c5 Ф

V7-2

V112

Рис. 7.6. Схемы блока f/: a - для симметричного режима; б-для несимметричного режима при одном дезактивированном электроде лампы {<J - управляющее напряжение)

Рис. 7.5. Упрощенная схема блока

токах от 0,2 до 1 А. Регулировка остальных параметров осуществляется >впределах 5=-1-0,3-i--0,3; р=-1-0,3-н-0,3; [/г = 50- 1 ООО В. Модель обеспечивает настройку на параметры номинальных люминесцентных ламп мощностью 20, 30, 40, 65 и 80 Вт. Точная настройка модели определяется по наилучшему совпадению четырех параметров: мощности лампы Р, тока лампы 4 и напряжений на лампе Uj и на дросселе t/др при работе лампы и модели с образцовым измерительным дросселем в номинальном режиме и при откдюнениях питающего напряжения +10%. В наихудшем случае погрешность настройки не превышает +2,5%, а при номинальном напряжении питания +1%.

Повышение точности настройки в номинальной точке и при отклонении напряжения питания достигается обеспечением конечной скорости нарастания напряжения при изменении направления тока. Для этого в схеме предусмотрен шунтирующий резистор R (см. рис. 7.1). Изменением сопротивления резистора R регулируется время нарастания и спада напряжения на модели, т. е. удается приблизи1ься к четырехугольной аппроксимации напряжения. В этом случае можно настроить модель практически точно на параметры лампы.

Полупроводниковая модель оказалась полезной при измерении и контроле параметров ПРА, так как по сравнению с номинальными лампами обеспечивается лучшая временная и температурная стабильность параметров, постоянная готовность к работе, лучшее воспроизведение измерений.

Осциллограммы тока и напряжения модели и общий вид модели приведены на рис. 7.7 и 7.8.

Модель использовали для определения коэффициента спада напряжения горения 5. Для этого настраивали на параметры конкретной номинальной лампы, которые брали из протоколов испытаний ПРА. При наилучшем совпадении параметров

Рис. 7.7.

ДОИ-40/220 (/-=50

Осциллограммы напряжения и тока модели при включении с ц, Л/(,= 100 В/дел, М, = 0,5 А/дел)

лампы и модели измеряли амплитуду напряжения f/g и рассчитывали коэффициент 6. Средние значения коэффициента 5ср и среднеквадратичные отклонения Og для номинальных люминесцентных ламп приведены в табл. 2.3.

При определении 6 для ламп типов ДРЛ и ДРИ, у которых рабочий ток превышает ток модели, могут вводиться коэффициенты пересчета Kj = IJI, Кр = PJP иК, = ZJZ. Однако, в этом случае модель можно использовать только для исследования моделей схем ПРА, а не для контроля параметров ПРА для этих ламп.

7.2. ИНТЕРВАЛЬНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ

ГАЗОВОГО РАЗРЯДА

Суть измерения параметров плазмы разрядных ламп интервальным методом состоит в следующем [7.3]. Создается начальный режим работы лампы, характеризуемый определен-

ЯЛ1 клг клз 1*

Рис. 7.8. Общий вид электронной модели люминесцентной лампы

Jli.

o-t,<Ty(i-j;iiJo

0-ti>rj,:(1-U,/UB)

Рис. 7.9. Форма тока (/) и напряжения и (О на люминесцентной лампе при определении т интервальным методом

НЫМ набором заданных параметров (/о, С/о, Ро и т. д.), и формируется конечный режим, имеющий другой набор параметров (С/г, /2, Рг и т. д.). При этом отдельные параметры могут быть равными начальным (например, С/2 = С/о), другие же получают значения, отличающиеся от начальных в строго определенное число раз (например, в у/е, е, т. д.). И, наконец, между начальным и конечным режимами лампы в интервале O-t (рис. 7.9) создается третий промежуточ-

ный режим с параметрами /j, и, Р и т. д., который является исследуемым. Изменяя длительность интервала 0 - 1, можно добиться того, чтобы испытуемая система переходила из исследуемого состояния в конечное без переходного процесса.

Естественно, что интервальный метод применим для исследования инерционных параметров разряда, которые имеют выраженные временные зависимости. Метод использовался для определения электрической проводимости ламп низкого и высокого давления, а также времени деионизации плазмы т и функции ионизации (С/ ).

Для оценки времени деионизации плазмы т создавался начальный режим с параметрами 1, Uq. Конечный режим имел l2 = Io/e, т.е. /2 /о/2,72; С/ 2 = С/о. Между этими режимами в течение интервала O-t (рис. 7.9) фиксировалось постоянное напряжение C/j. В интервале Ott приведенная проводимость лампы g изменялась по экспоненциальному закону:

л=оехр[ Тл(С/1/С/о-1)] (7.1)

и в момент времени tt напряжение на лампе

&exp[/T (f/./f/o-l)]-/2:a/t/

Легко заметить, что при /о 2 = е 2,7 и /i=t /(1-C/i/C/o)

напряжение на лампе устанавливается без переходнбго процесса: UAti)=Uo. При t,>Tj(\-UJUo) или t,<Tjil-UJUo) возникает характерный переходный процесс (рис. 7.9). Если напряжение на лампе C/j в течение интервала О -равно нулю (и 1 = 0), то время деионизации равно длительности интервала T = /i. Аналогично находится нелинейная функция (C/j), значения которой определяют скорость изменения электрической проводимости плазмы.

