日光燈工作原理.doc

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1、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．加深理解感性負載并聯電容器后提高功率因數的基本概。3．學會正確使用交流電流表、電壓表、功率表、自耦調壓器及驗電筆?！《?、預習要求l．熟悉日光燈電路的組成及工作原理。2．復習并聯電路電壓和電流的相量關系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?。瓿上铝刑羁疹}。（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(zhèn)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

2、管／總）功率為20W。（3）隨著并聯電容值的增加，容抗XC（增加／減小／不變）；電容器支路電流τC（增加／減?。Ｈ展鉄糁冯娏鳎ㄗ兓蛔儯?、電路總電流I（增加／減?。蛔儯?。（4）并聯電容后，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）?？梢娙展鉄綦娐凡⒙撾娙萜魇菫榱颂岣撸ㄈ展鉄簦€路）的功率因數。（5）日光燈電路并聯電容值增加到某一數值時，總電流I最小，說明此時電路處于狀態(tài)，功率因數為。若再繼

3、續(xù)增加所并電容值，又會使總電流變大，說明電路已過補償，進入（容性／感性）狀態(tài)。（6）啟輝器實際上相當于一個自動開關。如果不用啟輝器，你可用什么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(zhèn)流器和啟輝器三部分組成。（1）燈管：是一根在內壁涂有熒光粉的玻璃管，兩端各封裝一個用鎢絲繞成的燈絲（用以發(fā)射電子），管內抽成真空后再充入氬氣和少量水銀蒸氣。（2）鎮(zhèn)流器：是一個繞在用硅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）只有一個主線圈N；圖（b）分

4、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；二是在日光燈點燃后起限流作用。副線圈的匝數僅占主線圈匝數的5%左右，起改善是啟動性能的作用。N1243N2N112(a)(b)圖7-5-1兩種鎮(zhèn)流器示意圖玻璃泡靜觸片電容器動觸片圖7-5-2起輝器示意圖104（3）啟輝器：如圖7-5-2所示，是一只充有氖氣的玻璃泡。泡內有一對觸片，一個是不動的靜觸片，另一個是由熱膨脹系數不同的雙金屬片制成的U形動觸片。當觸片間電壓大于某一數值時，動靜觸片接通；否則斷開，起自動開關作用。兩個觸片間并聯一個小電容器，是為了

5、消除兩觸片斷開瞬間產生的電火花對附近無線電設備的干擾。（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(zhèn)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，由于內層金屬線膨脹系數較大，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(zhèn)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(fā)熱，產生熱電子發(fā)射。同時，由于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(zhèn)流器兩端感應出高壓，它與電源

6、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(fā)出的紫外線射到燈管內壁，激發(fā)熒光物質發(fā)光，日光燈被點燃了。鎮(zhèn)流器~220V3412燈點亮后電流路徑鎮(zhèn)流器~220V1423啟動時電流路徑（a）（b）圖7-5-3日光燈點燃過程圖日光燈點燃后的電路如圖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(zhèn)流器上。因此，啟輝器不能再發(fā)生輝光放電。也就是說，日光燈點燃后，啟輝器始終斷開，不起作用，同時鎮(zhèn)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

7、等效電路如圖7-5-4所示。在正常工作時，燈管相當于純電阻性負載R。鎮(zhèn)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UR。及鎮(zhèn)流器電壓URL。，就能算出燈管消耗的功率PB=IUR，鎮(zhèn)流器消耗的功率PrL=P-PB，以及電阻的功率因數1043．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，因此常采用并聯電容器來提高電路的功率因數，如圖7-5-5所示。并聯電容后的相量圖如圖7-5-6所示，由于電容支路的電流超前電壓于90°，抵消了一部分日光燈電路電流中的無功分量，使

8、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，電容支路電流等于感性無功電流，總電流下降到最小值，此時整個電路相當于電阻性，cosT=l，若再繼續(xù)增加電容量，總電流I反而增大，整個電路相當于容性負載，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為聯電容后整個電路