电感镇流器的工作原理

fdsadfdsid · 发表于 2021-6-23 21:01:12

1. 电路组成

电感镇流器荧光灯系统主要由灯管、镇流器、起动器三个主要部件组成，整个电路结构简单、成本较低，使用也比较方便。

1.1荧光灯

荧光灯又叫日光灯，主体机构是一个内壁涂有一层荧光粉材料的玻璃管，管内被抽成真空且充有少量惰性气体，同时还注入微量的液态水银。玻璃管两端各有一个用钨丝制成的电极，上面涂有一层加热后能发射电子的阴极材料。荧光灯的基本原理就是电流激发低压汞蒸汽电离并使它们发出紫外线，紫外线又激发荧光粉发出可见光。

1.2启动器

启动器又叫启辉器，由一个氖灯和一个纸质电容器并联构成，氖灯是一个充有氖气的小玻璃泡，由一个U形双金属动触片和一个静触片构成两个电极。双金属片是由两种膨胀系数不同的金属层迭组成。当氖灯两端加上电压时，氖气电离产生辉光放电，双金属片受热发生弯曲，接通两个电极。辉光放电停止后，双金属片冷却，动触片形状复原，两个触点重新分开。

1.3镇流器

镇流器是为了克服荧光灯的负阻特性而加入的配套装置，电感镇流器又叫限流器、扼流圈，是一个由漆包铜线和矽钢片组成的铁芯式电感线圈，具有很大的自感系数。电感镇流器的作用有两个：一是在荧光灯启动时它产生一个很高的感应电压，与电源电压迭加后使灯管点燃；二是在荧光灯工作时限制通过灯管的电流，避免电流过大而烧毁灯丝。

2.工作原理

传统的荧光灯照明电路如图所示，当接通电源后，由于荧光灯呈高阻状态，电源经镇流器和灯丝加到启辉器两端，氖泡内的氖气电离，产生辉光放电，放电的热量使双金属片受热变形而接通触点，电路中开始有电流对荧光灯的两个阴极加热，发射出大量电子，灯管内汞蒸气增加，完成对日光灯管灯丝的预热。

同时，由于氖气泡内两电极闭合，辉光放电停止，管内温度降低，双金属片冷却，1-3秒后双金属片自动复位断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然中断，在镇流器两端将产生一个很高的持续时间约1ms的感应电压（V=L*di/dt），根据灯的类型不同，这个电压在大概在600V-1500V范围，这个感应电压与电源电压迭加后加在日光灯管两端。在这个高电压作用下，灯丝预热时发射出来的大量电子高速碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使管内水银产生蒸汽，随后水银蒸汽也被电离并引起弧光放电，发出波长λ=253.7nm的紫外线，灯管内壁的荧光粉在紫外线的激发下，辐射出强烈的可见光，日光灯管进入正常工作状态。

灯管点燃以后，电路中的电流将在镇流器上生较大的电压降，灯管两端的电压迅速下降，从而使得和灯管并联的启辉器因端电压过低而停止工作。这时的镇流器主要起限制灯电流的作用，同时使灯电流与电源电压之间产生55°- 65°的相位差，维持灯的二次启动，使灯能更稳定的工作。若启辉器没有一次将灯管启动成功，则以上过程会重复进行，直到灯管启动为止。

与氖灯并联有一个几千皮法的纸介电容器，它能消除触点分离时产生的火花，以免烧坏触点。同时还能减轻对附近无线电设备的高频干扰。

3.电感镇流器的缺点

电感镇流器是根据电源电压、灯电压和灯电流的不同来设计的，主要保证灯的电参数，还要结合考虑损耗、温升等其它参数。电感镇流包括由铁磁材料制成的铁芯、漆包线制成的线圈和绝缘材料几部分组成，结构简单，加工工艺与普通变压器类似。在实际应用中，电感镇流器性能稳定可靠，寿命较长，它的市场占有率还比较大。但也存在很多缺点：

镇流电感的存在使灯电流滞后供电电压相位，电路呈感性，线路功率因子较低，一般在0.5左右。
启动电流较大，通常灯的启动电流是灯额定工作电流的1.5倍以上。
镇流效果不太稳定，供电电压变化会导致灯电流变化，对电源电压的变化比较敏感。
启动效果欠佳，启辉器需要多次跳动后才能点亮灯管，在低电压条件下更难启动。
体大笨重，有工频噪音。
消耗大量的有色金属。
有频闪现象，对视力有一定影响。
功耗较高，配套36W灯管使用的镇流器，自身发热损耗高达10W左右。

4.镇流器的发展趋势

镇流器是气体放电光源电路中重要的附加装置，传统的电感镇流器由于存在各种不足，而电子镇流器包含了电源变压、预热、功率因子校正、抵抗无线电干扰等功能，并且可以和电感镇流器互换，在荧光灯和其它小功率的气体放电光源中，电感镇流器的市场正慢慢地被所取代，电子镇流器正越来越广泛的应用于家庭、办公楼、工厂等场合。

在大功率的气体放电光源中，由于LC镇流器节能、启动快、可靠性高等优点非常突出，所以电子镇流器的应用仍然较少，LC镇流器还有很大的发展潜力。

5. 电路改进

5.1低电压低温启辉器

普通的双金属片启辉器，虽然结构简单、价格低廉，但在启动时要多次闪烁，点火时间太长，造成灯丝材料严重溅射。另外，在市电偏低或环境温度偏低时，起辉效果更是欠佳。在实践中，对起辉电路进行适当改进，增加少量元器件，即可获得满意的启动效果。

左图中，在启辉器上串入一只二极管，使电路变为直流启动、交流运行结构。这种方式可以保证市电在180V甚至更低时仍能顺利启动，是一种结构简单、低成本的改进方法。

在左图中，增加两只高压电容器与启辉器连接，可以使灯管在启动时获得更高的电压，能稳定灯管的工作状态。

5.2有预热功能的电感镇流器

在电路中，增加了一只工频变压器，次级输出的两组低电压给灯丝提供预热，能减少灯丝材料的溅射，实现一次启动的目的。

5.3 电感镇流器的功率因数校正

有时会在电源线的输入端并接一只电容器，这是用来提高功率因子的，对日光灯的启动并没有作用。