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1、实验项目：实验项目：日光灯电路的组装及参数测量日光灯电路的组装及参数测量课程：基础电子实验课程：基础电子实验基础实验中心黄 济July 24一、实验目的一、实验目的1、掌握日光灯电路的工作原理；2、学习室内日光灯照明电路的布线和接线方法；3、掌握功率表的使用方法；4、掌握日光灯电路功率因数的测量方法；5、比较使用电感式镇流器和电子镇流器时电路中功率因数的变化。日光灯电路的组装及参数测量二、实验仪器1、单相交流电源 2、电感式镇流器3、电子镇流器 4、日光灯管5、启辉器 6、空气开关 7、墙壁开关 8、功率表日光灯电路的组装及参数测量三、实验原理及参考电路三、实验原理及参考电路1 1、日光灯电路
2、的结构：、日光灯电路的结构： 日光灯电路由灯管、镇流器和启日光灯电路由灯管、镇流器和启辉器构成。（如下图所示）辉器构成。（如下图所示）日光灯电路的组装及参数测量 日光灯（管）：日光灯（管）：又称低压汞荧光灯，是利又称低压汞荧光灯，是利用水银蒸汽放电发光的原理制成。其内部结用水银蒸汽放电发光的原理制成。其内部结构如下图所示。构如下图所示。氩气、低压水银蒸汽氩气、低压水银蒸汽日光灯（管）的内部结构日光灯（管）的内部结构 水银蒸汽放电发光时发出的大部分是紫外线，水银蒸汽放电发光时发出的大部分是紫外线，只有一小部分是可见光。紫外线照射在涂在只有一小部分是可见光。紫外线照射在涂在灯管内壁的荧光粉上，荧光
3、粉被激发，发出灯管内壁的荧光粉上，荧光粉被激发，发出可见光。不同光色，可以涂不同荧光粉。可见光。不同光色，可以涂不同荧光粉。日光灯电路的组装及参数测量 启辉器的基本组成可分为：充有氖气的玻启辉器的基本组成可分为：充有氖气的玻璃泡、静触片和璃泡、静触片和U U形动触片。动触片是由两种形动触片。动触片是由两种热膨胀系数不同的金属制成的热膨胀系数不同的金属制成的双金属片双金属片，受热，受热时会膨胀伸长。时会膨胀伸长。 启辉器：启辉器：实物外观实物外观氖气氖气氖泡内部结构氖泡内部结构日光灯电路的组装及参数测量镇流器：镇流器：镇流器分为镇流器分为电感式镇流器电感式镇流器和和电子镇电子镇流器流器两种。两种
4、。电感式镇流器电感式镇流器内部是一个带铁芯的电感线圈。内部是一个带铁芯的电感线圈。电感式镇流器外观电感式镇流器外观日光灯电路的组装及参数测量电子镇流器电子镇流器内部为电子线路。内部为电子线路。电子镇流器外观电子镇流器外观电子镇流器内部电路电子镇流器内部电路日光灯电路的组装及参数测量2 2、日光灯电路的工作原理：、日光灯电路的工作原理： （1 1）电路通电后，电源电压通过镇流器）电路通电后，电源电压通过镇流器和灯管两端的灯丝加到启辉器内部的的两和灯管两端的灯丝加到启辉器内部的的两个弹簧片上。个弹簧片上。日光灯电路的组装及参数测量 （2 2）220220伏的电压立即使启辉器中的氖伏的电压立即使启辉
5、器中的氖气电离，产生辉光放电。辉光放电所产气电离，产生辉光放电。辉光放电所产生的热量使生的热量使U U形双金属片膨胀伸长，并与形双金属片膨胀伸长，并与静触片接触。静触片接触。日光灯电路的组装及参数测量（3 3）当两金属片接触后，电路通过灯管两端的灯丝当两金属片接触后，电路通过灯管两端的灯丝和镇流器线圈形成闭合回路，此时在镇流器线圈和镇流器线圈形成闭合回路，此时在镇流器线圈和灯管两端的灯丝上就有电流流过。和灯管两端的灯丝上就有电流流过。 在电流的激发下，灯管两端的灯丝会向外发射大在电流的激发下，灯管两端的灯丝会向外发射大量的电子。量的电子。日光灯电路的组装及参数测量（4 4）电路接通的同时，加在
6、启辉器上的电压消失，电路接通的同时，加在启辉器上的电压消失，氖气停止辉光放电，氖泡中的温度降低。氖气停止辉光放电，氖泡中的温度降低。U U形双金属形双金属片冷却收缩复位，两触片分开。片冷却收缩复位，两触片分开。 在两触片分开的瞬间，电路中的电流突然切断，在两触片分开的瞬间，电路中的电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势去阻碍电流的变化。镇流器产生很大的自感电动势去阻碍电流的变化。这个自感电动势与电源电压叠加后作用于灯管两这个自感电动势与电源电压叠加后作用于灯管两端。端。日光灯电路的组装及参数测量（5 5）灯丝受激发时发射出来的大量电子，在灯）灯丝受激发时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作
