正弦稳态交流电路实验中日光灯的工作和功因数研究

　　一、日光灯成为理想元件是否合理 放电，因此它的两个触片保持断开状态。即日光灯点亮正 日光灯主要由灯管、镇流器和启动器组成。闭合开关 常工作后，起辉器不起作用。

　　后电压通过日光灯的灯丝加在启动器的两端，启动器如上 3 功率因数的理解和如何提高所述发热－触点接触－冷却－触点断开。在触点断开的瞬 电路的视在功率为S=UI，而有功功率为间，镇流器L中的电流急剧减小，产生很高的感应电动势。 我们把称为功率因数。单一电阻的阻抗角为零，因此 感应电动势和电源电压叠加起来加在灯管两端的灯丝上， 其功率因数为1；而电感和电容的阻抗角分别为90°和- 把灯管点燃。家里照明用的电源是交流，它的大小和方向 90°，因此它们的功率因数为0。一般地，当二端网络的阻 都在不停地变化。镇流器L中的自感电动势阻碍电流的变 抗角不等于零即电压电流不同相时，电路中就会出现与网化，使得流过灯管的电流不致过大 络外部的能量交换即无功功率，无功功率的大小为 。 我们在做“正弦稳态交流电路相量的研究”实验[3]的时 无功功率的出现会引起下面两个问题：

　　候，我们是将实际元件日光灯灯管转化为一个理想电阻元 （1）发电设备的容量不能充分利用。发电设备的容量 件和一个理想电感元件串连在一起的，我们在计算r的值的 是由其额定电压UN和额定电流IN决定的，如果向功率因数时候，是用公式“=UL/I”来计算的。 不等于1的负载供电，则实际有功功率仅为 。显然，二、日光灯工作原理 负载功率因数越小，发电设备的容量就越不能充分利用。

　　日光灯电路是一个RL串联电路，由灯管、镇流器、起 （2）功率因数越低则输电线路的损耗越大 。可辉器组成。 见功率因数越低，为了达到相同的有功功率，线路上的电 灯管：内壁涂上一层荧光粉，灯管两端各有一个灯丝 流就越大，那么线路损耗就越大。

　　（由钨丝组成），用以发射电子，管内抽真空后充有一定的 按供用电规则，高压供电的工业企业的平均功率因数氩气与少量水银，当管内产生辉光放电时，发出可见光。 不低于0.95，其它单位不低于0.9。 镇流器：是绕在硅钢片铁心上的电感线圈。它有两个 因此，我们需要提高功率因数。功率因数不等于1，也 作用，一是在起动过程中，起辉器突然断开时，其两端感 就是负载的阻抗角不等于零，即负载呈感性或容性。要提 应出一个足以击穿管中气体的高电压，使灯管中气体电离 高功率因数，只要向负载加入与其电抗性质相反的电抗元 而放电。二是正常工作时，它相当于电感器，与日光灯管 件即可。加入的方法一般是与负载并联，这样不会影响负 相串联产生一定的电压降，用以限制、稳定灯管的电流， 载的工作电压。实际使用中，负载大多呈感性（如电动机故称为镇流器。 等），因此，在负载上并联电容以增大功率因数的方法具 起辉器：是一个充有氖气的玻璃泡，内有一对触片， 有很大的实际意义。一般在用户端（如电动机内）或变电 一个是固定的静触片，一个是用双金属片制成的U形动触 所并联电容。

　　片。动触片由两种热膨胀系数不同的金属制成，受热后， 双金属片伸张与静触片接触，冷却时又分开。所以起辉器的作用是使电路接通和自动断开，起一个自动开关作用。

　　三、日光灯点亮过程 （3）在用户中，一般的感性负载居多，如电动机，变 压器等，其功率因数较低，当负载的电压一定时，功率因 电源刚接通时，灯管内尚未产生辉光放电，起辉器的 数越低，输电线路上的电流越大，导线上压降越大，由此 触片处在断开位置，此时电源电压通过镇流器和灯管两端 导致电能损耗增加，传输效率降低，发电设备容量等不到 的灯丝全部加在起辉器的二个触片上，起辉器的两触片之 充分的利用，从经济效益来说，也是一个损失。因此，应 间的气隙被击穿，发生辉光放电，使动触片受热伸张而与 该设法提高功率因数。通常在负载端并联电容器，这样以 静触片构成通路，于是电流流过镇流器和灯管两端的灯 流过电容的容性电流补偿原来负载的感性电流，虽然此时 丝，使灯丝通电预热而发射热电子。与此同时，由于起辉 负载消耗的有功功率不变，但随着功率因数的提高，输电 器中动、静触片接触后放电熄灭，双金属片因冷却复原而 线的总电流减小，线路压降减小，线路损耗降低，因此提 与静触片分离。在断开瞬间镇流器感应出很高的自感电动高了电源设备的利用率和传输效率。 势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使灯管内水银蒸 气电离产生弧光放电，并发射紫外线到灯管内壁，激发荧参考文献： 光粉发光，日光灯就点亮了。

　　《物理教学探讨》,2005(21). 灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生较大的电 [2]秦曾煌.电工学[M].北京:高等教育出版社． 压降（有一半以上电压），灯管两端（也就是起辉器两 [3]戴伟华.电工与电子学实践教程[M].北京邮电大学出版社