Caratteristiche corrente-tensione delle lampade elettriche

Le proprietà di una lampada elettrica come elemento di un circuito elettrico possono essere pienamente rappresentate dalla sua caratteristica corrente-tensione, cioè dalla dipendenza della caduta di tensione su di essa dal valore della corrente che scorre.

Caratteristica corrente-tensione delle lampade a scarica di gas

Il funzionamento delle sorgenti di radiazioni a scarica di gas si basa su una scarica elettrica in un'atmosfera di gas inerte (il più delle volte argon) e vapore di mercurio. La radiazione si verifica a causa della transizione degli elettroni degli atomi di mercurio da un'orbita di alto contenuto energetico a un'orbita di energia inferiore. Di tutta la varietà di scariche elettriche (silenziose, luminose, ecc.), Le sorgenti artificiali sono caratterizzate da una scarica ad arco, caratterizzata da un'elevata densità di corrente nel canale di scarica. Le caratteristiche della scarica ad arco come elemento del circuito elettrico determinano e caratteristiche degli schemi per l'inclusione delle fonti di scarico del gas.

La caratteristica corrente-tensione della scarica ad arco è mostrata in Fig. 1 (curva 1).Mostra anche la caratteristica corrente-tensione della resistenza costante (curva 2). Per una resistenza costante, il rapporto è lo stesso in ogni punto della caratteristica. Determina a piccoli passi la grandezza e il segno della resistenza dinamica e la linearità della caratteristica.

Per le caratteristiche di scarica dell'arco, questo rapporto è, in primo luogo, numericamente variabile per diversi punti e, in secondo luogo, di segno negativo. La prima caratteristica determina la non linearità della caratteristica e la seconda il cosiddetto carattere "discendente" della curva. Pertanto, la scarica dell'arco ha una caratteristica corrente-tensione discendente non lineare.

Se si calcola la resistenza statica dell'arco in diversi punti della curva (R = U / I), si può vedere che all'aumentare della corrente, la resistenza dell'arco diminuisce.

Riso. 1. Caratteristiche corrente-tensione di una scarica ad arco (1), resistenza costante (2) e una lampada a incandescenza (3)

Quando la scarica dell'arco è direttamente collegata a una rete CC, la scarica è instabile ed è accompagnata da un aumento infinito della corrente. Pertanto, in questo caso, è necessario adottare misure per stabilizzare lo scarico. La stabilizzazione può essere fornita utilizzando una sorgente di tensione con una caratteristica esterna decrescente (tale caratteristica, ad esempio, è appositamente progettata per un generatore di saldatura per stabilizzare l'arco di saldatura), o un'ulteriore resistenza di zavorra collegata in serie con uno spazio di scarica del gas . Per le sorgenti di radiazioni a scarica di gas, viene utilizzato il secondo metodo di stabilizzazione della scarica.

Consideriamo il caso di includere un gap di gas in serie con una resistenza attiva. Nella fig.2 mostra la caratteristica corrente-tensione (curva 1) del traferro di scarica del gas e la differenza tra la tensione di rete e la caduta di tensione nel ballast in funzione della corrente (retta 2).

Riso. 2. Schema per l'attivazione del gap di scarica del gas in serie con la resistenza di zavorra (a) e le caratteristiche corrente-tensione degli elementi (b)

Tutte le modalità stazionarie del flusso di corrente in un tale circuito devono essere conformi Legge di KirchhoffUc = Ub + Ul. Questa condizione è soddisfatta alle intersezioni di una linea retta 2 (Uc-Ub = f (I)) con la caratteristica corrente-volt I gap di scarica del gas. Tuttavia, con caratteristiche decrescenti, l'incrocio è possibile in più punti, non tutti corrisponderanno alla modalità stabile.La modalità stabile sarà in quei punti per i quali, all'aumentare della corrente, la somma della caduta di tensione attraverso la lampada e il reattore la resistenza supererà la tensione della sorgente, ad es. Ub +Ulb +Ul

Questa disuguaglianza è un criterio di sostenibilità. Il criterio di stabilità in Fig. 2 soddisfa il punto B. Nelle modalità a sinistra del punto B, appare una sovratensione positiva ΔU, che porta ad un aumento della corrente, e in una modalità a destra del punto B, appare una sovratensione negativa ΔU, che porta a una diminuzione della corrente. Pertanto, il regime al punto B è stabile o stabilizzato.

Va notato che né la tensione né la corrente vengono stabilizzate attivando la resistenza del ballast, viene stabilizzata solo la modalità di combustione dell'arco. Infatti, quando la tensione di rete sale a Uc1, la modalità di combustione rimane stabile e si porta al punto B1 per cui la corrente e la tensione differiscono dai corrispondenti valori al punto B.La corrente e la tensione dell'arco differiscono anche nel punto stabile B2 a tensione ridotta Uc2.

Queste considerazioni ci consentono di concludere che la stabilità della scarica non può essere assicurata stabilizzando la tensione nella lampada a scarica di gas. Le suddette derivazioni e relazioni di tensione CC sono pienamente applicabili ai circuiti di tensione CA. Per stabilizzare la scarica a corrente alternata, vengono utilizzati reattori induttivi e capacitivi, poiché le perdite su di essi sono inferiori a quelle attive.

Caratteristica corrente-tensione delle lampade ad incandescenza

La caratteristica corrente-tensione delle lampade a incandescenza non è lineare e ha un carattere ascendente. La non linearità è dovuta alla dipendenza della resistenza del filamento dalla temperatura e quindi dalla corrente: maggiore è la corrente, maggiore è la resistenza del filamento. La natura crescente della curva è spiegata dal valore positivo della resistenza dinamica: in ogni punto della curva, ad un aumento positivo della corrente corrisponde un aumento positivo della caduta di tensione. Viene creata automaticamente una modalità stabile, ovvero la corrente a tensione costante non può cambiare per motivi interni. Ciò consente il collegamento diretto della lampada a incandescenza alla tensione.