第七章正弦交流電路
實驗五日光燈及功率因數的提高
一 、 實驗目的
1． 掌握日光燈電路的組成 、 工作原理及接線 。
2．加深理解感性負載併聯電容器後提高功率因數的基本概 。
3．學會正確使用交流電流錶 、 電壓表 、 功率表 、 自耦調壓器及驗電筆 。
二 、 預習要求
l ． 熟悉日光燈電路的組成及工作原理 。
2 ． 複習併聯電路電壓和電流的相量關係及提高功率因數的意義和方法 。
3 ． 預習交流儀表及驗電筆的使用 。
4 ．完成下列填空題 。
（1）日光燈燈管在正常工作時可近似看作 （ 電阻性/電感性 ） 元件 ， 鎮流器可看作 （ 電阻性/電感性 ） 元件 。
（2） 我們平時說 20w 日光燈 ， 是指 （ 燈管 ／ 總 ） 功率為 20w。
（3） 隨著併聯電容值的增加 ， 容抗 xc （ 增加 ／ 減小 ／ 不變 ） ； 電容器支路電流 τc （ 增加 ／減小 ） 。 日光燈支路電流變化 ／ 不變 ） 、 電路總電流 i （ 增加 ／ 減小 ／ 不變 ） 。
（4） 併聯電容後 ， 日光燈支路的有功功率 （ 變化 ／ 不變化 ） 、 無功功率 （ 變化 ／ 不變 ） 、 視在功率 （ 變化 ／ 不變 ） ； 電路總有功功率變化 / 不變 ） 、 總無功功率 ＿ （ 變化 / 不變 ） 、 總視在功率變化 / 不變 ） 。
可見日光燈電路併聯電容器是為了提高 （ 日光燈 ／ 線路 ） 的功率因數 。
（5） 日光燈電路併聯電容值增加到某一數值時 ， 總電流 i最小 ， 說明此時電路處於狀態 ， 功率因數為 。 若再繼續增加所並電容值 ， 又會使總電流變大 ， 說明電路已過補償 ， 進入
容性 ／ 感性 ） 狀態 。
（6） 啟輝器實際上相當於乙個自動開關 。 如果不用啟輝器 ， 你可用什麼簡易辦法點燃日光燈 ？
三 、 實驗內容說明
1． 日光燈電路的組成及工作原理
日光燈電路由燈管 、 鎮流器和啟輝器三部分組成 。
（1） 燈管： 是一根在內壁塗有螢光粉的玻璃管，兩端各封裝乙個用鎢絲繞成的燈絲 （ 用以發射電子 ） ， 管內抽成真空後再充入氬氣和少量水銀蒸氣 。
（2） 鎮流器 ： 是乙個繞在用矽鋼片疊成的錢心上的電感線圈 。 主要有兩種結構 ， 如圖 7-5-1（a）、（b）所示。
圖（a）只有乙個主線圈n；圖（b）分主線圈 n1； 和副線圈 n2。 。 主線圈的作用有兩個 ：
一是產生高壓點燃燈管 ； 二是在日光燈點燃後起限流作用 。 副線圈的匝數僅佔主線圈匝數的 5 % 左右，起改善是啟動效能的作用 。
（3） 啟輝器 ： 如圖 7-5-2所示 ， 是乙隻充有氖氣的玻璃泡 。 泡內有一對觸片 ， 乙個是不動的靜觸片 ， 另乙個是由熱膨脹係數不同的雙金屬片製成的 u形動觸片 。
當觸片間電壓大於某一數值時 ， 動靜觸片接通 ； 否則斷開 ， 起自動開關作用 。 兩個觸片間併聯乙個小電容器 ， 是為了消除兩觸片斷開瞬間產生的電火花對附近無線電裝置的干擾。
（4） 日光燈點燃過程 ： 剛接通電源時 ， 電壓不足以使燈管放電 ， 它通過鎮流器和燈管兩端的燈絲加到啟輝器上 ， 引起輝光放電 ， 雙金屬片受熱 ， 由於內層金屬線膨脹係數較大 ， 使雙金屬片伸直 ， 動靜觸片接觸 ， 形成如圖 7-5-3（a） 所示的通路 。 其中鎮流器副線圈 3、 4產生的磁通與主線圈 1 、2產生的磁通相反，增加了啟動電流 。
電流使燈絲發熱 ， 產生熱電子發射。同時 ，由於啟輝器兩觸片已經接觸 ， 電壓為零 ， 放電結束 ， 雙金屬片冷卻恢復原狀 ， 使電路斷開 。 電路中的電流突然中斷 ， 使鎮流器兩端感應出高壓 ， 它與電源電壓一起加到燈管兩管（約500v）， 使管內自由電子與水銀蒸氣碰撞電離 ， 產生弧光放電 ， 放電時發出的紫外線射到燈管內壁 ， 激發螢光物質發光 ， 日光燈被點燃了 。
