日光燈一定是靠自感現象發光嗎

卞國華

摘 要：電感式鎮流器日光燈的發光過程必須依靠自感現象，而電子鎮流器卻是靠內部電子元件直接把高壓加在燈絲兩端，擊穿燈內的氣體，使得日光燈發光。目前，電感鎮流器由于它的功率因數低、耗能笨重、低電壓啟動性能差、頻閃等許多缺點，它的市場正慢慢地被電子鎮流器所取代。

關鍵詞：電感鎮流器；電子鎮流器；功率因數

在蘇教版物理選修3-2的第一章“電磁感應”的第五節“自感現象”中，教材上重點介紹了自感的應用——日光燈，其中啟輝器和鎮流器不可或缺。在課堂上，筆者運用演示教具——日光燈，展示其點燃過程的現象是：開關接通，啟輝器閃爍，日光燈管閃幾下后發光，很容易就能觀察到了鎮流器的自感現象。但細心的學生卻發現，教室里的日光燈既沒有啟輝器，打開時也沒看到日光燈閃幾下的過程。帶著這樣的疑問，筆者請教了學校的電工，才發現我們學校教室里使用的鎮流器并不是書本上介紹的電感鎮流器，而是電子鎮流器。本文將電感鎮流器與電子鎮流器作多方面的比較，從而讓學生學習物理知識的同時，激發他們運用物理知識解決和解釋生活和生產中的實際問題的興趣，培養他們勇于探究身邊物理學問題的能力。

一、兩者構造上的區別

電感鎮流器是一個帶鐵芯的線圈，其匝數很多且為閉合鐵芯，自感系數很大。電子鎮流器使用半導體電子元件，是一種將直流或低頻交流電壓轉換成高頻交流電壓，驅動低壓氣體放電燈、鹵鎢燈等光源工作的電子控制裝置。

二、兩種鎮流器使得日光燈發光原理的區別

（1）使用電感鎮流器的日光燈工作原理。如圖1是電感鎮流器日光燈的電路圖，日光燈啟動時，開關閉合，電源電壓加在啟輝器的兩極間，使啟輝器中的氖氣發出橙紅色的輝光，輝光產生的熱量使U形動觸片膨脹變形，跟靜觸片接觸從而把電路導通，于是鎮流器中的線圈和燈管中的燈絲就有電流通過。此時，燈管中的燈絲被預熱。電路接通后，啟動器兩端電壓降低，其中的氖氣不再發出輝光，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開。在電路突然斷開的瞬間，鎮流器中的電流急劇減小，由于自感現象產生一瞬時高壓，這個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，日光燈發光。

圖1 圖2

在實際生活中，有時由于燈管使用時間長，或者電源供電電壓不足，啟輝器動、靜觸片斷開的瞬間，電感鎮流器產生的自感電動勢及電源電壓疊加后并沒能擊穿燈管中的汞蒸氣，這樣燈管會不斷地閃爍，直到燈絲被充分預熱，發射較多電子，燈管兩端電壓足以擊穿燈管中的汞蒸氣，日光燈才會被點亮。所以，在日光燈正常發光前，我們常會看到日光燈的閃爍現象。

日光燈正常發光后的工作電壓需低于220V，這時由于電感線圈對交流電的阻礙作用，其實也就是自感現象，燈管兩端的電壓和燈管的電流受電感鎮流器的“限制”而保持在規定的正常范圍內，此時，并接在燈管兩端（燈管未正常點亮時為串連在兩端的燈絲回路）的啟動器由于電壓被鎮流器限制而不再“工作”，整個日光燈為正常的發光工作狀態。雖然日光燈正常工作后，不需要啟動器，但啟動的過程是不可缺少的。所以，電感鎮流器和啟輝器均是日光燈重要組成部分。

（2）使用電子鎮流器的日光燈工作原理。如圖2是電子鎮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。開關閉合，電子鎮流器先把220V的交流電經過橋式整流后變為直流電。然后由三極管振蕩電路（DC/AC變換器）再變為較高頻率的（一般在20Hz～100Hz之間）“近似方波的交流電”，再經過電路扼流圈（相當于電感鎮流器的線圈）和有關電路給燈管兩頭燈絲加電（類似燈絲的“預熱過程”），而同時，并接在燈絲電路的“諧振電容”和燈絲組成一個諧振電路，使燈管內氣體由于諧振電壓很高而被擊穿放電，燈管兩端直接導通（不經過燈絲回路）；此時，諧振電容由于燈管的直接導通而被“破壞”了諧振條件，所以不形成諧振而停止“工作”，此時燈管便正常點亮發光。對此，我們發現，電感式鎮流器日光燈的發光過程必須依靠自感現象，而電子鎮流器卻是靠內部電子元件直接把高壓加在燈絲兩端，擊穿燈內的氣體，使得日光燈發光。因為擊穿電壓很高，電鍵接通的瞬間就能讓日光燈發光，所以我們不會看到日光燈閃爍幾下才正常發光的現象。

三、電子鎮流器的優點

①節電省錢，比同規格電感鎮流器節電25%～30%。同等光照度下電子鎮流器輸入功率降低；自身功耗低，約為燈功率的5%（較電感鎮流器降低15%）；發光效率高， 產生熱能小；功率因數高（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，用符號cosΦ表示，在數值上，功率因數是有功功率和視在功率的比值，即cosΦ=P/S。其中視在功率指交流電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，省去更換時間和費用。②因為電子鎮流器輸出到燈管兩端的電壓頻率高，日光燈管無頻閃，發光柔和，有益于保護視力。③啟動快，預熱后一次點燃燈管，不出現反復起輝、閃爍現象。④采用調頻、脈寬調制、光接收等技術，容易實現對熒光燈調光和光控智能開關。⑤市電220V和直流電源供電，日光燈也能啟動，甚至低壓（150V）下也能啟動。⑥噪音低，提高了照明環境質量。高品質電子鎮流器噪音可達35db以下，人們感覺不到噪音。⑦體積小、重量輕，安裝使用方便。⑧在燈開路、短路、過載等異常狀態下，具有保護功能，延長鎮流器壽命。

通過前面的比較分析，我們知道：在日常生活中使用的日光燈并不全是靠自感現象才能啟動工作的。電感鎮流器由于結構簡單、壽命長，作為第一種熒光燈配合工作的鎮流器，它的市場占有率還比較大，但是，由于它的功率因數低、耗能笨重、低電壓啟動性能差、頻閃等許多缺點，它的市場正慢慢地被電子鎮流器所取代。

（江蘇省高郵中學）