日光燈電路分體式設計分析

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通過對日光燈電路及功率因數的提高的實驗現狀的分析，針對目前電工電子實驗教學存在的問題與不足，提出實驗設備改革的重要意義，并結合所在學校實驗室的建設，設計出一種能滿足目前教學要求的日光燈電路分體式實驗箱。日光燈電路及功率因數提高研究的實驗是“電工學實驗”里的一個綜合實驗，在強電知識學習中起著舉足輕重的作用，通過該實驗，學生可以加深對感性負載功率因數校正理論的理解，學習日常生活中極為常見的日光燈的工作原理，學會對日光燈電路的故障處理，運用三表法測量交流電路的參數（報,2015(5)）。

目前，國內各類學校電工實驗臺大多都是通用實驗裝置，功能不全，靈活性差，實驗開出率低。且加工工藝粗糙，實驗元器件固化，并且繁多難購置，無原理圖可依，實驗技術人員維護和維修困難，嚴重依賴于廠家后期維修。我校公里因數提高的實驗集中在電工實驗室的通用實驗臺上完成，每年承擔約1000學時的實驗教學任務，使用率高，損耗大，現有實驗臺老化破舊現象嚴重，完好率差，并且后期維修一直處于空白狀態，嚴重影響了實驗教學質量和學生動手實踐的積極性。且該實驗臺實驗元器件固化，無原理圖可依，實驗技術人員維護和維修困難。因此，亟待設計、研發和制作出日光燈電路分體式實驗箱，從而提高實驗教學質量，避免多次實驗故障，更好的調動學生的積極性。

1日光燈電路工作原理

日光燈電路由日光燈管、鎮流器、啟輝器三部分組成。當日光燈電路與電源接通后，電源電壓通過鎮流器施加在啟輝器兩端。致使啟輝器內兩個電極輝光放電，輝光放電終止后，雙金屬片因溫度下降而恢復原狀，兩電極脫離。此時回路中的電流突然切斷而為零，在鎮流器兩端產生一個很高的感應電壓，使管內惰性氣體分子電離而產生弧光放電，管內溫度逐漸升高，水銀蒸汽游離，并猛烈地撞擊惰性氣體分子而放電。同時輻射出不可見的紫外線，而紫外線激發燈管壁的熒光物質發出可見光，日光燈管起燃。此時啟輝器因兩端壓降較低，不再工作（胡淑均,周天慶,等.電工與電子技術基礎實驗教程[M].北京:中國水利水電出版社,2016:43）。日光燈正常工作時，鎮流器和燈管構成了電流的通路，由于鎮流器與燈管串聯并且感抗很大，因此電源電壓大部分降落在鎮流器上，可以限制和穩定電路的工作電流，即鎮流器在日光燈正常工作時起限流作用。

2提高功率因數的意義與方法

實際中的用電設備大多是感性負載，其等效電路可用R、L串聯電路來表示。電路消耗的有功功率P=UIcosφ，當電源電壓U一定時，輸送的有功功率P就一定。若功率因數低，則電源供給負載的電流就大，從而使輸電線路上的線損增大，影響供電質量，同時還要多占電源容量，因此，提高功率因數有著非常重要的意義。提高感性負載功率因數常用的方法是在電路的輸入端并聯電容器。這是利用電容中超前電壓的無功電流去補償RL支路中滯后電壓的無功電流，從而減小總電流的無功分量，提高功率因數，實現減小電路總的無功功率。而對于RL支路的電流、功率因數、有功功率并不發生變化。

3實驗內容及步驟

（1）連接實驗電路，注意調壓器手柄打在零位，電容器斷開，經查無誤后調節調壓器，使日光燈支路端電壓從0增大至220V。日光燈點燃后，測量電路電流I、有功功率P、燈管電壓UR及鎮流器電壓UL。計算PR及負載端的cosφ。（2）保持電源電壓220V不變，依次并聯電容，增加電容的值，觀察和測量不同電容值時的UL、UR、I及P。

4實驗箱設計

針對日光燈實驗的具體要求，廣泛征求實驗指導教師的意見和建議，與設備制造廠家溝通和交流，設計、研發和制作出日光燈電路分體式實驗箱，如圖1所示，該裝置具有以下幾點改善：（1）箱體與箱蓋結合采用較科學的壓卡式結構，維修、更換元件拆裝方便，使得設備維修不再單純依賴廠家后期維修；（2）整體大小、高度合理，便于實驗室更好布局；（3）連線接點接觸可靠，信號源和交直流儀表均有較大改進，保護體系更加完善。此模塊能夠在原有實驗臺上進行，在大大提高教學質量的同時，也并不影響原有模塊的正常使用。能夠滿足全校非電類理工科專業和電類專業學生密集完成日光燈電路及功率因數提高研究的實驗，將更好的提高實驗教學質量，避免多次實驗故障，更好的調動學生的積極性。

作者:張玉姣 吳倩倩 單位:武漢輕工大學