日光燈點燃後的電路如圖 7-5-3（b） 所示 。 這時燈管兩端電壓較低 ， 約 50～ 100v之間 ， 電
源電壓大部分降在鎮流器上 。 因此 ， 啟輝器不能再發生輝光放電 。 也就是說 ， 日光燈點燃後 ， 啟輝器始終斷開 ， 不起作用 ， 同時鎮流器副線圈也不起作用了 。
2、日光燈電路的功率因數
日光燈等效電路如圖 7-5-4所示 。 在正常工作時 ， 燈管相當於純電阻性負載 r。 鎮流器用內阻 r和電感 l等效代替 ， 只要測出電路的功率 p、 電流 i和總電壓 u 、 燈管電壓 u r。
及鎮流器電壓 url。 ， 就能算出燈管消耗的功率 pb= iur ， 鎮流器消耗的功率 prl= p- pb， 以及電阻的功率因數
3． 功率因數的提高
日光燈電路的功率因數較低 ， 一艘在 0.6以下 ， 且為電感性負載 ， 因此常採用併聯電容器來提高電路的功率因數 ， 如圖 7-5-5所示 。 併聯電容後的相量圖如圖7-5-6 所示 ， 由於電容支路的電流超前電壓於 90°， 抵消了一部分日光燈電路電流中的無功分量 ， 使電路總電流 i減小 ， 從而提高了電路的功率因數 。
當電容量增加到一定值時 ， 電容支路電流等於感性無功電流 ， 總電流下降到最小值 ， 此時整個電路相當於電阻性 ， cos t= l ， 若再繼續增加電容量 ， 總電流 i 反而增大 ， 整個電路相當於容性負載 ， 功率因數反而下降 。
圖 7-5-6中 ， τ、ψ； 為日光燈支路的電流和功率因數角 ；τ、ψ為聯電容後整個電路的總電流和功率因數角 。 併聯電容後 ， 由 cosψ； 提高到cosψ所需的電容 c值為
這裡還應了解到 ： 鎮流器是鐵心線圈 ， 其電壓與電流間的關係是非線性的 ， 燈管只是近似看作電阻性負載 ， 實際上它的電壓和電流波形既不是正弦波 ， 也不完全相同。
4． 自耦變壓器 （ 又叫自耦調壓器 ）
在實驗室或某些場所 ， 為了能平滑地調節電壓 ， 經常使用自耦調壓器 。 它的特點是原副邊共用乙個繞組 ， 原理圖如圖 7-5-7所示 ， 副繞組為原繞組的一部分 ， 圖中 a為副繞組的滑動電刷 ， 通過它的位置變化 ， 可以改變副邊輸出電壓 u2 的大小 。 自耦調壓器的原邊和副邊既存在磁的聯
系，地存在史的直接聯絡 。 電能的傳遞不僅是通過原副邊的電磁感應也通過電路 ， 故自耦調壓器的也積比同容量的雙線圈變壓器要小 。
使用自耦變壓器時 ， 由於原副邊有電的直接聯絡 ， 應先將滑動觸頭調到零位 ， 然後再加原邊電壓 ， 調節手柄達到所需輸出電壓 。工作完畢後 ， 應先將手柄調到零位 ， 再切斷電源 。 必須注意 ：
原邊的火線（2、3端） 與地線 （1端）不可接錯 ，否則要燒壞繞組 ， 甚至造成電源短路。
日光燈工作原理
日光燈的整體電路如圖5 16所示。其工作原理是 當開關接通的時候，電源電壓立即通過鎮流器和燈管燈絲加到啟輝器的兩極。220伏的電壓立即使啟輝器的惰性氣體電離，產生輝光放電。輝光放電的熱量使雙金屬片受熱膨脹，兩極接觸。電流通過鎮流器 啟輝器觸極和兩端燈絲構成通路。燈絲很快被電流加熱，發射出大量電子。這...
LED日光燈的工作原理分析
led日光燈是採用cree與aod超高亮led白光作為發光光源，外殼為亞克力 鋁合金 客戶定義 外罩可用pc管製作，耐高溫達135度.led日光燈與傳統的日光燈在外型尺寸口徑上都一樣，長度有60cm和120cm 150cm三種，其功率分別為10w 16w和20w，而20w傳統日光燈 電感鎮流器 實際...
LED節能日光燈替換普通日光燈方案
一 技術引數對比 1 產品規格 客戶提供的普通t 5 日光燈1200.00mm vs環維t8 led日光燈 1200.00mm 2 實測技術引數 二 投入成本與電費對比 1 以1支日光燈每天使用14小時計算 2 1支20w t8 led日光燈 含電源 效率90 耗電量與1支44w傳統日光燈管 含鎮流...