日光灯电路分体式设计分析

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通过对日光灯电路及功率因数的提高的实验现状的分析，针对目前电工电子实验教学存在的问题与不足，提出实验设备改革的重要意义，并结合所在学校实验室的建设，设计出一种能满足目前教学要求的日光灯电路分体式实验箱。日光灯电路及功率因数提高研究的实验是“电工学实验”里的一个综合实验，在强电知识学习中起着举足轻重的作用，通过该实验，学生可以加深对感性负载功率因数校正理论的理解，学习日常生活中极为常见的日光灯的工作原理，学会对日光灯电路的故障处理，运用三表法测量交流电路的参数（报,2015(5)）。

目前，国内各类学校电工实验台大多都是通用实验装置，功能不全，灵活性差，实验开出率低。且加工工艺粗糙，实验元器件固化，并且繁多难购置，无原理图可依，实验技术人员维护和维修困难，严重依赖于厂家后期维修。我校公里因数提高的实验集中在电工实验室的通用实验台上完成，每年承担约1000学时的实验教学任务，使用率高，损耗大，现有实验台老化破旧现象严重，完好率差，并且后期维修一直处于空白状态，严重影响了实验教学质量和学生动手实践的积极性。且该实验台实验元器件固化，无原理图可依，实验技术人员维护和维修困难。因此，亟待设计、研发和制作出日光灯电路分体式实验箱，从而提高实验教学质量，避免多次实验故障，更好的调动学生的积极性。

1日光灯电路工作原理

日光灯电路由日光灯管、镇流器、启辉器三部分组成。当日光灯电路与电源接通后，电源电压通过镇流器施加在启辉器两端。致使启辉器内两个电极辉光放电，辉光放电终止后，双金属片因温度下降而恢复原状，两电极脱离。此时回路中的电流突然切断而为零，在镇流器两端产生一个很高的感应电压，使管内惰性气体分子电离而产生弧光放电，管内温度逐渐升高，水银蒸汽游离，并猛烈地撞击惰性气体分子而放电。同时辐射出不可见的紫外线，而紫外线激发灯管壁的荧光物质发出可见光，日光灯管起燃。此时启辉器因两端压降较低，不再工作（胡淑均,周天庆,等.电工与电子技术基础实验教程[M].北京:中国水利水电出版社,2016:43）。日光灯正常工作时，镇流器和灯管构成了电流的通路，由于镇流器与灯管串联并且感抗很大，因此电源电压大部分降落在镇流器上，可以限制和稳定电路的工作电流，即镇流器在日光灯正常工作时起限流作用。

2提高功率因数的意义与方法

实际中的用电设备大多是感性负载，其等效电路可用R、L串联电路来表示。电路消耗的有功功率P=UIcosφ，当电源电压U一定时，输送的有功功率P就一定。若功率因数低，则电源供给负载的电流就大，从而使输电线路上的线损增大，影响供电质量，同时还要多占电源容量，因此，提高功率因数有着非常重要的意义。提高感性负载功率因数常用的方法是在电路的输入端并联电容器。这是利用电容中超前电压的无功电流去补偿RL支路中滞后电压的无功电流，从而减小总电流的无功分量，提高功率因数，实现减小电路总的无功功率。而对于RL支路的电流、功率因数、有功功率并不发生变化。

3实验内容及步骤

（1）连接实验电路，注意调压器手柄打在零位，电容器断开，经查无误后调节调压器，使日光灯支路端电压从0增大至220V。日光灯点燃后，测量电路电流I、有功功率P、灯管电压UR及镇流器电压UL。计算PR及负载端的cosφ。（2）保持电源电压220V不变，依次并联电容，增加电容的值，观察和测量不同电容值时的UL、UR、I及P。

4实验箱设计

针对日光灯实验的具体要求，广泛征求实验指导教师的意见和建议，与设备制造厂家沟通和交流，设计、研发和制作出日光灯电路分体式实验箱，如图1所示，该装置具有以下几点改善：（1）箱体与箱盖结合采用较科学的压卡式结构，维修、更换元件拆装方便，使得设备维修不再单纯依赖厂家后期维修；（2）整体大小、高度合理，便于实验室更好布局；（3）连线接点接触可靠，信号源和交直流仪表均有较大改进，保护体系更加完善。此模块能够在原有实验台上进行，在大大提高教学质量的同时，也并不影响原有模块的正常使用。能够满足全校非电类理工科专业和电类专业学生密集完成日光灯电路及功率因数提高研究的实验，将更好的提高实验教学质量，避免多次实验故障，更好的调动学生的积极性。

作者:张玉姣 吴倩倩 单位:武汉轻工大学