日光灯工作原理.doc

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1、第七章正弦交流电路实验五日光灯及功率因数的提高　一、实验目的1．掌握日光灯电路的组成、工作原理及接线。2．加深理解感性负载并联电容器后提高功率因数的基本概。3．学会正确使用交流电流表、电压表、功率表、自耦调压器及验电笔。　二、预习要求l．熟悉日光灯电路的组成及工作原理。2．复习并联电路电压和电流的相量关系及提高功率因数的意义和方法。3　．预习交流仪表及验电笔的使用。4　．完成下列填空题。（1）日光灯灯管在正常工作时可近似看作（电阻性/电感性）元件，镇流器可看作（电阻性/电感性）元件。（2）我们平时说20W日光灯，是指（灯

2、管／总）功率为20W。（3）随着并联电容值的增加，容抗XC（增加／减小／不变）；电容器支路电流τC（增加／减小）。日光灯支路电流（变化／不变）、电路总电流I（增加／减小／不变）。（4）并联电容后，日光灯支路的有功功率（变化／不变化）、无功功率（变化／不变）、视在功率（变化／不变）；电路总有功功率（变化/不变）、总无功功率＿（变化/不变）、总视在功率（变化/不变）。可见日光灯电路并联电容器是为了提高（日光灯／线路）的功率因数。（5）日光灯电路并联电容值增加到某一数值时，总电流I最小，说明此时电路处于状态，功率因数为。若再继

3、续增加所并电容值，又会使总电流变大，说明电路已过补偿，进入（容性／感性）状态。（6）启辉器实际上相当于一个自动开关。如果不用启辉器，你可用什么简易办法点燃日光灯？三、实验内容说明1．日光灯电路的组成及工作原理日光灯电路由灯管、镇流器和启辉器三部分组成。（1）灯管：是一根在内壁涂有荧光粉的玻璃管，两端各封装一个用钨丝绕成的灯丝（用以发射电子），管内抽成真空后再充入氩气和少量水银蒸气。（2）镇流器：是一个绕在用硅钢片叠成的钱心上的电感线圈。主要有两种结构，如图7-5-1（a）、（b）所示。图（a）只有一个主线圈N；图（b）分

4、主线圈N1；和副线圈N2。。主线圈的作用有两个：一是产生高压点燃灯管；二是在日光灯点燃后起限流作用。副线圈的匝数仅占主线圈匝数的5%左右，起改善是启动性能的作用。N1243N2N112(a)(b)图7-5-1两种镇流器示意图玻璃泡静触片电容器动触片图7-5-2起辉器示意图104（3）启辉器：如图7-5-2所示，是一只充有氖气的玻璃泡。泡内有一对触片，一个是不动的静触片，另一个是由热膨胀系数不同的双金属片制成的U形动触片。当触片间电压大于某一数值时，动静触片接通；否则断开，起自动开关作用。两个触片间并联一个小电容器，是为了

5、消除两触片断开瞬间产生的电火花对附近无线电设备的干扰。（4）日光灯点燃过程：刚接通电源时，电压不足以使灯管放电，它通过镇流器和灯管两端的灯丝加到启辉器上，引起辉光放电，双金属片受热，由于内层金属线膨胀系数较大，使双金属片伸直，动静触片接触，形成如图7-5-3（a）所示的通路。其中镇流器副线圈3、4产生的磁通与主线圈1、2产生的磁通相反，增加了启动电流。电流使灯丝发热，产生热电子发射。同时，由于启辉器两触片已经接触，电压为零，放电结束，双金属片冷却恢复原状，使电路断开。电路中的电流突然中断，使镇流器两端感应出高压，它与电源

6、电压一起加到灯管两管（约500V），使管内自由电子与水银蒸气碰撞电离，产生弧光放电，放电时发出的紫外线射到灯管内壁，激发荧光物质发光，日光灯被点燃了。镇流器~220V3412灯点亮后电流路径镇流器~220V1423启动时电流路径（a）（b）图7-5-3日光灯点燃过程图日光灯点燃后的电路如图7-5-3（b）所示。这时灯管两端电压较低，约50～100V之间，电源电压大部分降在镇流器上。因此，启辉器不能再发生辉光放电。也就是说，日光灯点燃后，启辉器始终断开，不起作用，同时镇流器副线圈也不起作用了。2、日光灯电路的功率因数日光灯

7、等效电路如图7-5-4所示。在正常工作时，灯管相当于纯电阻性负载R。镇流器用内阻r和电感L等效代替，只要测出电路的功率P、电流I和总电压U、灯管电压UR。及镇流器电压URL。，就能算出灯管消耗的功率PB=IUR，镇流器消耗的功率PrL=P-PB，以及电阻的功率因数1043．功率因数的提高日光灯电路的功率因数较低，一艘在0.6以下，且为电感性负载，因此常采用并联电容器来提高电路的功率因数，如图7-5-5所示。并联电容后的相量图如图7-5-6所示，由于电容支路的电流超前电压于90°，抵消了一部分日光灯电路电流中的无功分量，使

8、电路总电流I减小，从而提高了电路的功率因数。当电容量增加到一定值时，电容支路电流等于感性无功电流，总电流下降到最小值，此时整个电路相当于电阻性，cosT=l，若再继续增加电容量，总电流I反而增大，整个电路相当于容性负载，功率因数反而下降。图7-5-6中，τ、ψ；为日光灯支路的电流和功率因数角；τ、ψ为联电容后整个电路