Электрическая проводимость разрядного промежутка равна

dgJdt = M,{U,)g o. (7.3)

После простейших преобразований получаем

(7.4)

Из (7.4) следует, что для нахождения электрической проводимости лампы в момент времени t необходимо знание функций вида Ml (С/ ). Прямое определение функции (С/ ) проводилось интервальным методом, как и постоянной времени деионизации т .

В момент времени 1 = 1

oexp[W(k)0-/2./o

Если Io/l2 = e, ti = l/Mi(Ui), то напряжение на лампе равно M (/i)=C/o и изменится скачком от U\ до С/о без переходного процесса. Фиксируя длительность, при которой происходит этот скачок, можно определить значение функции Mj (C/i)= l/Zj.

Для создания импульса тока был разработан импульсный генератор тока, упрощенная структурная схема которого приведена на рис. 7.10 [7.4]. Как видно, постоянный ток /j создается выпрямителем В и может регулироваться изменением сопротивления токоограничивающего резистора R. Для динамической стабильности тока /j последовательно с R включен дроссель Д с высоким коэффициентом самоиндукции (L> 10 Гн) и малой межвитковой емкостью. Модуляция постоянного тока Il осуществляется с помощью электронных ключей ЭК1 и ЭК2, состоящих из пяти пентодов типа 6П20С. В открытом состоянии ток ключа равен 7, при закрытом ток пентода снижается до нуля. Амплитуда тока ключей регулируется изменением напряжения источников питания ИП1 и ИП2. Генераторы импульсов ГИ1 и ГИ2 служат для периодической коммутации ключей по заданной программе.

Напряжения м (0 и м = г (ОЛизм подавались на двухлучевой осциллограф. Измерение параметров импульсов тока проводилось амперметром А, импульс перенапряжения измеряли

Таблица 7.1. Значения коэффициента

Рис. 7.10. Упрощенная структурная схема импульсного генератора тока

импульсным вольтметром. Генератор импульсов обеспечивал токи 0,05-1,2 А, глубину модуляции О-100%, фронт нарастания тока 0,2-100 мкс в зависимости от фронта импульсов напряжения, управляющего ключами.

Были исследованы импульсные характеристики люминесцентных ламп в колбах диаметром 18, 26 и 38 мм. Осциллограммы напряжения и тока люминесцентной лампы типа ЛБ20 показаны на рис. 7.11.

Исследование импульсных характеристик люминесцентных ламп, позволило установить следующее.

1. Импульс перенапряжения Umax/Uo не зависит от токов /q и /j, а зависит лишь от их отношения /J/q (рис. 7.12).

2. Импульс перенапряжения 1} uixIVq всегда больще отношения токов /i o и быстро растет с увеличением отношения IJIr.. Так, при А о = 3,0 [/ .J[/o = 8-10.

3. Импульс перенапряжения UJUq зависит от постоянной времени нарастания тока т. Наибольшие перенапряжения наблюдаются при наименьшей постоянной < 0,2 мкс.

По отношению Ux/Uq может быть рассчитан коэффициент Ki, учитывающий изменение подвижности электронов при изменении напряженности электрического поля в положительном столбе разряда. При Tj,1000 tj

Л i-x,

t/ Jo/(t/oA)-l l/ ./to-l

(7.6)

Значения приведены в табл. 7.1.

Из табл. 7.1 видно, что значения практически совпадают и не зависят от режима измерения. Измерения коэффициента для люминесцентных ламп в колбах других диаметров при изменении окружающей температуры от 15 до 40° С при различных токах ламп показали, что может быть принят постоянным (А1 = 0,35). Этого нельзя сказать о постоянной времени т . При измерении интервальным методом дисперсия изменений невелика, но значение существенно зависит от [/,. Так, вариация напряжения t/j от О до 2Uq изменяет t в 10 раз. В то же время измерения показали, что практически не зависит от тока лампы. На рис. 7.13 показана зависимость ln(/o i) от интервала 0-/i, при котором отсутствует переходный процесс установления напряжения и. Видно, что экспериментальные точки хорошо ложатся на прямую линию. Это свидетельствует о постоянстве х при изменении тока более чем в 100 раз. Учитывая, что в установившемся режиме концентрация электронов приблизительно пропорциональна току

Рис. 7.11. Осциллограммы напряжения (а) и тока (б) люминесцентной лампы типа ЛБ20 при /о = 0,2 А; IJIo = 2; Ti=0,75 мкс

Рис. 7.12. Зависимость импульса перенапряжения U IUo от ока. /о

0,2 Io,A