Влияние балластного сопротивления на работу газоразрядных ламп.
При последовательном подключении газоразрядной лампы с балластным сопротивлением к источнику электроэнергии, достаточным для пробоя газового промежутка до возникновения разряда, к электродам будет приложено напряжение равное U3, В. После начала разряда и установления стабильного разрядного тока напряжение на лампе снизится до UГ В, при этом часть напряжения падает на балластном сопротивлении, а другая – на лампе. Для постоянного тока можно записать UС= UЛГ+UБ.
Так как газоразрядные лампы работают на переменном токе, электроды попеременно выполняют роль катода и анода, а характер изменения напряжения и тока на лампе будет зависеть от балластного сопротивления. Рассмотрим стабилизацию работы газоразрядных ламп с активным, индуктивным и емкостным сопротивлениями, которые представлены на осциллограммах
Стабилизация работы газоразрядных ламп при помощи активного сопротивления (а)
Осуществляется просто, но имеет ряд существенных недостатков. Из осциллограммы (а) видно, что ток в лампе возникает, когда UC=U3, т.е. напряжение будет достаточным для зажигания разряда. Как только разряд появится, напряжение на лампе начинает быстро снижаться до UЛГ и остается таким пока мгновенное значение напряжения сети не снизится до величины UЛГ. В этот момент разряд гаснет, а ток становится равным нулю. В следующий полупериод процесс зажигания, горения и погасания разряда повторяется. Как видно из осциллограммы перезажигание разряда в каждом полупериоде сопровождается паузами в начальной jН и конечной jК фазах. Общая длительность паузы jН + jК может достигать 1/3 периода. Наличие пауз разрядного тока ухудшает показатели работы источника оптического излучения, служит причиной возникновения пульсаций потока излучения и стробоскопического эффекта. Кривая мгновенных значений силы тока утрачивает форму синусоиды, а срок службы электродов уменьшается вследствие усиленного распыления оксидного слоя и быстрого снижения эмиссионных свойств электродов. Особенно большим недостатком активного балласта является большой расход электроэнергии.
Стробоскопический эффект- это создание впечатления того, что движущиеся части механизмов кажутся неподвижными, что дезориентирует работающий персонал и может привести к травмам с очень тяжелыми последствиями.
Стабилизация работы газоразрядной лампы при помощи индуктивного сопротивления (б)
Как видно из осциллограммы (б), при стабилизации разряда на лампе с помощью индуктивного балласта возникает сдвиг по фазе между мгновенными значениями напряжения сети и на зажимах лампы. Последнее значение помогает процессу перезажигания дугового разряда в каждом полупериоде, так как в момент перехода тока через нулевое значение к лампе бывает приложено значительное мгновенное значение напряжения сети, благодаря чему перезажигание разряда происходит без заметной паузы, а форма кривой мгновенных значений очень близка к синусоиде. В результате режим работы электродов облегчается, а потери мощности в индуктивном балласте значительно ниже, чем в активном, и составляет 10…35%
Стабилизация работы ГРЛ емкостным сопротивлением (в)
Этот вид стабилизации применяется редко. Соответствующие осциллограммы представлены на рис. в, из которых видно, что кривая тока приобретает чрезвычайно искаженную форму, а срок службы электродов резко снижается. Большие паузыи всплески токов ведут к значительному снижению светотехнических характеристик лампы. При емкостном балласте ток по фазе опережает напряжение сети, поэтому он снижается раньше до нуля, чем напряжение изменит знак. В конце каждого полупериода емкость оказывается заряженной, а к лампе приложено напряжение, равное амплитудному, поэтому перезажигание лампы происходит с резким увеличением тока, а в процессе разряда емкость практически не ограничивает ток, поэтому в лампе он достигает величин намного больших, чем при активном и индуктивном балласте. Вследствие этого газоразрядная лампа с емкостным балластом работает очень нестабильно, имеет большую пульсацию излучаемого потока и очень низкую продолжительность службы электродов. Все это и ограничивает использование емкостного балласта на практике.