研究日光灯电路的技能训练，提高功率因数

一、操作目的

（1）了解日光灯电路的组成、各元件的作用和日光灯电路的工作原理。

（2）能根据电路图连接、组装日光灯电路。

（3）理解功率因素的概念，了解功率因数高低的影响。

（4）会提高日光灯电路的功率因数。

二、操作器材

操作器材见表5-3。

表5-3　技能训练2操作器材表

三、操作原理

日光灯照明电路是一种使用率很高的电路，它是典型的RL串联电路。1.日光灯电路的研究

日光灯作为普通的照明用光源已十分普及，大家是否思考过闭合开关接通电源后日光灯为什么过一会儿才发光，为什么除灯管外在电路中还带有两个附件，其实日光灯的工作是自感现象的一个实际应用。

日光灯电路通常由灯管、镇流器和启辉器等部分组成，如图5-48所示。

图5-48　日光灯电路的组成

（1）灯管。灯管是把电能转化为光能的装置。

① 构造及作用：日光灯两端各有一灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的水蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，使荧光粉发出柔和的可见光。

② 工作特点：灯管开始点燃时需要一个高电压，正常发光时只允许通过不大的电流，这时灯管两端的电压低于电源电压。

（2）镇流器。

① 构造：带有铁芯的线圈，自感系数大。

② 作用：灯管工作的两方面要求都是由跟灯管串联的镇流器来实现的。灯管启动时镇流器产生高电压，点燃灯管；灯管正常工作时镇流器降压限流，延长灯管使用寿命。

（3）启辉器。启辉器是作为启动灯管发光的器件。

① 构造：启动器主要是一个充有氖气的小玻璃泡，里面装有两个电极，一个是静触片。一个是由两种膨胀系数不同的金属制成的U形动触片。

在启动器的动、静两触片间并有一个电容器，它的作用是在动、静触片分离时避免产生火花，以免烧坏触点，没有电容器，启动器也能工作。

② 作用：在电路中起到自动开关的作用。

2.日光灯的工作过程

① 日光灯的电路中，启辉器与灯管并联，镇流器与灯管串联（注意与灯丝的连接）。

② 工作原理：当开关闭合后电源把电压加在启动器的两极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生的热量使U形动触片膨胀伸长，跟静触片接触而把电路接通，于是镇流器线圈和灯丝中就有电流通过，电路接通后，启动器中的氖气停止放电，U形触片冷却收缩，两个极片分离，电路自动断开，在电路断开的瞬间，由于镇流器中的电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与原电压方向相同，这个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高电压，加在灯管两端，使灯管中的气体开始放电，于是日光灯管成为电流的通路开始发光。日光灯开始发光后，由于交变电流通过镇流器的线圈，线圈中就会产生自感电动势，它总是阻碍电流的变化，这时镇流器就起到降压限流的作用，保证日光灯的正常工作。

3.功率因素提高的意义和方法(www.xing528.com)

要提高感性负载的功率因数，可以用并联电容器的办法，使流过电容器中的无功电流分量与感性负载中的无功电流分量互相补偿，以减小电压和电流之间的相位差，从而提高功率因数。提高负载的功率因数有很大的经济意义，一方面它可以充分发挥电源设备的利用率，另一方面又可以减少输电线路上的功率损失，提高电能的传输效率。

四、操作内容及步骤

（1）观察日光灯电路的分布情况，按图5-48所示组装日光灯电路，经教师检查无误后，接通电源进行操作，观察日光灯的启动情况。

（2）在上图基础上，按图5-49所示接好线路，暂不接电容，接入功率表和电流表，各表的量程置于以下挡位。

图5-49　操作线路图

功率表：2.5 A，300 V；电压表：300 V；电流表：500 mA。

经教师检查无误后，合上电源开关，待日光灯启辉后，观察其整个工作过程，观察仪表A和P的读数，同时测量电源电压U及U1、U2的值，填入表5-4中。

表5-4　未接入电容时的情况表

表5-4中，P为总功率；P1为镇流器所消耗的功率，P1=P-P2；P2为日光灯所消耗的功率，P2=I·U2

（3）按图5-49并联电容，经检查无误后合上电源，读取总功率P和总电流I值，填入表5-5中。改变电流表的位置，分别串入电容支路和电感支路，测量电容电流IC和电感电流IL，并填入表5-5中。

表5-5　接入电容后的情况表

五、操作注意事项

（1）电源开关闭合后，不得用手去触摸各接线端子，操作过程中改变电路结构时，也应首先断开电源，谨防发生触电事故。

（2）电容器从电路中拆下后，应将电容器的两个电极用导线短接放电，以防电击。

（3）功率表的电压线圈一定与负载并联，电流线圈一定与负载串联，不得接错，以防损坏仪表。

六、思考

（1）参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

（2）依据测量数据表分析讨论电源电压U、灯管两端电压U2和镇流器两端电压U1之间的关系（镇流器可等效为一个电阻和纯电感串联）。

（3）日光灯两端并联电容后总电流如何变化？镇流器支路电流如何变化？为什么？

（4）提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？

七、操作报告要求

（1）根据各测量数据，分别记录在表格内，注意有效位数。

（2）比较操作中两种情况功率因数值的变化，从理论上加以说明。

（3）必要的误差分析。

（4）心得体会及其他。