Рис. 7.13. Экспериментальная зависимость 1п (/q ,) от интервала о - t,

лампы, можем сделать вывод, что постоянная времени мало зависит от или проводимости лампы g,-

Для определения вида нелинейной функции (U ) с использованием импульсного генератора, описанного выше, были проведены измерения {UJ интервальным методом. На рис. 7.14 приведены результаты измерений. При этом установлено, что если в качестве аргумента выбирать относительное напряжение и/и, то изменения окружающей температуры от 15 до 40° С не влияют на значение (UJ. Незначительно также различие между лампами разных изготовителей. Замечена некоторая зависимость (UJ от тока лампы. При снижении в 2 раза Mi(t/J изменяется на 10-12%, что в основном происходит вблизи UxO,5Uo. В других областях зависимость 1 (л) от тока менее заметна.

7.3. ШУМ ПРА

Шум светильников с люминесцентными лампами можно условно разделить на низкочастотный и высокочастотный.

[cJ- Зависимости Л/, ([/) для люминесцентной лампы типа ЛБ8(а), ЛБ15(б, в)

Низкочастотный шум в диапазоне частоты от 50 до 700 Гц излучается корпусом светильника и возбуждается вибрациями и магнитными полями рассеивания ПРА. Пускорегулирующий аппарат имеет малые размеры по сравнению с длиной звуковых волн в этом частотном диапазоне и практически не излучает шума. Борьба с низкочастотным шумом осуществляется путем уменьшения вибраций, передаваемых от ПРА к светильнику.

Высокочастотный шум светильников обусловлен шумом ПРА. Пускорегулирующий аппарат в зависимости от конструкции может излучать значительные шумы в области частот от 0,5 до 10 кГц. Корпус светильника, как правило, влияет на высокочастотный шум ПРА незначительно.

Кроме разделения шума светильников на частотные области иногда выделяют шум дребезжания. Последний характерен для некачественно изготовленных светильников и ПРА. Он имеет составляющие во всем звуковом диапазоне и устраняется повышением жесткости конструкций светильника и ПРА.

Наиболее трудно устранить высокочастотный шум. Этот шум вызывается током лампы, проходящим по обмотке ПРА; он возникает в результате поперечных колебаний отдельных пластин магнитопровода у немагнитного зазора и вынужденных колебаний всего магнитопровода и катушки.

В Великобритании, США и ряде других стран ПРА классифицируют по уровню звукового давления, создаваемого на расстоянии 2,5 см от их поверхности. В СССР и ЧССР нормируют октавные уровни звуковой мощности ПРА. Однако звуковая мощность и звуковое давление зависят не только от качества ПРА, но и от электрических процессов в цепи люминесцентная лампа - ПРА. При повторных измерениях они всегда различны. Кроме того, измерение звуковой мощности ПРА с особо низким уровнем шума и специального применения метрологически не обеспечено.

Статистический анализ шумовых характеристик показал, что шум ПРА в основном состоит из дискретных составляющих, кратных частоте сети [7.5]. Максимальные по интенсивности составляющие находятся в частотном диапазоне 1-8 кГц. У отечественных ПРА октавные уровни звуковой мощности, как правило, не превышают 30 дБ. Шум ПРА, как уже отмечалось, не стабилен. Через 20-30 мин с момента включения лампы он относительно стабилизируется. В дальнейшем уровень шума включенного ПРА снова изменяется. Среднеквадратичное изменение октавных уровней звуковой мощности во времени, установленное по результатам измерений 70 образцов в течение двух месяцев, составило 4 дБ.

При включении ПРА с лампами с одинаковыми электрическими параметрами спектр его шума различен. Размах варьирования октавных уровней звуковой мощности может

достигать 20-25 дБ. Распределение вероятностей уровня шума зависит от параметров ПРА, оно может быть описано нормальным законом распределения.

Средние уровни шума ПРА различного конструктивно-технологического исполнения существенно различны и колеблются от 1 до 15 дБ.

Лампы разных изготовителей, разных партий и т. п. различаются по вызываемому уровню шума ПРА. Однако классифицировать их на шумные и нешумные невозможно, поскольку, как показывает дисперсионный анализ, между ними и ПРА имеется лишь статистическое взаимодействие. Лампа, вызывающая максимальный уровень шума одной конструкции ПРА, может создавать уровень шума, близкий к минимальному, у ПРА другой конструкции.

Физические процессы возникновения шума ПРА при работе в цепи с лампой связаны с рядом преобразований. Их можно описать системой, уравнений преобразования энергии:

. F = C2li+C22V + C23( + C24S;

М = Сз1/+Сз21 + СззФ + Сз4.у;

Т = С41/+С421 + С4зФ + С44.У

(7.7)

где /, и-ток и напряжение; v-скорость перемещения корпуса; Ф - скорость изменения магнитного потока; s-энтропия; F-сила; М-магнитодвижущая сила; Т-температура; С, - коэффициенты преобразования энергии из одного вида в другой.

Рассматривая температуру Т как параметр, от которого зависят коэффициенты преобразования, и не учитывая внешних магнитных потоков, можно представить ПРА в качестве сложного электроакустического преобразователя. В нем электрическая энергия преобразуется в магнитную, далее в механическую и, наконец, в звуковую. Звуковая энергия излучается поверхностью ПРА.

