Arcul electric de curent alternativ

ARCUL ELECTRIC DE CURENT ALTERNATIV

1. Chestiuni de studiat :

1. Studiul formelor de unda ale tensiunii u(t) si curentului i(t) in cazul arcului

electric stationar de curent alternativ.

2. Determinarea experimentala a marimilor caracteristice; tensiunea varfului de aprindere u_a si respectiv de stingere u_s, constanta de timp t

3. Caracteristica dinamica u = f(i) a arcului electric de curent alternativ.

4. Determinarea parametrilor arcului electric de curent alternativ - puterea

disipata P₀ si conductanta G₀ in jurul trecerii prin zero a curentului.

5. Calculul tensiunii de reaprindere a arcului electric considerand factorul de oscilatie g = 2 si frecventa tensiunii de restabilire f₀ = 2 kHz.

2. Schema electrica

Se va utiliza schema electrica de montaj din figura 1, unde L este o lampa cu vapori de mercur, in care arde un arc electric de curent alternativ in regim stabilizat. Se vor folosi succesiv lampi de 125 W, 250 W si 400 W, inseriate fiecare cu balastul (inductivitate cu miez de fier) propriu B.

Schema electrica contine:

3. Modul de lucru

Se alimenteaza circuitul lampii si se lasa cca. 5 minute pentru a se stabiliza regimul termic in aceasta. Tensiunea de arc se masoara prin intermediul divizorului de tensiune conectat la osciloscop (canalul Y) cu o baza de timp de 2ms/div. Se vizualizeaza de asemenea forma de unda a curentului, prin intermediul suntului Sh, pe canalul X, observandu-se caracterul rezistiv al arcului (tensiunea si curentul fiind aproximativ in faza).

Se masoara valoarea tensiunii varfului de aprindere si momentul aprinderii t_a Se va tine cont de raportul de divizare al divizorului de tensiune si de sensibilitatea osciloscopului. Cu ajutorul valorii t_a se poate evalua constanta de timp t in jurul trecerii curentului prin zero, in ipoteza modelului Mayr:

Se calculeaza produsul wt pft observandu-se ca valoarea sa este mare si in acest caz varful de stingere este putin pronuntat, asa cum rezulta si din solutia ecuatiei Mayr in curent alternativ.

Se comuta osciloscopul pe XY si se vizualizeaza caracteristica dinamica a arcului u = f(i). Se observa varfurile de aprindere si de stingere a arcului precum si portiunea corespunzatoare arderii acestuia, in care rezistenta dinamica du/di este negativa. Pe aceasta imagine se poate determina varful de stingere al tensiunii arcului.

Determinarea parametrilor electrici se face cu ajutorul datelor masurate si cu ajutorul ecuatiei Mayr in jurul trecerii prin zero a curentului.

Conform acesteia se calculeaza :

- panta curentului la trecerea prin zero :

unde I este valoarea efectiva masurata cu ajutorul ampermetrului.

- puterea disipata P₀, la trecerea prin zero a curentului:

- conductanta arcului G₀, la momentul t = 0 este:

Datele si rezultatele se trec in tabelul urmator :

Tensiunea de reaprindere a arcului electric se calculeaza conform conditiei rezultate din bilantul puterilor :

unde t = T₀/4, T₀ = 1/f₀ fiind perioada, respectiv frecventa proprie de oscilatie a circuitului.

4 Exemplu de calcul :

Am facut calculele pentru puterea de 400W .

Pe schema de montaj apare un divizor capacitiv de tensiune format din doua condensatoare inseriate care au valorile C₁ = 0.04 mF , C₂ = 0.5 mF.

K reprezinta raportul de divizare si are expresia :

Pe Y (+) am avut 4 div => U_a = 4div 5V/div k => U_a(V)=270

Pe Y (-) am avut 2,8 div => U_s = 2,8div 5V/div k => U_s(V)=189

t_a(ms)=1,6

I(A)=3,3

g = 2 si f₀ = 2 kHz

Stiind ca frecventa f₀ = 2 kHz =>

Am calculat constanta de timp t in jurul trecerii curentului prin zero :

Panta curentului la trecerea prin zero

W

S

Tensiunea de reaprindere a arcului electric se calculeaza astfel :

V

V

Observatii

In timpul incalzirii lampilor curentul absorbit este mai mare si ampermetrul trebuie suntat cu un fir ce va fi inlaturat numai in perioada masurarii in regim stabilizat.

Din tabel se observa ca cu cat lampa este mai mare ca putere , cu atat curenul I este si el mai mare .