Рис. 4.16. Зависимость TJT от параметров модулятора: 7-Р = 40 Вт; Р=20 Вт

Рис. 4.17. Относительная зависимость Г, от [/ /С/о (Рл = = 40 Вт) для различных значений А ,:

7-3; 2-2,5; 5-2,0; 4-1,7

g=g, ехр [Ml (С/ ) rj ехр [М, (0) [t-Г,)].

В установившемся режиме Ял(п)=Яо-

Из условия установившегося режима находим отнощение интервалов:

\м,(о)\ г м,(и,)+\м,щ\

(4.22)

(4.23)

На рис. 4.16 показана расчетная зависимость отношения Г /Г от отношения напряжений UJUq.

Для идеального модулятора основные электрические величины связаны с интервалами Г и Г следующими равенствами:

° i+/:i(c/ /c/o-i)

л= С/ /л,ер = г ехр [Ml (С/ ) г,- 1];

/л . = /оехр[М1(С/ )Г,];

1=1.

ехр [2Mi(C/ )r,-l].

(4.24)

Анализ (4.24) показал, что коэффициент амплитуды тока лампы К = 1 тах/ Iji НС можст быть меньше некоторой минимальной величины

Кхтш = у/ Т /Т> 1,

которая зависит от напряжения С/ . Это накладывает жестжие 96

ограничения на выбор возможных значений напряжения питания и . На рис. 4.17 показана зависимость интервала Г от и I Uq для различных значений коэффициента амплитуды тока лампы. Видно, что если в соответствии с нормативной документацией ограничить К\,1, то С/ <1,35С/о- При С/ = = l,25Lo, = 230 мкс и Г = 510мкс частота /= 676 Гц.

Применение модулятора еще не делает схему ПРА устойчивой. Действительно, при увеличении [/ или Г возрастают ионизация лампы и проводимость в конце периода ЯлИп)>Яо, что ведет к нарастающему увеличению тока лампы. Относительное приращение среднего тока лампы за один период при малых приращениях bU , 5Т и ЬТ

S/л. ср = А/л. ер л. ср = А, иЬи + AijbT, + А/, г Sr . (4.25)

Полные коэффициенты чувствительности могут быть найдены по (4.21)-(4.24):

\j JJ - X.J J X.J JJ -j- X.J Af i i/

л.ср П л,ср 0 0 П л,ср 1 In л.ср п л.срп

л.ср и

л.сри

л, ср п

,Кт =Ар г +А?

oSt Stn л.СрП

л.ср-т т п

л.ср п

(4.26)

За и периодов

А/л.ср л,ср-(А1,и5С/ + Л,,6Г + Л</>,бГ ) -

+ Л:ибС/ + А>т5Г . (4.27)

В (4.27) учтено, что в слагаемых, которые влияют на ионизацию и деионизацию плазмы положительного столба разряда, происходит накопление возмущений. В остальных слагаемых такого накопления не происходит.

Таким образом, модулятор с лампой представляет собой импульсный элемент, который на структурной схеме может быть отображен комбинацией идеального импульсного элемента первого типа (с амплитудной модуляцией), линейных и интегрирующих блоков.

При стабилизации среднего тока лампы /л,ср (аналогично при стабилизации действующего тока 4 или средней мопщости Рл) для выделения средних величин необходимо применение фильтра нижних частот, который в простейшем случае представляет собой инерционное звено с постоянной времени Тф Гп. На рис. 4.18 приведена структурная схема системы автоматического регулирования с рассмотренным мостовым модулятором, в которой сигнал обратной связи управляет длительностью периода Г .

На структурной схеме K = A]tv, Хи = Т1 Afи, т = = Т / Aj т Структурная схема приведена к отклойёниям от

<2)-*

±

Л.СР

л,ср

Рис. 4.18. Структурная схема системы автоматического регулирования ПРА с мостовым модулятором

установившегося режима. Возмушения, связанные с малыми изменениями напряжений U и Uq, учтены подачей напряжения

8йвозм-

Систему автоматического регулирования с мостовым модулятором необходимо анализировать с применением теории импульсных систем. Однако при невысокой частоте среза непрерывной части системы

fflc=y7(vJ; (4-28)

анализ такой системы можно проводить без учета импульсного элемента.

Рассматриваемая система является устойчивой при всех значениях параметров и обеспечивает высокую точность стабилизации тока лампы. При невыполнении условия (4.28) нами проведен анализ системы автоматического регулирования с модулятором и использованием дискретного преобразования Лапласа и получены аналогичные результаты.

Периодом Г можно управлять и иными методами, например по отклонению средней мощности или с помощью быстродействующего компаратора, запирающего модулятор при i = I max-Структурные схемы таких систем аналогичны рассмотренной.

Были рассчитаны переходные и установившиеся режимы ПРА с модулятором при введении стабилизирующей обратной связи по среднему току 4,<.p, по действующему току 4, по средней мощности Р и по амплитуде тока лампы hmax- Все расчеты выполнялись с использованием математической модели люминесцентной лампы (§ 2.4).