7、用下，以极大的速度由低电势管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离产撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离产生的热量使水银变成蒸气，随之水银蒸气也被生的热量使水银变成蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光，下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光，日光灯被点亮。日光灯被点亮。 日光灯电路的组装及参数测量（6 6）日光灯被点亮后，电源灯管和镇流器构成回路。）日光灯被点亮后，电源灯管
8、和镇流器构成回路。 此时交流电不断通过镇流器的线圈，线圈产生自感电动此时交流电不断通过镇流器的线圈，线圈产生自感电动势去阻碍线圈中的电流变化。这时镇流器起降压限流的作用，势去阻碍线圈中的电流变化。这时镇流器起降压限流的作用，使灯管两端电压稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压使灯管两端电压稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器中氖气的电离电压，所以并联在灯管两端的启辉低于启辉器中氖气的电离电压，所以并联在灯管两端的启辉器也就不再起作用了。此时即使将启辉器从电路中拿走，也器也就不再起作用了。此时即使将启辉器从电路中拿走，也不会影响日光灯电路的正常工作。不会影响日光灯电路的正常工作。日光
9、灯电路的组装及参数测量3 3、电子镇流器的工作原理：、电子镇流器的工作原理： 电子镇流器是一种使用半导体电子元件构电子镇流器是一种使用半导体电子元件构成电路，将直流或低频交流电压转换成高频交成电路，将直流或低频交流电压转换成高频交流电压，驱动日光灯管工作的电子控制装置。流电压，驱动日光灯管工作的电子控制装置。 电感式镇流器是通过提高灯管两端电压来电感式镇流器是通过提高灯管两端电压来点亮日光灯，而电子式镇流器是通过提高交流点亮日光灯，而电子式镇流器是通过提高交流电压的频率来点亮日光灯。且电子式镇流器不电压的频率来点亮日光灯。且电子式镇流器不需要使用启辉器。需要使用启辉器。电子镇流器与电感镇流器的
10、区别：电子镇流器与电感镇流器的区别：日光灯电路的组装及参数测量4 4、功率因数：、功率因数： 功率因数是衡量功率因数是衡量电气设备电气设备效率高低的一效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的场转换的无功功率无功功率大，从而降低了电源的利大，从而降低了电源的利用率，增加了线路供电损失。用率，增加了线路供电损失。 使用电感式镇流器的日光灯电路中，由使用电感式镇流器的日光灯电路中，由于镇流器中线圈的电感值很高，因此电路的于镇流器中线圈的电感值很高，因此电路的功率因数很低（约为功率因数很低（约为0.60.6左右）。为了提高电左右）。为了提高电路的
11、功率因数，需要在电路中并联补偿电容。路的功率因数，需要在电路中并联补偿电容。 日光灯电路的组装及参数测量 而电子镇流器的电路中因为没有大电感，而电子镇流器的电路中因为没有大电感，所以日光灯电路的功率因数得到很大提高所以日光灯电路的功率因数得到很大提高（0.960.96左右）。因此现在的日光灯照明电路左右）。因此现在的日光灯照明电路使用的都是电子镇流器。使用的都是电子镇流器。电子镇流器内部电路电子镇流器内部电路日光灯电路的组装及参数测量四、实验电路及元器件：家庭日光灯电路家庭日光灯电路墙壁开关墙壁开关日光灯电路的组装及参数测量1、单相交流电源 实验台上电源为三相电，本实验电实验台上电源为三相电，
12、本实验电源为单相电，即取一根相线和零线。源为单相电，即取一根相线和零线。 火线（火线（L L）（任选一相）（任选一相） 零线（零线（N N）日光灯电路的组装及参数测量2、空气开关：闸刀闸刀出线端出线端 空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除要的一种电器，它集控制和多种保护功能于一身。除了能完成接触和分断电路外，还能对电路或电气设备了能完成接触和分断电路外，还能对电路或电气设备发生的短路、严重过载及欠压等情况进行保护，同时发生的短路、严重过载及欠压等情况进行保护，同时也可以用于不频繁地启动电动机。也可
