Уэймаус д., Газоразрядные источники света (988969), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Известный путь обеспечения этого условия — использование трансформатора с щелевым зазором, показанного схематично на рис. 12-1, Магнитное поле, созданное в магнитопроводе первичным током, можно разделить на две части: часть, замыкающуюся на участке АСО (ко- 290 торый не связан со вторичной обмоткой) и вторую часть, замыкающуюся на участке АВ0 (который связан со втоичной обмоткой). На участке АВТО имеется зазор в виде Р мостиков, полосок или «щелей», чья общая площ д б а ь сечения значительно меньше, чем основной сердечник.
Вблизи максимума напряжения первичный ток (отстающий на 90 ) и м.д. с. близки к нулю. Щели не насыщены и имеют высокую магнитную проницаемость, отсюда наибольший магнитный поток сосредоточен в стальной части участка АВВ, связанного со вторичной обмоткой, и он индуктирует во вторичной обмотке высокое мгновенное напряжение. Во все другие фазы периода щели насыщаются, н щелевой зазор ведет себя подобно воздушному зазору с низкой магнитной проницаемостью. Поэтому щелевой зазор В имеет ббльшую протяженность, чем шунтирующий зазор АС, часть АСР имеет более высокуго эффективную магнитную проницаемость, чем часть АВВ, и большая часть магнитного потока замыкается помимо вторичной обмотки через шунт.
Поэтому напряжение, нндуктируемое во вторичной обмотке, много ниже. В этом случае форма кривой вторичного напряжения аппроксимируется, как показано на рис. 12-2,а. Ширина пика напряжения зависит от отношения площади поперечного сечения щелей к общей площади сечения сердечника, в то время как отношение индуктированного пика напряжения в любое другое время цикла определяется отношением ширнны щслевого зазора к ширине шунтирующего зазора, Это принято в обычной практике конструирования трансформаторного и автотрансформаторного балластов (для обеспечения экономичности), так что форма кривой напряжения холостого хода, при. ложенного в действительности к лампе, такая, как показано на рис. 12-2,б.
Таков общий итог рассмотрения вопроса об индуктировании напряжения во вторичной и ' первичной обмотках. Типичное отношение пика напряжения к его эффективному значению находится в пределах 2 и 2,2, что характерно для этого рода цепей. Вопросы конструирования пиковых балластов рассмотрены в 1Л. 12-1). Именно по этой причине резисторный балласт рассмотрен в гл. 2. Балласт переменного тока может создавать достаточное напряжение холостого хода при достаточно высоком токе, обеспечивающее переход от 19' 291 Рис.
12-2. Форма кривой вторичного напряжения (а) и сумма первичного н вторичного инпряжений (ияпряжепяе, соидивисмое ив- тотрвнсформвтором) (б). — — — — — ирпвия, которая может быть получена, еолп поперечное сечеиче мггииголроиодч будет постоянным иа всем щюгяжеини мигиигиоя цепи. тлеющего разряда к дуговому.
Однако физика процесса такого перехода еще недостаточно широко изучена. Обеспечение указанного выше эффективного значения напряжения холостого хода д) является более важным, чем получение напряжения, обусловливающего переход от тлеющего разряда к дуговому. Разработка балластов с очень низким эффективным значением напряжения при заданном пике напряжения холостого хода очень важна с точки зрения получения разряда с предварительным нагревом катодов. б) Регулирование тока лампы Другой задачей балласта, подобной той, которая уже была обсуждена при рассмотрении резисториого балласта, является регулирование тока лампы.
Так, в добавление к требованию, чтобы трансформатор обеспечивал необходимое напряжение холостого хода, балласт должен также обладать сопротивлением, которое в случае балласта переменного тока может быть чисто реактивным. Рассмотрим сначала простейший случай, когда сопротивление индуктивное. Как показано на рис. 12-3,а, балластная цепь состоит из лампы и индуктивности, включенных последовательно.
Оценим эту цепь прежде всего с точки зрения линейных элементов цепи: лампа может быть аппроксимирована резистором с напряжением, совпадающим по фазе с токомеб; векторная диаграмма этой цепи показана па рис. 12-3,б. Заметим, что если напряжение на лампе и падение напряжения на индуктивиости аппроксимиро- 292 вать одинаково, то ток лампы отстает от напряжения холостого хода на 45'. Как было указано в гл. 2, форма кривой напряжения на лампе при ее работе в пепи переменного тока несинусоидальна, в результате этого эффективное значение напряжения на лампе, умноженное на эффективное значение тока, не равно эффективному значению мощности лампы. Лампа имеет фактический коэффициент мощности, который в общем индуктивный, о )л л л в б) рне 12 З Ипдуктнвнвя бяллистнин цепь (и), веяторнпя дичгрвния при ч го и чисто иижгипоп нагрузке лампы (б) и веяторппя дпигримми, юучнгывп чигывпющяя, мо лампа имеет фактический коэффициент мощг стн (и).
П„ — и*оряжеиие холостого лоде; Гд — тои лампы; у — иилряжеине ии '„„— и*при лампе; ГГо — напряжение ил баллаете. поэтому напряжение между 0 и 90' полупериода выше, чем между 90 и 180'. Наиболее правильный путь построения векторной диаграммы показан на рис. 12-3,в. Заметим, что при напряжении на лампе, равном напряжению на индуктивности, ток лампы отстает от напряжения холостого хода больше чем на 45', обычно около 55'.
