Características de corriente-voltaje de las lámparas eléctricas.

Las propiedades de una lámpara eléctrica como elemento de un circuito eléctrico pueden representarse completamente por su característica corriente-voltaje, es decir, por la dependencia de la caída de voltaje en ella del valor de la corriente que fluye.

Característica corriente-tensión de las lámparas de descarga de gas

El funcionamiento de las fuentes de radiación de descarga de gas se basa en una descarga eléctrica en una atmósfera de gas inerte (la mayoría de las veces argón) y vapor de mercurio. La radiación se produce debido a la transición de electrones de los átomos de mercurio desde una órbita de alto contenido de energía a una órbita de menor energía. De toda la variedad de descargas eléctricas (silenciosas, incandescentes, etc.), las fuentes artificiales se caracterizan por una descarga de arco, que se caracteriza por una alta densidad de corriente en el canal de descarga. Las características de la descarga del arco como elemento del circuito eléctrico determinan y características de los esquemas para la inclusión de fuentes de descarga de gases.

La característica corriente-voltaje de la descarga del arco se muestra en la Fig. 1 (curva 1).También muestra la característica corriente-voltaje de la resistencia constante (curva 2). Para una resistencia constante, la relación es la misma en todos los puntos de la característica. Determina en pequeños pasos la magnitud y el signo de la resistencia dinámica y la linealidad de la característica.

Para las características de descarga del arco, esta relación es, primero, numéricamente variable para diferentes puntos, y segundo, de signo negativo. La primera característica determina la no linealidad de la característica, y la segunda, el llamado carácter "descendente" de la curva. Por lo tanto, la descarga del arco tiene una característica de corriente-voltaje descendente no lineal.

Si calcula la resistencia del arco estático en varios puntos de la curva (R = U / I), se puede ver que a medida que aumenta la corriente, la resistencia del arco disminuye.

Arroz. 1. Características de corriente-voltaje de una descarga de arco (1), resistencia constante (2) y una lámpara incandescente (3)

Cuando la descarga del arco está directamente conectada a una red de CC, la descarga es inestable y va acompañada de un aumento infinito de la corriente. Por lo tanto, en este caso, es necesario tomar medidas para estabilizar la descarga. La estabilización puede proporcionarse mediante el uso de una fuente de voltaje con una característica externa descendente (dicha característica, por ejemplo, está especialmente diseñada para un generador de soldadura para estabilizar el arco de soldadura), o una resistencia de lastre adicional conectada en serie con un espacio de descarga de gas. . Para fuentes de radiación de descarga de gas, se utiliza el segundo método de estabilización de la descarga.

Consideremos el caso de incluir un gas gap en serie con una resistencia activa. En la Fig.2 muestra la característica corriente-tensión (curva 1) del entrehierro de descarga de gas y la diferencia entre la tensión de red y la caída de tensión en el balasto en función de la corriente (línea recta 2).

Arroz. 2. Esquema para encender el espacio de descarga de gas en serie con la resistencia de lastre (a) y las características de voltaje de corriente de los elementos (b)

Todos los modos de estado estacionario de flujo de corriente en dicho circuito deben cumplir ley de KirchhoffUc = Ub + Ul. Esta condición se cumple en las intersecciones de una línea recta 2 (Uc-Ub = f (I)) con la característica corriente-voltaje I espacio de descarga de gas. Sin embargo, con características decrecientes, el cruce es posible en varios puntos, no todos los cuales corresponderán al modo estable, el modo estable será en aquellos puntos para los cuales, a medida que aumenta la corriente, la suma de la caída de voltaje en la lámpara y el balasto la resistencia excederá el voltaje de la fuente, es decir Ub +Ulb +Ul

Esta desigualdad es un criterio de sostenibilidad. El criterio de estabilidad de la Fig. 2 satisface el punto B. En los modos a la izquierda del punto B aparece un exceso de tensión positivo ΔU que provoca un aumento de corriente, y en un modo a la derecha del punto B aparece un exceso de tensión negativo ΔU que provoca una disminución de la corriente. Por tanto, el régimen en el punto B es estable o estabilizado.

Cabe señalar que ni el voltaje ni la corriente se estabilizan al encender la resistencia del balasto, solo se estabiliza el modo de quema de arco. De hecho, cuando la tensión de red aumenta a Uc1, el modo de combustión se mantiene estable y pasa al punto B1 para el que la corriente y la tensión difieren de los valores correspondientes en el punto B.La corriente y el voltaje del arco también difieren en el punto estable B2 en el voltaje reducido Uc2.

Estas consideraciones nos permiten concluir que la estabilidad de la descarga no se puede asegurar estabilizando el voltaje en la lámpara de descarga de gas. Las derivaciones y relaciones de voltaje de CC anteriores son totalmente aplicables a los circuitos de voltaje de CA. Para estabilizar la descarga en corriente alterna, se utilizan balastos inductivos y capacitivos, ya que las pérdidas en ellos son menores que las activas.

Característica corriente-voltaje de lámparas incandescentes

La característica corriente-voltaje de las lámparas incandescentes no es lineal y tiene un carácter ascendente. La no linealidad se debe a la dependencia de la resistencia del filamento de la temperatura y por tanto de la corriente: a mayor corriente, mayor resistencia del filamento. El carácter creciente de la curva se explica por el valor positivo de la resistencia dinámica: en cada punto de la curva, un aumento positivo de la corriente corresponde a un aumento positivo de la caída de tensión. Se crea automáticamente un modo estable, es decir, la corriente a voltaje constante no puede cambiar por razones internas. Esto permite la conexión directa de la lámpara de filamento al voltaje.