13、以用于不频繁地启动电动机。进线端进线端 左侧接火线，左侧接火线，右侧接零线右侧接零线日光灯电路的组装及参数测量3、墙壁开关：即电源开关，控制日光灯电路的通断。正面正面背面背面进线端（二选一）进线端（二选一）出线端（出线端（comcom）注意：墙壁开注意：墙壁开关应串联在关应串联在火线上！火线上！日光灯电路的组装及参数测量4、功率表： 功率表又叫瓦特表，是一种测量电路中有功功率功率表又叫瓦特表，是一种测量电路中有功功率的仪表。的仪表。功率表外观功率表外观 名词解释：名词解释：有功功率有功功率 电能用于做功被消耗，它电能用于做功被消耗，它们转化为热能、光能、机械能们转化为热能、光能、机械能或化学能
14、等，称为有功功率；或化学能等，称为有功功率；又叫又叫平均功率平均功率。日光灯电路的组装及参数测量 功率表内部有电压和电流两组线圈，测量时功率表内部有电压和电流两组线圈，测量时电压线圈电压线圈应与电路并联、应与电路并联、电流线圈电流线圈应与电路串联。应与电路串联。连线时，应将连线时，应将U U* *和和I I* *两接线柱短接。两接线柱短接。 U U* *为电压线为电压线圈的公共端圈的公共端 I I* *为电流线为电流线圈的公共端圈的公共端 日光灯电路的组装及参数测量电压档位的选择：电压档位的选择： 电压线圈的一端为电压线圈的一端为U U* *，即公共端；另一，即公共端；另一端在后三个接线柱中选
15、择，即选择档位。端在后三个接线柱中选择，即选择档位。公共端公共端选择档位选择档位日光灯电路的组装及参数测量电流档位的选择：电流档位的选择： 电流线圈的两端固定在两个接线柱上，电流线圈的两端固定在两个接线柱上，即即I I* *和和I I。其档位的选择是通过改变插片其档位的选择是通过改变插片的连接方式来选择。的连接方式来选择。公共端公共端小档小档大档大档日光灯电路的组装及参数测量电流档位的选择：电流档位的选择：电流线圈的档位值标注在功率表的刻度盘上。电流线圈的档位值标注在功率表的刻度盘上。小档数值小档数值大档数值大档数值日光灯电路的组装及参数测量功率表的读数方法： 和万用表的直接读数不同的是：功率
16、表测量的有功功率和万用表的直接读数不同的是：功率表测量的有功功率是先读出相关的数据（是先读出相关的数据（“读数读数” ” ），再通过公式计算出来），再通过公式计算出来的。的。 的值也是直接标注在功的值也是直接标注在功率表的刻度盘上，如没有标注，率表的刻度盘上，如没有标注，则表示该表的功率因数等于则表示该表的功率因数等于1 1。 式中的式中的“U U档位档位”和和“I I档位档位”是测量时所选的电压线圈和是测量时所选的电压线圈和电流线圈的档位值；电流线圈的档位值；“满偏刻度满偏刻度”从刻度盘上直接读出；从刻度盘上直接读出；“ “ ”为功率表本身的功率因数。为功率表本身的功率因数。日光灯电路的组装
17、及参数测量示例：示例：代入公式计算可得：代入公式计算可得：从图中可知：从图中可知： U U档位档位为为300V300V I I档位档位为为2.5A2.5A满偏刻度为满偏刻度为150150读数为读数为2121 为为0.20.2日光灯电路的组装及参数测量五、实验内容：五、实验内容：1、按下图连接电路，经实验教师检查无误后通电测试。如日光灯不亮，先断开电源，再检查电路，排除故障后再通电测试。家庭日光灯电路家庭日光灯电路电感式镇流器电感式镇流器日光灯电路的组装及参数测量2、将交流电压表、交流电流表和功率表接入电路，测量电源输出电压U1和输出电流I1，以及电路消耗的有功功率P1。 测量电路测量电路1 1
18、日光灯电路的组装及参数测量3、按下图连接电路，经实验教师检查无误后通电，并测量该电路的电源输出电压U2和输出电流I2，以及电路消耗的有功功率P2。测量电路测量电路2 2日光灯电路的组装及参数测量六、实验报告要求：六、实验报告要求：1、画出实验中各电路图。2、分别计算两个电路中电源的输出功率（P电源=UI）和功率因数（ ）。3、对两个电路的功率因数进行比较并说明。七、心得与体会：七、心得与体会：日光灯电路的组装及参数测量实验注意事项：实验注意事项：1、电路连接好以后，必须经过实验教师检查正确才能通电测试，严禁自行通电。2、改接电路或检查电路时必须先断开电源，严禁带电操作。3、除直接连接点以外，电路中各个裸露的导线端严禁搭在一起，防止短路。4、通电后严禁接触导线裸露部分，防止发生触电事故。日光灯电路的组装及参数测量
