Рис. 4.7

Рис. 4.8

Рис. 4.6. Зависимость оптимальной длительности от Г/Гд

Рис. 4.7. Зависимость мощности потребляемой лампой, от отношения

Рис. 4.8. Граф импульсного ПРА

аппарат обладает нулевой чувствительностью к малым изменениям длительности периода Г. На рис. 4.7 показана зависимость мощности Рп, потребляемой лампой от силового источника питания, от отношения Т /Топт.

Расчеты, проведенные для люминесцентной лампы мощностью 40 Вт (С/о=193 В, С/ = 90 В, Г /Г = 0,05), показали, что оптимальная частота повторения ионизирующих импульсов равна 4 кГц, при этом мощность ионизирующего генератора составляет всего 15% монщости Р , а коэффициент амплитуды тока лампы К = 2,2. Значение может быть снижено до ЛГ,= 1,7 при увеличении Т /Т до 0,15, что вызывает повышение мощности импульсного генератора Р до 0,28 Р .

Параметры импульсного ПРА существенно зависят от типа ионизирующего генератора. Монщость генератора минимальна, если в Балласте 2 использованы только реактивные элементы.

Применение резистивного балласта приводит к повышению мощности ионизирующего генератора Р в 1,5-2 раза.

Стабильность работы импульсного ПРА оценивалась с помощью графа, показанного на рис. 4.8. В соответствии с приведенным графом относительное изменение среднего тока лампы

1-Х

+ Х.

Л/ =

(4.13)

(4.14)

При выбранных режимах ([/ = 90 В, t/o=103 В) коэффициенты чувствительности весьма велики: Л/ [/ =25 и Л/ = -20, что делает импульсный ПРА в таком вде непригодным для эксплуатации. Повышение стабильности работы может быть осуществлено введением стабилизирующей обратной связи, например kg / (показана пунктиром на рис. 4.8). При Хд i = - 5 Л/ [,1, Л/о~-0,9 и \pv = 2, что делает аппарат мало-чyfcfвитeльнйм к изменению напряжения питания С/ и напряжения Uq.

4.3. АНАЛИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРА С ДИНАМИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ РЕЖИМА

Полупроводниковые ПРА с динамической стабилизацией режима в литературе часто называют динамическими балластами [4.10, 4.11]. В основном динамические балласты представляют собой различные полупроводниковые модуляторы. Отличительной особенностью балластов является наличие обратной связи, необходимой для стабилизации режима работы ламп. Без обратной связи такие аппараты, как правило, неустойчивы.

Прежде чем перейти к рассмотрению схем динамических балластов, проведем анализ простейшей схемы ПРА, в которой лампа подключается непосредственно к источнику постоянного напряжения. Такая схема, безусловно, является неустойчивой, поэтому введем стабилизирующую обратную связь по току лампы (рис. 4.9). Цепь обратной связи сравнивает падение напряжения iR с опорным напряжением [/ и формирует напряжение мпр, которое управляет напряжением источника питания Анализ такого ПРА позволяет выявить основные закономерности, возникающие при стабилизации режима работы лампы с помощью цепей обратной связи.

Рис. 4.9. Схема ПРА с управляемым источником напряжения {УИН-управляемый источник напряжения; У-усилитель)

Рис. 4.10. Структурная схема системы автоматического регулирования

Р-у,

Пускорегулирующий аппарат с управляемым источником напряжения, схема которого приведена на рис. 4.9, представляет собой простейшую систему автоматического регулирования. Ее структурная схема показана на рис. 4.10. Все электрические величины (Г, 8/, и т. д.) представлены в безразмерной форме. Структурная схема содержит следующие блоки: линейный усилитель с коэффициентом усиления К; управляемый источник питания с постоянной времени и лампу, которая представлена параллельным соединением трех блоков.

