određuje veličinu i predznak dinamičkog otpora i linearnost karakteristike.
Za karakteristike lučnog pražnjenja, ovaj omjer je, prvo, numerički promjenjiv za različite točke, i drugo, negativnog predznaka. Prva karakteristika određuje nelinearnost karakteristike, a druga - takozvani "padajući" karakter krivulje. Dakle, lučno pražnjenje ima nelinearnu padajuću strujno-naponsku karakteristiku.
Ako izračunate statički otpor luka u nekoliko točaka na krivulji (R = U / I), može se vidjeti da se s povećanjem struje otpor luka smanjuje.
Riža. 1. Strujno-naponske karakteristike lučnog pražnjenja (1), konstantnog otpora (2) i žarulje sa žarnom niti (3)
Kada je lučno pražnjenje izravno spojeno na istosmjernu mrežu, pražnjenje je nestabilno i prati ga beskonačno povećanje struje. Stoga je u ovom slučaju potrebno poduzeti mjere za stabilizaciju pražnjenja. Stabilizacija se može osigurati korištenjem izvora napona s padajućom vanjskom karakteristikom (takva je karakteristika, na primjer, posebno dizajnirana za generator zavarivanja za stabilizaciju luka zavarivanja), ili dodatnim balastnim otporom spojenim u seriju s prazninom za pražnjenje plina . Za izvore zračenja s izbojem u plinu koristi se druga metoda stabilizacije izboja.
Razmotrimo slučaj uključivanja plinskog raspora u seriju s aktivnim otporom. Na sl.Slika 2 prikazuje strujno-naponsku karakteristiku (krivulja 1) rascjepa s pražnjenjem u plinu i razliku između mrežnog napona i pada napona u prigušnici ovisno o struji (prava linija 2).
Riža. 2. Shema za serijsko uključivanje plinskog pražnjenja s otporom balasta (a) i strujno-naponskim karakteristikama elemenata (b)
Svi stacionarni načini protoka struje u takvom krugu moraju biti usklađeni Kirchhoffov zakonUc = Ub +Ul. Ovaj uvjet je ispunjen na sjecištima ravne linije 2 (Uc-Ub = f (I)) sa strujno-voltnom karakteristikom I plinskog pražnjenja. Međutim, s opadajućim karakteristikama, križanje je moguće u nekoliko točaka, od kojih sve neće odgovarati stabilnom načinu rada. Stabilni način rada bit će u onim točkama za koje, kako se struja povećava, zbroj pada napona na žarulji i prigušnici otpor će premašiti napon izvora, tj. Ub +Ulb +Ul
Ova nejednakost je kriterij održivosti. Kriterij stabilnosti na sl. 2 zadovoljava točku B. U načinima rada lijevo od točke B javlja se pozitivni prekomjerni napon ΔU, što dovodi do porasta struje, a u režimu desno od točke B javlja se negativni prekomjerni napon ΔU, što dovodi do smanjenje struje. Dakle, režim u točki B je stabilan ili stabiliziran.
Treba napomenuti da se ni napon ni struja ne stabiliziraju uključivanjem otpora balasta, stabilizira se samo način gorenja luka. Zapravo, kada se mrežni napon poveća na Uc1, način izgaranja ostaje stabilan i ide do točke B1 za koju se struja i napon razlikuju od odgovarajućih vrijednosti u točki B.Struja i napon luka također se razlikuju u stabilnoj točki B2 pri smanjenom naponu Uc2.
Ova razmatranja omogućuju nam da zaključimo da se stabilnost pražnjenja ne može osigurati stabilizacijom napona u svjetiljci s izbojem. Gore navedene derivacije istosmjernog napona i odnosi u potpunosti su primjenjivi na krugove izmjeničnog napona. Za stabilizaciju pražnjenja pri izmjeničnoj struji koriste se induktivni i kapacitivni balasti, budući da su gubici na njima manji od aktivnih.
Strujno-naponska karakteristika žarulja sa žarnom niti
Strujno-naponska karakteristika žarulja sa žarnom niti je nelinearna i ima rastući karakter. Nelinearnost je posljedica ovisnosti otpora žarne niti o temperaturi, a time i o struji: što je veća struja, veći je otpor žarne niti. Rastuća priroda krivulje objašnjava se pozitivnom vrijednošću dinamičkog otpora: u svakoj točki krivulje pozitivno povećanje struje odgovara pozitivnom porastu pada napona. Automatski se stvara stabilni način rada, odnosno struja pri konstantnom naponu ne može se promijeniti zbog unutarnjih razloga. To omogućuje izravno spajanje žarulje sa žarnom niti na napon.