揭秘日光灯点亮原理：自感现象的巧妙运用

揭秘日光灯点亮原理：自感现象的巧妙运用

自感现象

什么是自感现象？

当线圈中的电流变化时，线圈本身就产生了感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中电流的变化。这种由于线圈本身电流发生变化而产生电磁感应的现象叫作自感现象，简称自感，此现象常表现为阻碍电流的变化。在自感现象中产生的感应电动势，叫作自感电动势。

什么是电感？

自感现象是一种特殊的电磁感应现象，它是由于线圈本身电流变化而引起的。

对于不同的线圈，在电流变化快慢相同的情况下，产生的自感电动势是不同的，电学中用自感系数来表示线圈的这种特征。自感系数简称自感或电感，用L表示。

自感现象有何利弊？

自感现象在各种电气设备和无线电技术中有广泛的应用。日光灯的镇流器就是利用线圈的自感现象工作的。

自感现象也有不利的一面。在自感系数很大而电流又很强的电路（如大型电动机的定子绕组）中，在切断电路的瞬间，由于电流在很短的时间内发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，使开关的闸刀和固定夹片之间的空气电离而变成导体，形成电弧，会烧坏开关，甚至危及人员安全。因此，切断这段电路时必须采用特制的安全开关。

日光灯电路的工作原理

日光灯电路由灯管、镇流器和启辉器三部分组成。

灯管是一根在内壁涂有荧光粉的玻璃管，两端各封装一个用钨丝绕成的灯丝（用以发射电子），管内抽成真空后再充入氩气和少量水银蒸气。由于激发水银蒸气导电所需的电压比220V的电源电压高得多，因此日光灯在开始点亮之前需要一个高出电源电压很多的瞬时电压。在日光灯正常发光时，灯管的电阻很小，只允许通过不大的电流，这时又要使加在灯管上的电压大大低于电源电压。这两方面的要求都是利用与灯管串联的镇流器来达到的。

镇流器是一个绕在用硅钢片叠成的铁芯上的电感线圈，主要有两种结构，如图2-12（a）、（b）所示。图2-12（a）只有一个主线圈N；图2-12（b）分主线圈N1和副线圈N2。主线圈的作用有两个：一是产生高压点燃灯管；二是在日光灯点燃后起限流作用。副线圈的匝数仅占主线圈匝数的5%左右，起改善启动性能的作用。

图2-12　两种镇流器示意图

启辉器如图2-13所示，是一只充有氖气的玻璃泡。泡内有一对触片，一个是不动的静触片，另一个是由热膨胀系数不同的双金属片制成的U形动触片。当触片间电压大于某一数值时，动静触片接通；否则断开，起自动开关作用。两个触片间并联一个小电容器，是为了消除两触片断开瞬间产生的电火花对附近无线电设备的干扰。

日光灯点燃过程：刚接通电源时，电压不足以使灯管放电，它通过镇流器和灯管两端的灯丝加到启辉器上，引起辉光放电，双金属片受热，由于内层金属线膨胀系数较大，使双金属片伸直，动静触片接触，形成如图2-14（a）所示的通路。其中镇流器副线圈3、4产生的磁通与主线圈1、2产生的磁通相反，增加了启动电流。电流使灯丝发热，产生热电子发射。同时，由于启辉器两触片已经接触，电压为零，放电结束，双金属片冷却恢复原状，使电路断开。电路中的电流突然中断，使镇流器两端感应出高压，它与电源电压一起加到灯管两管（约500V），使管内自由电子与水银蒸气碰撞电离，产生弧光放电，放电时发出的紫外线射到灯管内壁，激发荧光物质发光，日光灯被点燃了。

图2-13　启辉器示意图

日光灯点燃后的电路如图2-14（b）所示。这时灯管两端电压较低，约为50～100V，电源电压大部分降在镇流器上。因此，启辉器不能再发生辉光放电。也就是说，日光灯点燃后，启辉器始终断开，不起作用，同时镇流器副线圈也不起作用了。

图2-14　日光灯点燃过程图