日光灯电路的连接

一、实训目标

1.理解日光灯电路工作原理,会连接日光灯电路;

2.理解提高功率因数的意义,了解提高功率因数的方法;

3.学会功率表、交流电流表、交流电表的使用。

二、实训器材

功率表、交流电流表、交流电压表各一个,1μF、2.2μF、4.2μF的电容各一个,日光灯灯管、灯管支座、镇流器、启辉器、保险盒、插头、开关、试电笔、剥线钳、导线等。

三、实训原理

1.日光灯电路的组成

日光灯电路主要由灯管、镇流器、启辉器组成,如图11-1所示。

图11-1　日光灯电路

（1)日光灯管

灯管是内壁涂有荧光粉的玻璃管,两端有钨丝,钨丝上涂有易发射电子的氧化物。玻璃管抽成真空,然后充入一定量的氩气和少量水银蒸气,氩气具有使灯管易发光、保护电极、延长灯管寿命的作用。

图11-2　启辉器

（2)镇流器

镇流器是一个具有铁芯的线圈。在日光灯启动时,它和启辉器配合产生瞬间高压使灯管发光。灯管发光后,镇流器在电路中起降压限流的作用。

（3)启辉器

启辉器的外壳是用铝或塑料制成,壳内的小玻璃泡中充有氖气,玻璃泡内有两个电极,其中弯曲的U形动触片是由热膨胀系数不同的双金属片（冷态常开触头)制成,如图11-2所示。启辉器的作用:灯亮前相当于一个自动开关;灯亮后没有作用。

2.日光灯工作原理

当开关S闭合后,电源电压加在启辉器静触片和动触片之间,使氖气放电发出辉光。辉光产生的热量被动触片吸收,动触片受热膨胀与静触片接触,电路接通,镇流器、灯管两端灯丝有电流通过（温度可达800～1000℃),于是灯丝发射热电子,致使管内氩气电离,为灯管导通创造了条件。

当启辉器动触片受热膨胀与静触片接触时,启辉器两极间的电压下降为零,启辉器停止辉光放电,1～3s后双金属片冷却收缩,触点断开,电路中的电流突然从有到无,变化很快,镇流器产生很大的自感电动势。该电动势与电源电压叠加后加在灯管两端,使管内水银蒸气电离,产生弧光放电,发出紫外线,紫外线照射到管壁的荧光粉上就产生了可见光,灯管点亮。灯管开始发光后,镇流器起降压限流作用,从而保证日光灯正常工作。

3.提高交流电路的功率因数

功率因数cosφ是表征交流电路的一个重要参数,它是电路总电压与电流之间相位差角φ的余弦,即

只要测出P、U、I代入上式就可算出功率因数cosφ。

日光灯电路相当于一个RL串联电路。把日光灯管视为一个电阻R,整流器可等效为一个纯电感L和纯电阻r串联而成（图11-3)。电感性负载的功率因素较低,因此,必须设法提高电感性负载的功率因素。最常用的方法是在电感性负载两端并联一个容量适当的电容器。从图11-4可以看出,并联电容器前电路的功率因素较低,并联适当的电容器后,功率因素可大大提高。

图11-3　日光灯电路的等效电路

图11-4　相量图

四、实训内容及步骤

1.安装日光灯电路,观察日光灯的发光情况

（1)如图11-1接好日光灯电路。

（2)自己先检查电路的连接情况,然后请教师检查,确认电路连接无误,才能用电工胶布将裸露的导线包裹好,最后闭合电源开关。

（3)观察日光灯的启辉过程,观察日光灯的发光情况。

2.测量日光灯电路并联电容器前的功率因数

（1)如图11-5接好电路,将S1、S2、S3都断开,分别测量电路总电压U、总电流I及日光灯电路的功率P,将其记录在表11-1中。

（2)计算日光灯电路并联电容器前的功率因数。

图11-5　电感性负载与电容器并联

3.测量日光灯电路并联电容器后的功率因数

（1)将图11-5中的S1闭合,S2、S3都断开,分别测量电路总电压U、总电流I及日光灯电路的功率,将其记录在表11-1中。

（2)将图11-5中的S2闭合,S1、S3都断开,分别测量电路总电压U、总电流I及日光灯电路的功率,将其记录在表11-1中。

（3)将图11-5中的S3闭合,S1、S2都断开,分别测量电路总电压U、总电流I及日光灯电路的功率,将其记录在表11-1中。

五、数据记录与分析

表11-1　并联电容前后日光灯电路的功率因数

利用式（11-1),分别计算以上4种情况日光灯电路的功率因数cosφ。

注意事项:

①开关和保险只能接在相线（火线)上;电容器与镇流器、日光灯并联。

②线路接好后必须经教师检查,允许后方可接通电源,在操作过程中要注意安全。

③在测量过程中,注意万用表的表挡的选择。

④在拆实训线路时,应先切断电源,再将电容器放电后,最后拆除实训线路。

六、思考题

1.日光灯点亮后,启辉器还会有作用吗？为什么？如果在日光灯点亮前启辉器损坏,此时有何应急措施可以点亮日光灯？

2.在感性负载两端并联电容C可以提高cosφ,是否C越大,cosφ越高呢？为什么？

3.当日光灯电路出现下列情况,请你为其诊断,并排除故障。

（1)日光灯灯管两端发红,无法正常发光;

（2)日光灯明暗交替闪烁不定;

（3)日光灯能正常发光,但有“嗡嗡”的交流声。