日光灯电路的非线性分析
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霉耄；想～≯叁—＆ 日光灯电路的非线性分析
崔涛
（吉林省磐石市房产管理处，吉林磐石
１
３００３２）
日光灯电路的本质，其实就是非线性电路。很多实验指导书中都 将日光灯电路与功率因数提高的实验内容相结合，讲解时都把它当作线
性电路来对待。本文通过对目光灯非线性线路的分析，对日光灯电路的
用表的欧姆档直接测量镇流器的两端，发现其电阻值约为８２．５欧姆ｉ 也可以用伏安法测量镇流器两端的电压和流过的电流，即使电源电压是 正弦量，电路中也产生非正弦周期信号，负载上的响应将不按正弦规律 变化，只有正弦周期量才能用向量表示，所以，镇流器电压的平方加上
灯管电压为的平方不等于电源电压的平方，便容易理解了而电源电压的
非线性特点作出阐释。
１日光灯线路分析
日光灯电路其实是由：发光器日光灯管，日光灯镇流器，日光灯 启辉器，导线构成。如果分别用相同的４套日光灯线路进行比较性实 验，再分别记录镇流器、日光灯管、电源两端的电压有效值和日光灯电 路有效电流值，针对电路实验中收集的数据，进行对比分析。假设以及
作出分析：
由于现今社会快速发展，家用电器的种类也大幅度上涨，家中用 电设备多了以后，势必会对家中用电线路造成过大的荷载，再加上设备 的变压器的电压有多较高电压。因此在电器使用线路上面要选择高电压 电网容量大，承受非线性负载能力强，装设谐波装置以此来—直谐波，
如采用有源电力滤波器。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，
是，相关测量数据代＾上述公式巾会发现明显不等，而且相差很大（约 １４Ｖ），所以，很显然理论教学中的分析和实验教学巾测量的数据相差 很大。如果没有上述中的两个假定，镇流器电压的平方加上灯管电压为
的平方等于电源电压的平方的关系不再成立。所以，日光灯电路中肯定
存在非线性成分。
我们得出：四组实验符合基尔瞿夫电压定律，镇流器不是纯电感 性元件，镇流器中存在电阻，此电阻称为等效性内阻。这也就是日光灯 是非线性电路的问题所在。
从而使电网电积含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值均产生变化
刚氏影响。
４结语
于高次谐波无补偿作用。因此，日光灯电路的功率补偿只能是欠补偿或 是过补偿，却永远无法达到全补偿而且，由于电流基波得到了补偿，就
使电路中高次谐波成份的比例增大，势必导致流过日光灯灯管的电流波
日光灯电路元件构成特殊，工作原理较复杂，电路的非线性特征 也是由本身的元件所决定的，在实际情况中要注意把问题区别开来对 待，注意日光灯电路的非线性目｝．｜生，理论和实际相结合，相互促进，对 日光灯电路非线性由更深刻的理解。 嫱瞒零蛩毡醚ｌｊ｜１ｌ？≮｜ｉ｜薯蠹。｜誊ｊ｜｜
公式如下： 日光灯电路中，设电源电压为Ｕ：镇流器电压为ＵＩ。灯管电压为
实际量和计算量之间的差值也从一定程度上反映了日光灯电路的非线性 特征。 ３日光灯电路非线性研究
日光灯管为非线性器件，导致目光灯管端电压为非正弦波周期量，
所以不能用相量分析法分析日光灯电路，即日光灯电路不能用相置法验 证基尔瞿夫电压定律。理论上，日光灯电路通过并联可调电容后，电容 支路电流与日光灯电路电流的向量懂湘加后产生的总电流与电源电压之 间的夹角逐渐减，Ｊ、至零，再逐渐变大（夹角从零逐渐增大的过程也是电 容过补偿的过程）。总电流的变化趋势和夹角—样先减小后增大，这也 反映了功率因数的变化过程：先变大至最大值１，然后逐瀚或，】、。从能 量的角度看，电感线圈（镇流器）储存能时，电容正好在释放能量；电 感线圈在释放能量时，电容又在储存能量，这两者正好互补。在供电系 统中，由于非线性负载，如电力机车、日光灯、气体放电灯、变频空 调、可控硅、微波炉等的接入，当正弦波电压施加在非线性电路上时， 电流就变为菲正弦波，菲正弦电流在电网阳抗Ｅ产生压降，会使电压波 形也变为非正弦波。 由于日光灯电路的非线性负载，会影响各独电气设备的正常工作。 谐波对电动｛九会引起附加损耗，产生机械振动、噪声程过呶匿，使变压 器局部严重过热，会使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化，寿命大大
２日光灯电路的功率补壁啪非线性持征
对于线性感性电路来说，从理论上讲，可以通过选择并联适当的 电容器，使功率因素提高到电源电压与电流之间夹角的余弦值等于１ 时，但对于日光灯电路无论选择并联怎样的电容器，也不论经过怎样 的纽调，都不能使电源电压与电流之间夹角的余弦等于１，这也是由目 光灯电路的非线性所决定的目光灯电路是一个感性电路，功率因素较 低，并联电容器可以提高电路的功率因素，但目光灯电路不是线性电 路，在示波器下观察目光灯管两端电压的波形，是一个接近方波的非 正弦周期波，根据谐波分析理论，它可以分解为５０赫兹的基波和３