В действительности, необходимо рассмотреть переходный процесс, соответствующий (12-1) (. ! оя ) () д ш (12-1) Как обсуждалось в гл. 2, продольное электрическое поле в газоразрядной лампе и отсюда общее напряжение на лампе зависят от логарифма производной по току (1)2) (агУа)), так же как от тока самого по себе. Решение (12-1) как функции от 1 мо т быть найдено, если ток 20 — 96 Рис. 12-4 Форма кривой напряжения холостого хода ( †) и индуктивное падение напряжения ( — †) (а) и форма кривой мгновенного напряжения на лампе ( †) и ток ( — — — ) (б) для индуктивного балласта (схематично). и напряжение являются функциями времени. Поскольку необходимая функциональная зависимость между ип и / и (1//) (аг//Ж) еще не установлена для некоторых ламп, то не существует количественного решения (12-!).
Однако действие индуктнвности может быть обнаружено по той реакции, которую даст ток при увеличении напряжения на лампе с положительным г///с// и уменьшении напряжения при отрицательном с((/Л. Наоборот, действительное напряжение па лампе становится / нижс мгновенного напряжения холостого хода )г ° / с увеличением с(//г//, потому что /. (г///г//) в (12-1) определяется значенисм с///Ж, что делает обе части уравнения ж.г ) / (12-1) равными. Действие инлуктивности сволится а) к ограничению скорости роста тока в течение той части периода, когда напряжение холостого хола совпадает по фазе с возрастающим током лампы. 6 Олин раз ток достигает своего максимального значения и затем начинает умсньшаться, при этом напряжение на индуктивности направлено противоположно и препятствует уменьшению тока.
На рис. 12-4 показаны мгновенные значения синусоидального напряжения холостого хода, ток лампы, напряжение на индукти~вности, напряжение на лампе. Заметим, что из-за того, что напряжение на лампе несннусоидально, при сннусоидальном напряжении холостого хода формы кривых трех других параметров не могут быть синусоилальны. Так, в то время как резистор регулирует ток лампы падением напряжения, пропорциональным току, индуктивность регулирует ток падением напряжения, пропорциональным по времени скорости 294 Рис.
!2-0. Форма кривой мгновенного напряжения холостого хола и напряжения на конденсаторе ( — — †) соответственно фазовому углу для чисто емкостпого балласта (а) и формы мгновенного напряженая на газоразрядпоп .чампс ( ) и ток ( — — — — ) в зависимости от фазы для емкогтпого балласта (схсматн гво) (6). изменения тока.
Емкостное сопротивление, с другой стороны, генерирует напряжение, пропорциональное общему количс- "4 ству заряда в конденсаторе. В результате конденсатор не ограничивает мгновенное значение тока, но регулирует общее количество зарядов, проходящих через лампу каждые полпериода. Формы кривых напряжения холостого хода, тока лампы, напряжения на ней, напряжения на конденсаторе прн емкостном балласте показаны на рис. 12-5. Как видно из рис. 12-5, ток лампы опережает напряжение холостого хода и форма кривой тока лампы имеет очень большой пик. Такая форма тока резко снижает срок службы катодов, и такой катод должен быть способен эмиттировать максимальный ток, требуемый для поддержания дуги.
Поэтому для данного эффективного тока температура катода и катодное падение должны быть выше, коэффициент формы кривой тока должен иметь относительно высокое значение. Следовательно, распыление катодного материала идет значительно быстрее и срок службы катода соответственно уменьшается. Для большинства цепей газо- разрядных ламп коэффициент формы кривой тока лолжен быть меньше 1,8. Коэффициент формы для чисто емкостной цепи значительно выше 1,8 при частоте 60 Гц, поэтому конденсатор никогда не используется сам по себе в качестве балласта на промышленной частоте, но его можно применить в комбинации с последовательно включенной иидуктивностью.
20* При высокой частоте, однако, емкостное сопротивление может вполне удовлетворить требованиям балласта, так как действительная постоянная времени для роста понизации в лампе не увеличивается очень сильно по сравнению с длительностью периода переменного тока. Соответственно, хотя отсутствует сопротивление в цепи, ограничивающее скорость роста ионизации в лампе, отсутствует время для чрезмерного увеличения тока. Ток в питазошей сети состоит из трех составляющих: первичный намагничиваюший ток (отстаюший), вторичный ток (опережающий) и размагничивагоший вторичный ток (опережающий).
С помощью соответствуюьцей регулировки индуктивности первичной обмотки можно увеличить первичный намагничиваюший ток, две другие опережающие составляюшие тока могут быть объединены и коэффициент мощности в питаюшей сети будет при этом получен более 90%. Рис. 12-6 Диаграмма «опережаюгцей» балластной цепи, показывающая вместе индуктивное в емкостное сопротивления (емкостное со. протнвлсние приблизительно в 2 раза больше индуктивного (и) н векторная диаграмма эффсктиваого тока и напряжения в оперсжающей балластной цепи (б). Π— вапряжссие «олостого «ола; à — ток лампы; Π— напряжение иа «а л л лампе: П вЂ” индуктивное падение напряженая; ГЗС вЂ” пеирл>ксиве ва копдеисаторе, Ь вЂ” перви п1ыа иамагиичива~ощий ток; й — вторичный равмагиичивающий ток, Г!реждс чем напряжение изменит свой знак, ток будет стремиться к нулю.
Форма кривой тока при высокой частоте и емкостном балласте вполне приемлема, такой балласт часто используют на практике. Малые габариты балласта являются одной из привлекательных особенностей работы лампы на высокой частоте. Так как конденсаторы не могут быть использованы сами по себе как элементы сопротивления на промышленной частоте, возникает естественный вопрос, почему они так широко применяются? Это действительно связано с уменьшением по существу стоимости балласта. Этот вопрос еше потребует дополнительного обсуждения (см. 9 12-3), Однако одно преимуШество опережающей цепи (рис. 12-6) состоит в том, что можно легко скорректировать коэффициент мощности цепи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