Анализ нолупроводниковых ПРА с мостовым модулятором показал следующее:

1) наиболее жестким возмущающим фактором является нестабильность питающего напряжения [/ . Остальные возмущения влияют на режим работы лампы в меньшей степени; 98

Рис. 4.19. Схема ПРА с мостовым модулятором и корректирующим дросселем

2) наилучший переходный процесс при резком изменении напряжения U на 5% обеспечивает стабилизирующая обратная связь по амплитуде тока лампы;

3) обратная связь по амплитуде тока лампы 1 ах обеспечивает наибольшую статическую ошибку средней мощности лампы. Для такого ПРА коэффициент чувствительности в установившемся режиме Ар и =10-15. Для снижения статической ошибки целесообразно введение дополнительной связи Xi £7 =7-н10. Наличие этой связи .позволяет существенно

л max а

снизить статическую ошибку по мощности лампы Р при изменении напряжения питания Динамические характеристики системы при этом остаются практически без изменения;

4) пускорегулирующий аппарат с мостовым модулятором может работать только в узком диапазоне напряжений [/ = = (1,1 н-1,3) C/q и при низком уровне их пульсаций, что приводит к усложнению сглаживающих фильтров. Для улучшения работы мостового модулятора целесообразно стабилизировать постоянное напряжение питания, при этом напряжение нужно поддерживать пропорциональным напряжению на лампе Uq так, чтобы сохранялось отношение UJ UQ = comi.

Менее жесткие ограничения на выбор напряжения питания накладывает схема ПРА, в которой последовательно с люминесцентной лампой включен корректирующий дроссель L (рис. 4.19). Временные диаграммы работы транзисторов модулятора приведены на рис. 4.20, форма тока лампы - на рис. 4.21.

В интервале 0</<Г открыты транзисторы VT1 и VT4, ток через лампу нарастает. Скорость нарастания тока определяется как инерционностью разряда, так и значением индуктивности L. В интервале T<t<T происходит постепенный спад тока до

VTit

0 т.

All.

Рис. 4.20. Временные диаграммы работы транзисторов в модуляторе с корректирующим дросселем

Рис. 4.21. Форма тока лампы в ПРА с мостовым модулятором и корректирующим дросселем

л*О- При запирании транзистора VT2 ток дросселя замыкается через транзистор VT4 и диод-стабилитрон VD1. В момент t = t2 закрывается транзистор VT4. Стабилитрон VD2 предохраняет его от перенапряжений. Во втором полупериоде работают транзисторы VT2 и VT3.

Проведенный нами анализ полупроводникового ПРА с модулятором и балластным дросселем позволил определить условия стационарного режима. На рис. 4.22 приведены зависимости Г / Г отношения U / Uq. На рис. 4.23 показаны зависимости коэффициента амплитуды тока лампы от U /Uo. Из рис. 4.23 видно, что при индуктивности дросселя £ = 5мГн коэффициент амплитуды К\,1 при С/ /С/о<1,8, что делает

Рис. 4.22. Зависимости TJT от VJlJo для ПРА с мостовым модулятором и корректирующим дросселем L, мГн: /-1,0; 2-2,0; J-5,0 (/ = 40 Вт, Г. = 80 мкс)

2 Un/ o

Рис. 4.23. Зависимости К, от t/ /t/o для ПРА с мостовым модулятором и корректирующим дросселем (условия и спецификация по рис. 4.23)

менее жесткими ограничения по выбору напряжения источника питания.

Расчет переходных режимов при резком изменении напряжения источника питания показал, что модулятор с лампой и дросселем ведет себя как инерционное звено. Поэтому аппарат с таким модулятором является устойчивым. Однако для повышения стабильности его работы целесообразно введение стабилизирующей обрат-

Рис. 4.24. Схема ПРА с мостовым модуляторой с корректирующим конденсатором

НОЙ связи по типу примененной в полупроводниковом ПРА с модулятором без дросселя.

И, наконец, в качестве еще одной разновидности схем ПРА с мостовым модулятором рассмотрим модулятор с дополнительным емкостным балластом, в котором последовательно с люминесцентной лампой включен корректирующий конденсатор небольшой емкости (рис. 4.24). На рис. 4.25 показаны временные диаграммы работы транзисторов VT1 - VT4.

При работе модулятора в интервале Ofr, открыты транзисторы VT1 и VT4, по лампе течет ток 4>0, который заряжает конденсатор С. В интервале T<t<T все транзисторы закрыты, ток лампы 4 = 0, происходит частичная деионизация плазмы положительного столба разряда. Далее процесс повторяется при токе лампы противоположной полярности.

Расчет модулятора с безынерционными переключателями показал, что в установившемся режиме параметры ПРА существенно зависят от емкости конденсатора С, начальной проводимости лампы и напряжения питания С/ . На рис. 4.26 показаны зависимости основных параметров ПРА от отношения С/ / Uq для люминесцентной лампы мощностью 40 Вт. Приемлемое значение коэффициента амплитуды тока лампы А;<1,7 обеспечивается при Uj Uq\,\S. Увеличение U приводит к резкому увеличению К, что связано с уменьшением интервала и увеличением интервала Tj, необходимого для частичной деионизации плазмы положительного столба разряда.

Таким образом, нами рассмотрены три схемы полупроводниковых ПРА, работающие в режиме динамического балласта. Все аппараты обладают высоким КПД, обеспечивают хорошую стабилизацию режима работы ламп и не требуют применения громоздких электромагнитных устройств. Наилучшими техническими параметрами, по нашему мнению, обладает модулятор с емкостным балластом, который обеспечивает почти прямо-