Đặc tính dòng điện-điện áp của đèn điện

Các đặc tính của đèn điện với tư cách là một phần tử của mạch điện có thể được biểu thị đầy đủ bằng đặc tính điện áp dòng điện của nó, nghĩa là bằng sự phụ thuộc của điện áp rơi vào nó vào giá trị của dòng điện chạy qua.

Đặc tính dòng điện-điện áp của đèn phóng điện khí

Hoạt động của các nguồn bức xạ phóng điện khí dựa trên sự phóng điện trong môi trường khí trơ (thường là argon) và hơi thủy ngân. Bức xạ xảy ra do sự chuyển đổi của các electron của nguyên tử thủy ngân từ quỹ đạo có hàm lượng năng lượng cao sang quỹ đạo có năng lượng thấp hơn. Trong tất cả các loại phóng điện (im lặng, phát sáng, v.v.), các nguồn nhân tạo được đặc trưng bởi phóng điện hồ quang, được đặc trưng bởi mật độ dòng điện cao trong kênh phóng điện. Các đặc tính của phóng điện hồ quang như một phần tử của mạch điện xác định và đặc điểm của các phương án bao gồm các nguồn xả khí.

Đặc tính dòng điện-điện áp của phóng điện hồ quang được thể hiện trong hình. 1 (đường cong 1).Nó cũng cho thấy đặc tính dòng điện-điện áp của điện trở không đổi (đường cong 2). Đối với điện trở không đổi, tỷ lệ này giống nhau tại mọi điểm trên đặc tính. Nó xác định từng bước nhỏ độ lớn và dấu của điện trở động và độ tuyến tính của đặc tính.

Đối với các đặc tính phóng điện hồ quang, tỷ lệ này, thứ nhất, có thể thay đổi về số đối với các điểm khác nhau và thứ hai, có dấu âm. Đặc tính đầu tiên xác định tính phi tuyến tính của đặc tính và đặc tính thứ hai - cái gọi là ký tự "rơi xuống" của đường cong. Như vậy, phóng điện hồ quang có đặc tính dòng điện-điện áp giảm phi tuyến tính.

Nếu bạn tính toán điện trở hồ quang tĩnh tại một số điểm trên đường cong (R = U / I), có thể thấy rằng khi dòng điện tăng thì điện trở hồ quang giảm.

Cơm. 1. Đặc tính dòng điện-điện áp của phóng điện hồ quang (1), điện trở không đổi (2) và đèn sợi đốt (3)

Khi phóng điện hồ quang được kết nối trực tiếp với mạng DC, quá trình phóng điện không ổn định và đi kèm với dòng điện tăng vô hạn. Do đó, trong trường hợp này, cần phải có biện pháp để ổn định lưu lượng. Ổn định có thể được cung cấp bằng cách sử dụng nguồn điện áp có đặc tính bên ngoài giảm (ví dụ, đặc tính này được thiết kế đặc biệt cho máy phát điện hàn để ổn định hồ quang hàn) hoặc điện trở chấn lưu bổ sung được nối nối tiếp với khe hở xả khí . Đối với các nguồn bức xạ phóng điện trong khí, phương pháp ổn định phóng điện thứ hai được sử dụng.

Chúng ta hãy xem xét trường hợp bao gồm một khe hở khí nối tiếp với một điện trở hoạt động. Trong bộ lễ phục.Hình 2 cho thấy đặc tính dòng điện-điện áp (đường cong 1) của khe hở khí thải và sự chênh lệch giữa điện áp lưới và điện áp rơi trong chấn lưu tùy thuộc vào dòng điện (đường thẳng 2).

Cơm. 2. Sơ đồ bật khe hở xả khí nối tiếp với điện trở chấn lưu (a) và đặc tính dòng điện-điện áp của các phần tử (b)

Tất cả các chế độ trạng thái ổn định của dòng điện trong mạch như vậy phải tuân theo Định luật KirchhoffUc = Ub +Ul. Điều kiện này được đáp ứng tại các giao điểm của đường thẳng 2 (Uc-Ub = f(I)) với khe hở phóng điện đặc trưng dòng điện-volt I. Tuy nhiên, với các đặc tính giảm dần, có thể giao nhau tại một số điểm, không phải tất cả các điểm này sẽ tương ứng với chế độ ổn định. Chế độ ổn định sẽ ở những điểm mà tại đó, khi dòng điện tăng lên, tổng điện áp rơi trên đèn và chấn lưu điện trở sẽ vượt quá điện áp nguồn, tức là Ub +Ulb +Ul

Sự bất bình đẳng này là một tiêu chí cho sự bền vững. Tiêu chí ổn định trong hình. 2 thỏa mãn điểm B. Ở chế độ bên trái điểm B, xuất hiện điện áp dư dương ΔU, dẫn đến dòng điện tăng và ở chế độ bên phải điểm B, xuất hiện điện áp dư âm ΔU, dẫn đến sự giảm dòng điện. Do đó, chế độ tại điểm B là ổn định hoặc ổn định.

Cần lưu ý rằng cả điện áp và dòng điện đều không được ổn định bằng cách bật điện trở chấn lưu, chỉ có chế độ đốt hồ quang được ổn định. Trên thực tế, khi điện áp lưới tăng lên Uc1, chế độ đốt cháy vẫn ổn định và đi đến điểm B1 mà dòng điện và điện áp khác với các giá trị tương ứng tại điểm B.Dòng hồ quang và điện áp cũng khác nhau tại điểm ổn định B2 ở điện áp giảm Uc2.

Những xem xét này cho phép chúng tôi kết luận rằng sự ổn định của phóng điện không thể được đảm bảo bằng cách ổn định điện áp trong đèn phóng điện khí. Các nguồn gốc và mối quan hệ của điện áp DC ở trên hoàn toàn có thể áp dụng cho các mạch điện áp AC. Để ổn định dòng điện xoay chiều, các chấn lưu cảm ứng và điện dung được sử dụng, vì tổn thất trên chúng ít hơn so với chấn lưu hoạt động.

Đặc tính dòng điện-điện áp của đèn sợi đốt

Đặc tính điện áp hiện tại của đèn sợi đốt là phi tuyến tính và có đặc tính tăng dần. Tính phi tuyến tính là do điện trở của dây tóc phụ thuộc vào nhiệt độ và do đó phụ thuộc vào dòng điện: dòng điện càng lớn thì điện trở của dây tóc càng lớn. Bản chất tăng dần của đường cong được giải thích bằng giá trị dương của điện trở động: tại mỗi điểm của đường cong, dòng điện tăng dương tương ứng với mức tăng điện áp dương. Một chế độ ổn định được tạo tự động, nghĩa là dòng điện ở điện áp không đổi không thể thay đổi do các nguyên nhân bên trong. Điều này cho phép kết nối trực tiếp đèn dây tóc với điện áp.