Струјно-напонске карактеристике електричних сијалица

Особине електричне лампе као елемента електричног кола могу се у потпуности представити њеном струјно-напонском карактеристиком, односно зависношћу пада напона на њој од вредности струје која тече.

Струјно-напонска карактеристика сијалица на гасно пражњење

Рад извора зрачења у гасном пражњењу заснива се на електричном пражњењу у атмосфери инертног гаса (најчешће аргона) и паре живе. Зрачење настаје услед преласка електрона атома живе из орбите са високим садржајем енергије у орбиту ниже енергије. Од свих разноврсних електричних пражњења (тиха, светлећа, итд.), вештачке изворе карактерише лучно пражњење, које карактерише велика густина струје у каналу пражњења. Карактеристике лучног пражњења као елемента електричног кола одређују и карактеристике шема за укључивање извора гасног пражњења.

Струјна-напонска карактеристика лучног пражњења приказана је на Сл. 1 (крива 1).Такође показује струјно-напонску карактеристику константног отпора (крива 2). За константан отпор, однос је исти у свакој тачки на карактеристици. Он у малим корацима одређује величину и знак динамичког отпора и линеарност карактеристике.

За карактеристике лучног пражњења, овај однос је, прво, нумерички променљив за различите тачке, а друго, негативан предзнака. Прва карактеристика одређује нелинеарност карактеристике, а друга - такозвани "падајући" карактер криве. Дакле, лучно пражњење има нелинеарну опадајућу напонску карактеристику.

Ако израчунате статички отпор лука у неколико тачака на кривој (Р = У / И), може се видети да како се струја повећава, отпор лука се смањује.

Пиринач. 1. Струјно-напонске карактеристике лучног пражњења (1), константног отпора (2) и жаруље са жарном нити (3)

Када је лучно пражњење директно повезано на ДЦ мрежу, пражњење је нестабилно и праћено је бесконачним повећањем струје. Због тога је у овом случају неопходно предузети мере за стабилизацију пражњења. Стабилизација се може обезбедити или коришћењем извора напона са опадајућом спољашњом карактеристиком (таква карактеристика је, на пример, посебно дизајнирана за генератор за заваривање да стабилизује заваривачки лук), или додатним баластним отпором повезаним у серију са празнином за пражњење гаса . За изворе зрачења у гасном пражњењу користи се други метод стабилизације пражњења.

Размотримо случај укључивања гасног јаза у серију са активним отпором. На сл.2 приказује струјно-напонску карактеристику (крива 1) гасно-пражњеног јаза и разлику између мрежног напона и пада напона у пригушници у зависности од струје (права 2).

Пиринач. 2. Шема укључивања гасног пражњења у серију са отпором баласта (а) и струјно-напонским карактеристикама елемената (б)

Сви стационарни начини тока струје у таквом колу морају бити усклађени Кирхофов законУц = Уб +Ул. Овај услов је испуњен на пресецима праве линије 2 (Уц-Уб = ф (И)) са струјно-волтном карактеристиком И гасног пражњења. Међутим, са опадајућим карактеристикама укрштање је могуће у неколико тачака, од којих све неће одговарати стабилном режиму.Стабилни режим ће бити у оним тачкама за које се, како се струја повећава, збир пада напона на лампи и пригушници отпор ће премашити напон извора, тј. Уб +Улб +Ул

Ова неједнакост је критеријум одрживости. Критеријум стабилности на сл. 2 задовољава тачку Б. У режимима лево од тачке Б јавља се позитиван вишак напона ΔУ, што доводи до повећања струје, а у режиму десно од тачке Б јавља се негативан вишак напона ΔУ, што доводи до смањење струје. Дакле, режим у тачки Б је стабилан или стабилизован.

Треба напоменути да се ни напон ни струја не стабилизују укључивањем отпора баласта, већ се стабилизује само режим сагоревања лука. У ствари, када се напон мреже повећа на Уц1, режим сагоревања остаје стабилан и иде до тачке Б1 за коју се струја и напон разликују од одговарајућих вредности у тачки Б.Струја и напон лука се такође разликују у стабилној тачки Б2 при смањеном напону Уц2.

Ова разматрања нам омогућавају да закључимо да се стабилност пражњења не може обезбедити стабилизацијом напона у лампи са гасним пражњењем. Горе наведене деривације и односи једносмерног напона су у потпуности применљиви на кола наизменичног напона. За стабилизацију пражњења на наизменичну струју користе се индуктивни и капацитивни баласт, јер су губици на њима мањи од активних.

Струјно-напонска карактеристика сијалица са жарном нити

Струјна напонска карактеристика сијалица са жарном нити је нелинеарна и има узлазни карактер. Нелинеарност је последица зависности отпора филамента од температуре, а самим тим и од струје: што је струја већа, то је већи отпор филамента. Растућа природа криве објашњава се позитивном вредношћу динамичког отпора: у свакој тачки криве позитивно повећање струје одговара позитивном порасту пада напона. Аутоматски се ствара стабилан режим, односно струја при константном напону се не може променити због унутрашњих разлога. Ово омогућава директно повезивање лампе са жарном нити на напон.