Рассмотрим влияние вида балластного сопротивления на работу газоразрядных ламп.

При питании газоразрядных ламп от сети переменного тока сохраняют свое значение рассмотренные выше основные положения стабилизации разряда, но возникает ряд дополнительных специфических обстоятельств [7].

Рис.1.21. Осциллограммы мгновенных значений напряжений, тока и светового потока газоразрядной лампы:

а – при активном балластном сопротивлении; б – при индуктивном балластном сопротивлении; в – при емкостном балластном сопротивлении.

В частности, взаимосвязь между показателями работы источника излучения и параметрами балластного сопротивления становится более многообразной и сложной.

Для обеспечения нормального срока службы лампы в цепях переменного тока форма кривой мгновенных значений тока должна быть, возможно, более близкой к синусоиде. Степень искажения формы кривой тока зависит в основном от вида балластного сопротивления и оценивается значением коэффициента амплитуды:

(1.34)

Балластное устройство должно обеспечивать коэффициент амплитуды, не превосходящий 1,7. При k_а > 1,7 продолжительность работы люминесцентной лампы значительно сокращается.

Стабилизация разряда на переменном токе при помощи активного сопротивления осуществляется просто и дешево, но имеет ряд принципиальных недостатков, которые ограничивают использование ее специальными случаями. Некоторые из них рассмотрены далее.

На рисунке 1.21,б приведены кривые мгновенных значений напряжений и тока лампы при включении ее с активным балластным сопротивлением в цепь переменного тока стандартной частоты. Разряд в лампе возникает по достижении напряжением мгновенного значения равного U_з. В процессе разряда напряжение на лампе значительно снижается до значения U_г, требующегося для поддержания разряда, и остается неизменным до момента, когда мгновенное значение напряжения сети уменьшится до значения U_н. после этого разряд гаснет, ток в цепи прекращается. В следующий полупериод процесс зажигания и погасания разряда повторяется. Как следует из рассматриваемого графика, перезажигание разряда в каждый полупериод сопровождается паузами тока: начальной φ_н и конечной φ_к. общая пауза φ_н + φ_к может достигать ¹∕₃ периода. Наличие пауз разрядного тока значительно ухудшает показатели работы источника излучения и является причиной возникновения пульсаций потока излучения и стробоскопического эффекта. Кривая мгновенных значений тока утрачивает форму синусоиды (искажается). Если при этом увеличивается коэффициент амплитуды [см. формулу (1.34)], то срок службы электродов уменьшается вследствие ускоренного распыления оксидного слоя и потери эмиссионных свойств. Особенно большим недостатком является большой расход электрической энергии в активном балластном сопротивлении, резко снижающий энергетические показатели работы схемы.

Стабилизация разряда посредством индуктивного сопротивления имеет ряд преимуществ перед стабилизацией при помощи активного сопротивления и широко применяется. На рисунке 1.21. б показаны кривые мгновенных значений тех же величин, что и на рисунке 1.21. а, но при индуктивном балластном сопротивлении. Благодаря сдвигу по фазе между напряжениями сети и на зажимах лампы значительно облегчается процесс перезажигания разряда в каждый полупериод, так как в момент перехода тока через нулевое значение к зажимам лампы оказывается приложенным значительное мгновенное напряжение сети. Перезажигание разряда поэтому происходит без заметной паузы. Форма кривой тока приближается к синусоиде. Режим работы электродов облегчается. Потери мощности в индуктивном балластном сопротивлении обычно значительно ниже, чем в активном, и составляют от 10 до 35% от мощности источника излучения. Наряду с отмеченными преимуществами индуктивного балластного сопротивления следует указать и основные его недостатки: большой расход металла, низкий коэффициент мощности, высокую стоимость.

Стабилизация разряда при помощи емкости применяется редко. Соответствующие этому случаю кривые показаны на рисунке 1.21, в.Кривая тока приобретает чрезвычайно искаженную форму. Срок службы электродов резко снижается. Большие паузы и всплески тока приводят к значительному снижению светотехнических показателей работы лампы.

Весьма перспективным является применение емкостного балластного сопротивления при питании источника излучения от сети переменного тока повышенной частоты.

Вернемся еще раз к рисунку 1.21 для того, чтобы обратить внимание на следующее важное обстоятельство. При любом виде балластного сопротивления сдвиг по фазе между напряжением на лампе и ее током практически отсутствует. Однако, мощность лампы не будет равна произведению действующих значений напряжения на лампе и тока. Дело в том, что кривые мгновенных значений этих величин существенно отличается по форме одна от другой и от синусоиды и, следовательно, для вычисления истинного значения мощности разряда в межэлектродном промежутке необходимо разложить кривые тока и напряжения на гармонические составляющие. Истинная мощность будет равна сумме мощностей для полученных гармоник тока и напряжения. В практике пользуются понятием коэффициента мощности газоразрядной лампы, не связывая его с углом сдвига фаз. Тот же смысл имеет и употребляемый термин «коэффициент искажения»:

. (1.35)

Коэффициент мощности лампы зависит от величины и вида балластного сопротивления и, следовательно, не является постоянным для данной лампы.

Обычно коэффициент мощности газоразрядных ламп составляет 0,7…0,9, а коэффициент мощности комплекта газоразрядная лампа – балластное сопротивление – 0,4…0,9.