日光灯电路利用镇流器的自感现象

核心提示解案:开关闭合后,220 V电压加在启动器S的两端,使启动器玻璃泡内氖气放电,放电产生的热量使玻璃泡内的双金属片膨胀,动触片与静触片短路,电流突然增大,镇流器因电流突变产生很大的自感电动势,这一高电动势使日光灯灯管内汞蒸汽放电,日光灯就发光

解案:开关闭合后,220 V电压加在启动器S的两端,使启动器玻璃泡内氖气放电,放电产生的热量使玻璃泡内的双金属片膨胀,动触片与静触片短路,电流突然增大,镇流器因电流突变产生很大的自感电动势,这一高电动势使日光灯灯管内汞蒸汽放电,日光灯就发光了拓展日光灯镇流器的作用有两个方面:一是在启动时给灯管提供高电压;二是在正常使用时限制通过灯管的电流(因为日光灯电路中使用交流电,镇流器线圈的自感电动势总是阻碍电流的变化,镇流器的名称由此而来)分析日光灯的电路图时,应以日光灯管为中心启动器与日光灯管并联,镇流器与日光灯管串联,这样分析有利于记忆掌握日光灯的电路图,也有利于理解启动器和镇流器的作用

日光灯电路上并联电容器后日光灯管两端的电压镇流器两端的电压及其流过的电流会改变吗?为什么?

日光灯电路与功率因数的提高实验:

电力系统中的负载大部分是感性负载,其功率因数较低,为提高电源的利用率和减少供电线路的损耗,往往采用在感性负载两端并联电容器的方法,来进行无功补偿,以提高线路的功率因数。

日光灯电路为感性负载,其功率因数一般在03~04左右,在本实验中,利用日光灯电路来模拟实际的感性负载观察交流电路的各种现象。

日光灯的工作原理:

(1)灯管:日光灯管是―根玻璃管,它的内壁均匀地涂有一层薄薄的荧光粉,灯管两端各有一个阳极和―根灯丝。

灯丝由钨丝制成,其作用是发射电子。阳极是两根镍丝,焊在灯丝上,与灯丝具有相同的电位,其主要作用是当它具有正电位时吸收部分电子,以减少电子对灯丝的撞击。此外,它还具有帮助灯管点燃的作用。

灯管内还充有惰性气体(如氮气)与水银蒸汽。由于有水银蒸汽,当管内产生辉光放电时,就会放射紫外线。这些紫外线照射到荧光粉上就会发出可见光。

(2)镇流器:它是绕在硅钢片铁芯上的电感线圈,在电路上与灯管相串联。其作用为:在日光灯启动时,产生足够的自感电势,使灯管内的气体放电﹔在日光灯正常工作时,限制灯管电流。不同功率的灯管应配以相应的镇流器。

电子式荧光灯电路原理

不知你说的电容器并联在什么位置,传统的日光灯电路中只有启辉器(跳泡)两端并联的有电容器,目的是防止启逃器通断瞬间产生电火花,只在日光灯起动的瞬间起作用,会对电路中电压和电流有轻微的影响,正常工作状态下不工作,也就谈不上对电路电流和电压的影响。而现在的电子镇流器电路有很多种而且各个电容所起的作用不同,要看在电路中的位置和作用而定,不能一概而论。

日光灯电路中电压电流的相量关系

日光灯也被称为荧光灯,它利用紫外线照射荧光粉来发光,所以这种灯具被称为荧光灯,而其发出的光线和普通白炽灯相比犹如日光一样,故也称为日光灯。

日光灯由灯管、镇流器和启辉器等主要部件组成,日光灯(荧光灯)的发光工作原理:下右图所示的原理电路。

工作原理详解:

当电源接通时,电压全部加在启辉器上,氖气在玻璃泡内电离后辉光放电而发热,使动触片受热膨胀与静触头接触使电路接通,此时灯丝通过电流加热后发射电子,使灯丝附近的水银开始游离并逐渐气化,同时,启辉器触点接触后辉光放电随即停止,动触片冷却而缩回(即触点断开)。使流经灯丝和镇流器的电流突然中断,在此瞬间,镇流器产生的自感电动势与电源电压串联后,全部加在灯管两端的灯丝间,由于灯丝间电压骤增,整个灯管内的汞气在高压作用下全部游离,从而产生弧光放电,辐射出不可见的紫外线,激发管壁的荧光粉,发出近似日光的可见光。

荧光灯的组件必须严格按规格配套使用,由于镇流器是电感性负载,因而使得整个日光灯电路的功率因数降低,不利于节约用电;为了提高功率因数,可在日光灯的电源两端并联一只电容器,其容量按管的功率不同而选配如20瓦的光管配25微法电容器,30瓦日光灯配375微法电容器,40瓦的光管配475微法电容器,耐压应大于220伏。

荧光灯工作特点:

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。

荧光灯管两端装有灯丝,玻璃管内壁涂有一层均匀的薄荧光粉,管内被抽成真空度10-4~10-3mmHg (1mmHg=133 322Pa)以后,充入少量惰性气体,同时还注入微量的液态水银。电感镇流器是一个铁芯电感线圈,电感的性质是当线圈中的电流发生变化时,则在线圈中将引起磁通的变化,从而产生感应电动势,其方向与电流的方向相反,因而阻碍着电流变化。

启辉器在电路中起开关作用,它由一个氖气放电管与一个电容并联而成,电容的作用为消除对电源电磁的干扰并与镇流器形成振荡回路,增加启动脉冲电压幅度。放电管中一个电极用双金属片组成,利用氖泡放电加热,使双金属片在开闭时,引起电感镇流器电流突变并产生高压脉冲加到灯管两端。

当荧光灯接入电路以后,启辉器两个电极间开始辉光放电,使双金属片受热膨胀而与静触极接触,于是电源、镇流器、灯丝和启辉器构成一个闭合回路,电流使灯丝预热,当受热时间1~3s后,启辉器两个电极间的辉光放电熄灭,随之双金属片冷却而与静触极断开,当两个电极断开的瞬间,电路中的电流突然消失,于是镇流器产生一个高压脉冲,它与电源叠加后,加到灯管两端,使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电,在正常发光过程中,镇流器的自感还起着稳定电路中电流的作用。

如图所示为一日光灯电路,灯管与镇流器串联,灯管的等效电阻R1=300Ω,整流器的电阻R2=20Ω

日光灯电路中,电压的相量相位超前于电流相位。

日光灯电路图如上图,从图中可以看出,电路在正常工作时,电感整流器长期串联在电路中,电路呈现电感性质;虽然启辉器中也有电容存在,但是它的作用主要是保护启辉器触点,而且电容值很小。所以,交流电路中电感性电路,电压相位超前于电流相位。

阻抗Z=√R²+ωL²=√(300+20)²+(314×15)²=5694Ω

1、电流I=220÷5694=0386A

2、Ur1=0386×300=1158V Ur2=0386×{√20²+(315×15)²}=1818V

因为这两个电压相差近90度,电源电压等于两电压的向量和而不是代数和。

3、P=0386²×(300+20)=4768W

Q=0386²×(314×15)=1818VAR

S=√4768²+1818²=18795VA

cosφ=P/S=4768÷18795=025

4、做向量图,水平画一段线为电流I,同方向做一段Ur1=1158单位,接着往前做20×0386单位,再往上90度做一段0386×(314×15)单位。将原点与该端点连线即为电源电压。

 
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