３０丽再丽
元件。通常把镇流器当作一个电阻和纯电感的串联，用ＭＦ４７—６型万
函蔫他撼剖磷承凌滚遵沩蹴的声生＼绝害及｝啦制．地方电为鸯理鎏ｂ＠．ｊ蛰 协商徽，农慕泪光灯毫路非线性泠析发庆石油学院学蟋∞ｏ黔≯？蘩：鬻ｌ 【３】秣华商垂婿．目澎ｌ｛Ｉ＿¨电嘲酾｝缫眭研究承接管息弹米版）＇２嘛曩０ ｊ。『。警
形畸变程度加大。由此我们可以看出日光灯灯管组成材料较多，工作原
理较复杂，同时，通过波形的观测证明了它不是线性电阻元件。
在日光灯电路中灯管和镇流器为非线性元件，镇流器主要由铁心 和电感线圈组成，其主要作用是限制灯管的电流和产生脉冲电动势。镇
流器内含有内阻，同时，通过其波形的观测可以发现它也不是线性电感
次、５次、７次等高次谐波。
缩短。日光灯非线性电路还会造成诣陂使公用电网中的元●铲生附加谐
波按耗，降低了发电、输电及用电设备的使用效率。大量的奇次谐波电 流流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。 面对这样的情况如何采用科学有效的方法，最大限度的减少日光 灯电路中非线性产生的弊端昵？根据笔者查阅相关资料，针对以上情况
日光灯电路的功率补壁啪非线性持征对于线性感性电路来说从理论上讲可以通过选择并联适当的电容器使功率因素提高到电源电压与电流之间夹角的余弦值等于时但对于日光灯电路无论选择并联怎样的电容器也不论经过怎样的纽调都不能使电源电压与电流之间夹角的余弦等于这也是由目光灯电路的非线性所决定的目光灯电路是一个感性电路功率因素较低并联电容器可以提高电路的功率因素但目光灯电路不是线性电路在示波器下观察目光灯管两端电压的波形是一个接近方波的非正弦周期波根据谐波分析理论它可以分解为赫兹的基波和可见流过日光灯管的电流除赫兹的基波外还含有一些高次谐波它不是正弦波其波形如图呈现不规则波形状
Ｕａ，剖门之间不满足数值直接相加的关系，这很容易理解，因为镇流
器为感性元件，在向量图中镇流器电压与电源电压以及灯管电压的相位
不同。但是，如果把镇流器假定等同于—个纯电感元件，灯制臣症等同
于一个线性电阻，它们之间满足ＵＩ＋Ｕａ．＝Ｕ，通过向量图也可以表达 成：镇流器电压的平方加上灯管电压为的平方等于电源电压的平方，但
可见，流过日光灯管的电流，除５０赫兹的基波外，还含有一些高 次谐波，它不是正弦波，其波形如图呈现不规则波形状。在日光灯电路 中，电容器并联在电源两侧，设电容器是线性元件，电容支路流过的电
流是５０赫兹的正弦波，它只能对日光灯 Nhomakorabea路中的基波予以补偿，而对
由补偿装置，产生～个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，
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万方数据
日光灯电路的非线性分析
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 崔涛 吉林省磐石市房产管理处,吉林,磐石,130032 科技风 TECHNOLOGY WIND 2011(10)
本文链接：/Periodical_kjf201110022.aspx
崔涛
（吉林省磐石市房产管理处，吉林磐石
１
３００３２）
日光灯电路的本质，其实就是非线性电路。很多实验指导书中都 将日光灯电路与功率因数提高的实验内容相结合，讲解时都把它当作线
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用表的欧姆档直接测量镇流器的两端，发现其电阻值约为８２．５欧姆ｉ 也可以用伏安法测量镇流器两端的电压和流过的电流，即使电源电压是 正弦量，电路中也产生非正弦周期信号，负载上的响应将不按正弦规律 变化，只有正弦周期量才能用向量表示，所以，镇流器电压的平方加上
灯管电压为的平方不等于电源电压的平方，便容易理解了而电源电压的
非线性特点作出阐释。
１日光灯线路分析
日光灯电路其实是由：发光器日光灯管，日光灯镇流器，日光灯 启辉器，导线构成。如果分别用相同的４套日光灯线路进行比较性实 验，再分别记录镇流器、日光灯管、电源两端的电压有效值和日光灯电 路有效电流值，针对电路实验中收集的数据，进行对比分析。假设以及
作出分析：
由于现今社会快速发展，家用电器的种类也大幅度上涨，家中用 电设备多了以后，势必会对家中用电线路造成过大的荷载，再加上设备 的变压器的电压有多较高电压。因此在电器使用线路上面要选择高电压 电网容量大，承受非线性负载能力强，装设谐波装置以此来—直谐波，