Линейный усилитель всегда может иметь соответствующую частотную полосу пропускания, чтобы его считать безынерционным звеном. Управляемый источник питания обладает инерцией и может быть рассмотрен как простейшее инерционное звено. Параметры звеньев, заменяющих лампу, получены из дифференциальных уравнений модели люминесцентной лампы. В соответствии с (2.10) запишем

Ял=.?оехр

(4.15)

В установившемся режиме u=Uq и гл = ло= CoSo- При небольших отклонениях от установившегося значения напряжение питания

bU=UJU,-\,

(4.16)

ток лампы

. C/ogo(l+SC/ )

5U dt

\+ъи{\~к,)+

d&U

5U dt.

(4.17)

Или, переходя к относительным величинам.

r==i+5c/ (i-/s:i)+l

лО Т

(4.18)

Здесь коэффициент 1=0,35 учитывает изменение подвижности электронов при изменении напряженности электрического поля в плазме столба разряда:

L d(uJUo) J

при uiUo-

(4.19)

Для большинства люминесцентных ламп постоянная времени находится в пределах 1= 100200 мкс.

Три блока, заменяющие лампу, реализуют уравнение (4.18).

Переходя к приращениям, преобразуем структурную схему к виду, показанному на рис. 4.11, при этом учтем, что относительная величина U q = 1 и

Рис. 4.11. Преобразованная структурная схема системы автоматического регулирования

ig/Kp(jw)i

30 10

Рис. 4.12. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика разомкнутой системы автоматического регулирования с наклоном 20 дБ/дек (1) и 40 дБ/дек (2)

Рис. 4.13. Области допустимых значений К при 5/ равном:

7-0,3; 2-0,2

где / оп - безразмерное значение опорного тока.

Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика коэффициента передачи Kj,{j(o) разомкнутой системы показана на рис. 4.12. Из характеристики видно, что система является устойчивой при всех значениях параметров К, т , т. Однако при некоторых значениях параметров фазовый угол на частоте среза приближается к 180° и система обладает повышенной колебательностью.

В ПРА с управляемым источником напряжения питания основными возмушениями являются нестабильности установившегося напряжения на лампе Uq и напряжения источника питания и . На рис. 4.11 эти возмушения учтены напряжением 5 возм- Операторный коэффициент передачи замкнутой системы относительно возмущающего напряжения

1 1+0,65рх

(4.20)

в цепях с лампой не предъявляется жестких требований к системе автоматического регулирования. Так, при возмущающем напряжении 18м возм 1 = 0,1, что соответствует изменению напряжения источника питания С/ или напряжения Uq на + 10%, можно допустить кратковременное изменение тока лампы на +(20-30)% (84 a = 0,20,3). Для этих условий нами рассчитаны области допустимых значений коэффициента усиления в зависимости от отношения т /т (рис. 4. 3). Из рис. 4.13 видно, что постоянная времени управляемого источника пита-

9jt)

Рис. 4.14. Схема мостового моду- Рис. 4.15. Форма напряжения и тока в

лятора лампы

мостовом модуляторе

ния т должна быть меньше Тптах = (5-7,5) т, при этом допустимое значение коэффициента усиления возрастает до К= 100.

Таким образом, лампа может быть подключена непосредственно к источнику постоянного напряжения. При этом необходимо наличие быстродействующей обратной связи, управляющей напряжением источника питания, а постоянная времени источника питания не должна превышать 0,5-1 мс. В настоящее время отсутствуют управляемые источники напряжения такого типа, имеющие приемлемые технико-экономические показатели. Поэтому ПРА с управляемыми источникам напряжения практического распространения не получили. Кроме того, при питании лампы постоянным током приходится принимать меры для предотвращения катафореза, что приводит к дополнительному усложнению аппарата.

Указанными недостатками не обладает ПРА, в котором лампа подключена к источнику питания через быстродействующий мостовой модулятор. Схема такого модулятора приведена на рис. 4.14. Здесь при включении транзисторов VT1 и VT4 на лампу подается положительное напряжение u =U>Uq, при включении транзисторов VT2 и VT3 - отрицательное и = - и . Форма напряжения и тока лампы показана на рис. 4.15.

На первом этапе для выяснения предельных возможностей модулятора нами проведен его анализ при замене транзисторов идеальными ключами. В течение интервала О / < Г происходит увеличение проводимости лампы:

В интервале т<(<т проводимость снижается:

(4.21)