Ксеноновые трубчатые лампы и их применение - Вассерман A.Л.
ISBN 5-283-00544-5
Скачать (прямая ссылка):
Рис 28. Схема включения лампы с тиристорно-емкостным балластом (а) и осциллограммы электрических процессов в контуре лампы (б):
1 - напряжение сети; 2 - напряжение на конденсаторе Cl; 3 - импульс тока; 4 — световой поток
43
^ - ^lyb Рис- 29. Схема замещения контура лампы
т° І-1 ! IH—J с тиристорно-емкостным балластом при
очередном перезаряде конденсатора Ci:
- эквивалентное сопротивление лампы; R0 — сопротивление сети
E — О
Электрические процессы в контуре лампы с тиристорно-емкостным балластом иллюстрируются осциллограммой, представленной на рис. 28, б.
Вывод основных соотношений в контуре тиристорно-емкостного балласта проводился без учета тока дежурного режима ввиду его малого значения для двух случаев. Первый — при отсутствии буферного конденсатора С2 и второй — при его наличии, с учетом схемы замещения, фиксирующей электрическую цепь очередного перезаряда конденсатора Cl, как это показано на рис. 29.
Сделав допущение, что в момент коммутации мгновенные значения-напряжения сети и сопротивления лампы Rn остаются неизменными, можно для первого случая написать операторное уравнение -
Е/Р = /„ (p)Rn + In №с + In (P)ІРСі - EIP.
Решив это уравнение, получим выражения для электрических характеристик контура лампы с тиристорно-емкостным балластом. Импульс тока
Z1 = І?_е-'//гсі, (64)
R
где R= Rn + R0.
Длительность импульса тока на уровне 0,1 амплитуды
т,- = 3RCi. (65)
Действующее напряжение на лампе за время импульса
= 2Uc1Rn M Ji e-2t/RCldt) °'5= ^ClRn
R \ т{ о / R v 3
(66)
Сопротивление лампы находится из совместного решения уравнений (66) и (67):
^л = ^л ном (^л,и/ Un ном) 1,S- (67)
Средняя мощность, мощность в импульсе и действующий ток лампы определяются с помощью следующих уравнений:
Pn= 4E2C1RnI RT; (68)
44
PK = 2E2Rn/3R; (69)
In=IE(C1IRTf >s. (70)
В этой схеме амплитуда тока в сети достигает сотни ампер. С целью уменьшения амплитуды тока параллельно сети подключают буферный конденсатор C2. В этом случае, воспользовавшись схемой замещения (см. рис. 29), напишем систему операторных уравнений для токов:
Е = Г 1(P)Rc+ [Jx(P) -/2(P)] 1
р рс2
о = h(p) [Rn + — ] + Vh(P)-h(P)] 1
PC1 і рС2
Решив эту систему, найдем выражения для мгновенных значений токов:
AEe-01I2 I tyja2 - ЛЬ ,
H =---, Sh - ; (71)
C2RсRпу/а2 - ЛЬ \ 2
am I 'V*2 - 4Ь ' ,
2Ee~at'2 sh - (CiAn-C2Ac-C1Ac)
C2RqR2JC і yja2 - ЛЬ
+
- e-"t/l ch - f (72)
Лл \ 2 /
где
С2ЯС + CiAn + СіЛс
a -
Ci C2RnR c fc= 1IC1C2RnR0.
Действующее значение тока лампы
7 /ттгт^лг:
v c2/?c + CjAn + Ci/?c
Средняя мощность лампы
4?2Сі/(С2Яс + C1Rn)
Pn = -. (74)
C2ftc+ СіЛп +СіЯс
45
Мощность лампы в импульсе
Pn = E2 (C2R0 + C1Rn)^C2R0Rn. (75)
Действующее значение тока сети
h = 2EC1 VfKC2R0 + C1Rn +C1R0) . (76)
Если взять отношения (66) и (76), то получим выражение, которое позволяет определить кратность уменьшения тока в сети при использовании буферного конденсатора С2:
и/ =Vl +C2RJC1R. (77)
Такой же режим работы ксеноновых ламп может быть осуществлен для двух ламп, включенных последовательно [30], как это изображено на рис. 30.
Для обеспечения заданной мощности и повышения стабильности электрических и световых характеристик ксеноновых ламп, если колебания напряжения сети превышают допустимые пределы, целесообразно применение емкостного балласта [31]. Рассмотрим электрическую цепь, содержащую газоразрядную лампу и конденсатор, подключенный к сети переменного тока. После зажигания лампы конденсатор начинает заряжаться от источника питания. Скорость нарастания тока определяется емкостью конденсатора и сопротивлением лампы. Если динамическое сопротивление лампы имеет отрицательный знак, т.е. rR = = dUjdt < 0, то это приводит к колебательному импульсу тока через лампу. В момент времени, когда сумма напряжений на конденсаторе и сети равна нулю, лампа гаснет. Этот процесс может повторяться несколько раз за полупериод и наблюдается, когда используется чисто емкостный балласт, для большинства РЛ с падающей ВАХ. При возрас-
тающей ВАХ, которой обладают трубчатые ксеноновые лампы, динамическое сопротивление становится также возрастающим. Это приводит к затягиванию импульса тока, и форма тока приближается к синусоидальной.
Необходимая емкость батареи конденсаторов
UK = -= (Ul - U\ cos2 фк)°>5 + Un sin фк, (78)
27Г/СК
где UK — напряжение на конденсаторе; фк — угол, характеризующий степень искажения кривых тока и напряжения на лампе, равный примерно 10° для ксеноновых трубчатых ламп.
Векторная диаграмма напряжений для электрического контура, содержащего ксеноновую лампу и емкостный балласт, в соответствии с формулой (78) приведена на рис. 31. Пользуясь векторной диаграммой, можно написать
Un = {Ul+ U^ - 2UCUK sin V?)0'5; (79)
Un
COSV5 = - cos фк. (80)
Оценить зависимость электрических и световых характеристик трубчатых ксеноновых ламп от колебаний напряжения питания при их включении в сеть переменного тока без балласта и с емкостным балластом можно с помощью коэффициентов нестабильности для тока напряжения уи, мощности ур и светового потока 7ф по напряжению сети, полученных в [32]:
