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        電子鎮(zhèn)流器工作原理簡(jiǎn)介

        2014-10-21 13:16:22卞國(guó)華
        物理教師 2014年8期
        關(guān)鍵詞:日光燈自感鎮(zhèn)流器

        卞國(guó)華

        (江蘇省高郵中學(xué),江蘇 揚(yáng)州 225600)

        在蘇教版物理選修3-2的第1章“電磁感應(yīng)”的第5節(jié)“自感現(xiàn)象”中,教材上重點(diǎn)介紹了自感的應(yīng)用——日光燈,其中啟輝器和鎮(zhèn)流器不可或缺.在課堂上,筆者運(yùn)用演示教具——日光燈,展示其點(diǎn)燃過(guò)程的現(xiàn)象是:開(kāi)關(guān)接通,啟輝器閃爍,日光燈管閃幾下后發(fā)光,很容易就能觀察到了鎮(zhèn)流器的自感現(xiàn)象.但細(xì)心的學(xué)生卻發(fā)現(xiàn),教室里的日光燈既沒(méi)有啟輝器,打開(kāi)時(shí)也沒(méi)看到日光燈閃幾下的過(guò)程.帶著這樣的疑問(wèn),筆者請(qǐng)教了學(xué)校的電工,才發(fā)現(xiàn)學(xué)校教室里使用的鎮(zhèn)流器,并不是書(shū)本上介紹的電感鎮(zhèn)流器,而是電子鎮(zhèn)流器.本文將電感鎮(zhèn)流器與電子鎮(zhèn)流器做多方面的比較,從而讓學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí),激發(fā)他們運(yùn)用物理知識(shí)解決和解釋生活、生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題的興趣,培養(yǎng)他們勇于探究身邊物理學(xué)問(wèn)題的能力.

        1 兩者構(gòu)造上的區(qū)別

        電感鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶鐵芯的線圈,其匝數(shù)很多且為閉合鐵芯,自感系數(shù)很大.電子鎮(zhèn)流器使用半導(dǎo)體電子元件,是一種將直流或低頻交流電壓轉(zhuǎn)換成高頻交流電壓,驅(qū)動(dòng)低壓氣體放電燈、鹵鎢燈等光源工作的電子控制裝置.

        2 兩種鎮(zhèn)流器使得日光燈發(fā)光原理的區(qū)別

        2.1 使用電感鎮(zhèn)流器的日光燈工作原理

        圖1

        如圖1是電感鎮(zhèn)流器日光燈的電路圖.日光燈啟動(dòng)時(shí),開(kāi)關(guān)閉合,電源電壓加在啟輝器的兩極間,使啟輝器中的氖氣發(fā)出橙紅色的輝光,輝光產(chǎn)生的熱量使U型動(dòng)觸片膨脹變形,跟靜觸片接觸從而把電路導(dǎo)通,于是鎮(zhèn)流器中的線圈和燈管中的燈絲就有電流通過(guò).此時(shí),燈管中的燈絲被預(yù)熱.電路接通后,啟動(dòng)器兩端電壓降低,其中的氖氣不再發(fā)出輝光,U型動(dòng)觸片冷卻收縮,兩個(gè)觸片分離,電路自動(dòng)斷開(kāi).在電路突然斷開(kāi)的瞬間,鎮(zhèn)流器中的電流急劇減小,由于自感現(xiàn)象產(chǎn)生一瞬時(shí)高壓,這個(gè)高壓和電源電壓疊加后一并加在燈管兩端,擊穿燈管中的汞蒸氣,燈管中形成通路,日光燈發(fā)光.

        在實(shí)際生活中,有時(shí)由于燈管使用時(shí)間長(zhǎng),或者電源供電電壓不足,啟輝器動(dòng)、靜觸片斷開(kāi)的瞬間,電感鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與電源電壓疊加后并沒(méi)能擊穿燈管中的汞蒸氣.這樣燈管會(huì)不斷地閃爍,直到燈絲被充分預(yù)熱,發(fā)射較多電子,燈管兩端電壓足以擊穿燈管中的汞蒸氣,日光燈才會(huì)被點(diǎn)亮.所以在日光燈正常發(fā)光前,我們常會(huì)看到日光燈的閃爍現(xiàn)象.

        日光燈正常發(fā)光后的工作電壓需低于220V,這時(shí)由于電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用,其實(shí)也就是自感現(xiàn)象,燈管兩端的電壓和燈管的電流受電感鎮(zhèn)流器的“限制”而保持在規(guī)定的正常范圍內(nèi),此時(shí),并接在燈管兩端(燈管未正常點(diǎn)亮?xí)r為串聯(lián)在兩端的燈絲回路)的啟動(dòng)器由于電壓被鎮(zhèn)流器限制而不再“工作”,整個(gè)日光燈為正常的發(fā)光工作狀態(tài).雖然日光燈正常工作后,不需要啟動(dòng)器了,但啟動(dòng)的過(guò)程是不可缺少的.所以,電感鎮(zhèn)流器和啟輝器均是日光燈的重要組成部分.

        2.2 使用電子鎮(zhèn)流器的日光燈工作原理

        圖2

        如圖2是電子鎮(zhèn)流器日光燈的電路圖.電源提供的依舊是正常生活用電的電壓220V.開(kāi)關(guān)閉合,電子鎮(zhèn)流器先把220V的交變電流經(jīng)過(guò)橋式整流后變?yōu)橹绷麟?然后由三極管振蕩電路(DC/AC變換器)再變?yōu)檩^高頻率的(一般在20~100Hz之間)“近似方波的交變電流”,再經(jīng)過(guò)電路扼流圈(相當(dāng)于電感鎮(zhèn)流器的線圈)和有關(guān)電路給燈管兩頭燈絲加電(類似燈絲的“預(yù)熱過(guò)程”),而同時(shí),并接在燈絲電路的“諧振電容”和燈絲組成一個(gè)諧振電路,使燈管內(nèi)氣體由于諧振電壓很高而被擊穿放電,燈管兩端直接導(dǎo)通(不經(jīng)過(guò)燈絲回路);此時(shí),諧振電容由于燈管的直接導(dǎo)通而被“破壞”了諧振條件,所以不形成諧振而停止“工作”,此時(shí)燈管便正常點(diǎn)亮發(fā)光.

        對(duì)此,我們發(fā)現(xiàn),電感式鎮(zhèn)流器日光燈的發(fā)光過(guò)程必須依靠自感現(xiàn)象,而電子鎮(zhèn)流器卻是靠?jī)?nèi)部電子元件直接把高壓加在燈絲兩端,擊穿燈內(nèi)的氣體,使得日光燈發(fā)光.因?yàn)閾舸╇妷汉芨?,開(kāi)關(guān)接通的瞬間就能讓日光燈發(fā)光,所以我們不會(huì)看到日光燈閃爍幾下才正常發(fā)光的現(xiàn)象.

        3 電子鎮(zhèn)流器的優(yōu)點(diǎn)

        (1)節(jié)電省錢(qián).比同規(guī)格電感鎮(zhèn)流器節(jié)電25~30%.同等光照度下電子鎮(zhèn)流器輸入功率降低;自身功耗低,約為燈功率的5%(較電感鎮(zhèn)流器降低15%);發(fā)光效率高,產(chǎn)生熱能?。还β室驍?shù)高(在交流電路中,電壓與電流之間的相位差Φ的余弦叫做功率因數(shù),用符號(hào)cosΦ表示,在數(shù)值上,功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值,即cosΦ=.其中視在功率指交變電流電壓和電流的有效值的乘積),輸入電流減少,電力配線安裝要求及成本降低;不需要啟輝器,省去更換時(shí)間和費(fèi)用.

        (2)因?yàn)殡娮渔?zhèn)流器輸出到燈管兩端的電壓頻率高,日光燈管無(wú)頻閃,發(fā)光柔和,有益于保護(hù)視力.

        (3)啟動(dòng)快,預(yù)熱后一次點(diǎn)燃燈管,不出現(xiàn)反復(fù)起輝、閃爍現(xiàn)象.

        (4)采用調(diào)頻、脈寬調(diào)制、光接收等技術(shù),容易實(shí)現(xiàn)對(duì)熒光燈調(diào)光和光控智能開(kāi)關(guān).

        (5)市電220V和直流電源供電,日光燈也能啟動(dòng),甚至低壓(150V)下也能啟動(dòng).

        (6)噪音低,提高了照明環(huán)境質(zhì)量.高品質(zhì)電子鎮(zhèn)流器噪音可達(dá)35dB以下,人們感覺(jué)不到噪音.

        (7)體積小、重量輕,安裝使用方便.

        (8)在燈開(kāi)路、短路、過(guò)載等異常狀態(tài)下,具有保護(hù)功能,延長(zhǎng)鎮(zhèn)流器壽命.

        通過(guò)前面的比較分析,可知在日常生活中使用的日光燈并不全是靠自感現(xiàn)象才能啟動(dòng)工作的.電感鎮(zhèn)流器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,壽命長(zhǎng),作為第一種熒光燈配合工作的鎮(zhèn)流器,它的市場(chǎng)占有率還比較大,但是,由于它的功率因數(shù)低,耗能笨重,低電壓?jiǎn)?dòng)性能差,頻閃等許多缺點(diǎn),它的市場(chǎng)正慢慢地被電子鎮(zhèn)流器所取代.

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