При подаче на аппарат двух синусоидальных напряжений [/о = 50-200 В частотой /о = 50 Гц и [/i = 220B частотой /i = 1 10 кГц звуковая (акустическая) мощность ПРА может быть рассчитана по уравнению

(7.8)

где у (Л) - коэффициент, определяющий электроакустические свойства ПРА на частоте /; [/ (/) -гармоническая составляющая напряжения на частоте

Суммирование в (7.8) ведется по всем частотам /:

Л=/о; Л=2/о; A=/i; Л=2Л; Л=Л-/о; A=h+fo- (7-9)

Звуковая мощность по (7.8) составляет cofbie доли процента мощности потерь в ПРА Рдр. При этом низкочастотные составляющие мощности на частотах /о и 2/о практически не излучаются ПРА. Составляющие мощности на частотах и 2/ малы, поэтому в (7.8) необходимо учитывать только составляющие на частотах/i-/о и Л+Уо- Измерение звуковой мощности необходимо проводить с фильтром, пропускающим эти частоты. Для этой цели пригодны фильтры с полосой пропускания не менее 100-150 Гц.

С учетом изложенного (7.8) можно записать с использованием акустического коэффициента ПРА

(7.10)

Акустический коэффициент (/i) пе является функцией итл Ul, а зависит лишь от конструкции и технологии изготовления ПРА. Зависимость акустического коэффициента от частоты является полной акустической характеристикой ПРА, позволяющей рассчитать его звуковую мощность по электрическим процессам в цепи лампа - ПРА.

Значения акустического коэффициента для ПРА наиболее массовых конструкций приведены на рис. 7.15. Результаты их многократных измерений различаются не более чем на 1 -2 дБ, причем акустические коэффициенты соответствуют средним уровням шума ПРА разных конструкций. Они позволяют проанализировать индивидуальные отличия ПРА.

Шум ПРА при работе с лампой, как следует из (7.10), обусловлен не только акустическим коэффициентом, но зависит и от напряжений [/q и U, которые определяются электрическими процессами в цепи лампа - ПРА. Сложный характер напряжения на ПРА усложняет анализ его шума.

Расчеты показывают, что шум ПРА в области частот свыше 1 кГц обусловлен преимущественно колебаниями напряжения на лампе во время ее горения (рис. 7.16). С изменением частоты колебаний изменяются и составляющие шума ПРА. Частота этих колебаний находится в диапазоне 0,8-8 кГц, амплитуда 6-10 В. У ламп с меньшим диаметром разрядной трубки частота колебаний обычно выше. Эти колебания не постоянны, и их частота изменяется со временем. В процессе горения лампы изменение положения анодного пятна и другие процессы приводят к изменению частоты колебаний. Непостоянство колебаний вызывает изменение шума ПРА. Экспериментально частоту колебаний в один из полупериодов горения лампы можно изменить, приближая к приэлектродной области постоянный магнит. При этом легко добиться изменение уровня

Рис. 7.15. Акустические коэффициенты (1) ПРА типа 1УБИ 40/220ВП-061 (а), 1УБИ 40/220 ВПП-010 (б). 1УБИ 40/220 ВПП-100 (в), 1УБИ 40/220ВПП-800 (г) и уровень помех (2)

шума ПРА до 10 дБ. Таким образом, уровень шума ПРА обусловливается двумя параметрами, а именно: его акустическим коэффищ€ентом и формой напряжения на люминесцентной лампе. Метод измерения акустического коэффицента, описанный выше, можно рекомендовать при проведении разработки ПРА массового выпуска. Для контроля качества выпускаемых ПРА используется более простой метод измерений.

При питании ПРА напряжением от генератора белого шума и напряжением от сети (рис. 7.17) спектр его шума практически совпадает с акустическим коэффициентом. Поскольку последний характеризует качество ПРА, то измерение спектра шума может быть основой определения акустиче-166

Рис. 7.16. Осциллограммы напряжения на лампе:

/ - в обычном режиме работы; 2-при воздействии постоянным магнитом на прианодную область

ских характеристик. Результаты измерения октавных уровней шума ПРА при измерении с генератором белбго шума и с лампой приведены на рис. 7.18 в виде поля корреляций. Низкие значения коэффициентов корреляции объясняются значительным разбросом уровней шума в зависимости от лампы. При усреднении уровня шума ПРА по нескольким лампам значение коэффициента корреляции возрастает.

Напряжения шумового сигнала И.э, вызывающие такие же октавные уровни шума ПРА, что и средняя лампа, приведены в табл. 7.2.

Чтобы можно было измерять шум ПРА с особо низким уровнем шума, напряжение шумового сигнала должно быть больше приведенных в табл. 7.2 значений, например U=10 В. Тогда из результатов измерения октавных уровней звуковой мощности необходимо вычесть поправки Ащ.ю, приведенные в табл. 7.3. Погрешность метода ограничена лишь погрешностью измерительных приборов.

При других значениях t/, поправки могут быть рассчитаны для каждой октавной полосы по формуле

A=101g(C/JC/,3). (7.11)

Увеличение напряжения позволяет повысить уровень шума ПРА при измерениях, что дает возможность снизить

Рис. 7.17. Электрическая схема измерения уровня ,шума ПРА: Т1-регулируемый автотрансформатор; Т2-изолирующий трансформатор; CJ и С2-балансировочные конденсаторы; L-добавочная индуктивность; Др - испытуемый дроссель; G- генератор шумовых сигналов низкочастотный; V-вольтметр