日光灯常见问题的解释

日光灯常见问题的解释

在“日光灯原理”的教学中，学生经常问到一些有关日光灯的实际问题，笔者在此列举几个并进行解释。先简介发光原理:启辉器断开时产生瞬时高压，在瞬时高压作用和灯丝发射电子的撞击下，使灯管内的惰性气体电离引起弧光放电，随着管内温度升高，使水银气化，灯丝发射的电子撞击水银原子使之被激发，处于激发态的水银原子跃迁辐射紫外线，紫外线激发灯管内壁的荧光粉放出可见光。日光灯发光的全过程可以分为启动和工作两种状态:从灯丝预热到灯管两极间引起惰性气体弧光放电，进而使水银气化的过程称为启动状态，此时，流过灯管的电流为预热电流，习惯上称为启动电流;水银气化产生的汞原子受电子碰撞激发而发射紫外线，紫外线又激发荧光粉辐射可见光的过程称为工作状态，此时流过灯管的电流为工作电流，灯管在工作状态时两极间的电压称为灯管的工作电压。

1.为什么日光灯冬天难启动

日光灯工作最适宜的环境温度在18～25℃之间，温度过高或过低都会造成启动困难。当温度很低时，灯管内水银蒸气压强低，蒸气中水银原子很少，使水银气化的温度较高，所以需要较高的电压才能使灯管放电点燃。冬天，由于日光灯的环境温度较低，启动就困难。如果环境温度太高，灯管内的水银蒸气压强太大，管内游离的电子、离子等碰撞加剧，能量损失较多，水银原子难以达到较高能态，使得日光灯比较难启动。因此在使用日光灯时应注意环境温度，最适宜的环境温度是18～25℃。所以，荧光灯主要在室内照明使用，如若在室外使用就要在灯具和电路上采取相应的措施。

2.日光灯的光色为什么发青

日光灯发光的波长为310～750nm，缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。

3.为什么启辉器工作有电压范围

启辉器氖泡的辉光放电电压一般在140V以上，电压越高越容易发生辉光放电。表1是日光灯启辉器的技术参数。

灯管的启动需要灯丝经过一定时间的预热，电源电压越高，加在启辉器上的电压越高，辉光放电越强，产生的热量越多，氖泡中动、静触极接触越快，就会造成灯丝的预热时间不够，从而不能使灯管正常启动，所以启辉器所加的电压不能太高;加在启辉器上的电压太小不能使之启辉。

表1　日光灯启辉器的技术参数

4.没有启辉器，可以手拿钥匙、铁丝等裸露的金属物体启辉日光灯，这样安全吗

由于镇流器是电感性的，所以灯管启动时灯丝上的电压与镇流器上的电压之和不等于220V。日光灯电路在启动状态时，电源电压大部分降落在镇流器两端，其值约为215V，还有一小部分降落在灯丝上，其值约为24V。用裸露金属取代启辉器时，其作用相当于一导线，两端的电压将远小于24V。由于在干燥的条件下，50Hz的交流电安全电压为36V，潮湿的条件下，绝对安全电压小于12V，所以，一般情况下，手持裸露金属启动日光灯是安全的，但潮湿时有危险。所以，最好不用手持裸露金属的方法启动日光灯。

5.日光灯的功率等于UI吗

表2为日光灯的技术参数，查表可知:220V40W日光灯的工作电流为0.43A，其乘积为94.6V·A，但实际消耗的功率为48W(包括镇流器损耗8W在内)。这是为什么?

表2　日光灯的技术参数

因为镇流器是一个高感抗元件，所以整个电路中的功率不等于UI，而是等于UIcosφ，其中φ表示电源电压与灯的工作电流之间的相位差，cosφ表示整个电路的功率因数，其大小一般为0.5～0.6。220V40W日光灯的功率因数为0.51，所以其功率P= UIcosφ=220×0.43×0.51W=48W。

分析其他数据会发现也存在同样的情况。例如，日光灯管的工作电压和镇流器的工作电压之和大于电源电压，其中220V40 W灯管的工作电压103V，镇流器的工作电压165V，二者之和为268V，远大于电源电压220V;220V20W灯管的工作电压81V，镇流器的工作电压180V，二者之和为261V，也远大于电源电压220V。这种情况也是由于电路的电感性造成的。再如:由于灯管本身不是纯电阻负载，而是一个低感抗性电阻负载，灯管的工作电压与工作电流的乘积大于其实际消耗的功率，其中220V40W灯管的工作电压103V，工作电流0.43A，其乘积为44.3V·A，大于其功率40W;220V20W灯管的工作电压81V，工作电流0.37A，其乘积为30V·A，也大于其功率20W。

6.日光灯电极有正负之分吗

日光灯两端各封接一个电极，放电时负电极(阴极)发射电子和接受正离子;正电极(阳极)接受电子。用在交流电路中的日光灯，每端电极交替作为负电极和正电极，因此两电极结构相同，均由涂覆电子发射物质的钨螺旋丝和阳极罩构成。

7.日光灯管中为什么要充氩气

充入汞和少量氩气，通电后汞蒸发，汞蒸气是荧光灯内的导电物质，用以产生紫外线，惰性气体帮助启动，并且减缓电极上电子发射物质的蒸发和溅散，延长荧光灯寿命。

8.启辉器为什么不会再次启动

启辉器断路时，镇流器产生持续时间约1ms的500～600V的感应电动势，加上电源电压共700～800V，这个脉冲电压，加在了灯管的两端，同时也加在启辉器的两电极之间，但启辉器为什么没有再次启动?

启辉器两电极断开时在电路中产生很高的电压，尽管这个电压加在启辉器两电极之间，但由于时间太短，氖泡的U型动触片来不及发热膨胀，所以动、静电极不会重新接触。

9.启辉器中的电容有什么作用

启辉器中的电容起旁路电容的作用，容量为0.005～0.01μF，最佳值为0.005μF。作用有三:①减轻对附近无线电接受设备的干扰;②延长灯丝预热时间;③日光灯的一个开关动作，就有二十多个脉冲电压产生，电压高达上千伏，旁路电容过滤掉太高的脉冲电压，从而延长灯丝及双金属片的寿命。有的资料上讲其作用是提高功率因数，这种提法是不合适的，日光灯电路提高功率因数的电容容量较大。例如220V40W的日光灯，其功率因数约为0.51，如果在电路中跨接电容器，使功率因数达到1，则选配的电容约为5μF，0.005μF的旁路电容对功率因数几乎没有影响。

10.日光灯为什么不能频繁开关

日光灯每启动一次，两阴极就要受到一次脉冲高电压冲击，这种冲击加剧了灯丝上电子发射物质的消耗，从而缩短灯管的使用寿命，每开关一次，相当于连续点燃2小时。有的人误认为每开关一次相当于连续点燃2个小时消耗的电能，日光灯启动时尽管产生瞬时高压，但时间很短，几乎不多消耗电能。

11.日光灯不通电也会亮

日光灯不通电，用手摩擦尼龙皮，然后在灯管前挥舞，会看到灯管内有短暂的微光;通电但不安装启辉器，重复上述做法，会看到灯管发光，但较正常发光暗。这是为什么?

用手摩擦尼龙皮会使之带静电高压，使灯管内的稀薄电子加速运动，撞击水银原子使之辐射紫外线激发荧光粉发光，由于电子很少，所以发光微弱。

通电但没有启辉器时，由于灯丝没有预热，所以灯丝发射电子能力差，灯管内主要靠静电高压使惰性气体电离而导电，所以灯管中的电流较小，发光效率较低，灯管较暗。