如采用有源电力滤波器。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，
是，相关测量数据代＾上述公式巾会发现明显不等，而且相差很大（约 １４Ｖ），所以，很显然理论教学中的分析和实验教学巾测量的数据相差 很大。如果没有上述中的两个假定，镇流器电压的平方加上灯管电压为
的平方等于电源电压的平方的关系不再成立。所以，日光灯电路中肯定
存在非线性成分。
我们得出：四组实验符合基尔瞿夫电压定律，镇流器不是纯电感 性元件，镇流器中存在电阻，此电阻称为等效性内阻。这也就是日光灯 是非线性电路的问题所在。
从而使电网电积含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值均产生变化
刚氏影响。
４结语
于高次谐波无补偿作用。因此，日光灯电路的功率补偿只能是欠补偿或 是过补偿，却永远无法达到全补偿而且，由于电流基波得到了补偿，就
使电路中高次谐波成份的比例增大，势必导致流过日光灯灯管的电流波
日光灯电路元件构成特殊，工作原理较复杂，电路的非线性特征 也是由本身的元件所决定的，在实际情况中要注意把问题区别开来对 待，注意日光灯电路的非线性目｝．｜生，理论和实际相结合，相互促进，对 日光灯电路非线性由更深刻的理解。 嫱瞒零蛩毡醚ｌｊ｜１ｌ？≮｜ｉ｜薯蠹。｜誊ｊ｜｜
公式如下： 日光灯电路中，设电源电压为Ｕ：镇流器电压为ＵＩ。灯管电压为
实际量和计算量之间的差值也从一定程度上反映了日光灯电路的非线性 特征。 ３日光灯电路非线性研究
日光灯管为非线性器件，导致目光灯管端电压为非正弦波周期量，
所以不能用相量分析法分析日光灯电路，即日光灯电路不能用相置法验 证基尔瞿夫电压定律。理论上，日光灯电路通过并联可调电容后，电容 支路电流与日光灯电路电流的向量懂湘加后产生的总电流与电源电压之 间的夹角逐渐减，Ｊ、至零，再逐渐变大（夹角从零逐渐增大的过程也是电 容过补偿的过程）。总电流的变化趋势和夹角—样先减小后增大，这也 反映了功率因数的变化过程：先变大至最大值１，然后逐瀚或，】、。从能 量的角度看，电感线圈（镇流器）储存能时，电容正好在释放能量；电 感线圈在释放能量时，电容又在储存能量，这两者正好互补。在供电系 统中，由于非线性负载，如电力机车、日光灯、气体放电灯、变频空 调、可控硅、微波炉等的接入，当正弦波电压施加在非线性电路上时， 电流就变为菲正弦波，菲正弦电流在电网阳抗Ｅ产生压降，会使电压波 形也变为非正弦波。 由于日光灯电路的非线性负载，会影响各独电气设备的正常工作。 谐波对电动｛九会引起附加损耗，产生机械振动、噪声程过呶匿，使变压 器局部严重过热，会使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化，寿命大大
２日光灯电路的功率补壁啪非线性持征
对于线性感性电路来说，从理论上讲，可以通过选择并联适当的 电容器，使功率因素提高到电源电压与电流之间夹角的余弦值等于１ 时，但对于日光灯电路无论选择并联怎样的电容器，也不论经过怎样 的纽调，都不能使电源电压与电流之间夹角的余弦等于１，这也是由目 光灯电路的非线性所决定的目光灯电路是一个感性电路，功率因素较 低，并联电容器可以提高电路的功率因素，但目光灯电路不是线性电 路，在示波器下观察目光灯管两端电压的波形，是一个接近方波的非 正弦周期波，根据谐波分析理论，它可以分解为５０赫兹的基波和３
３０丽再丽
元件。通常把镇流器当作一个电阻和纯电感的串联，用ＭＦ４７—６型万
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形畸变程度加大。由此我们可以看出日光灯灯管组成材料较多，工作原
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在日光灯电路中灯管和镇流器为非线性元件，镇流器主要由铁心 和电感线圈组成，其主要作用是限制灯管的电流和产生脉冲电动势。镇
流器内含有内阻，同时，通过其波形的观测可以发现它也不是线性电感
次、５次、７次等高次谐波。
缩短。日光灯非线性电路还会造成诣陂使公用电网中的元●铲生附加谐
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日光灯电路的功率补壁啪非线性持征对于线性感性电路来说从理论上讲可以通过选择并联适当的电容器使功率因素提高到电源电压与电流之间夹角的余弦值等于时但对于日光灯电路无论选择并联怎样的电容器也不论经过怎样的纽调都不能使电源电压与电流之间夹角的余弦等于这也是由目光灯电路的非线性所决定的目光灯电路是一个感性电路功率因素较低并联电容器可以提高电路的功率因素但目光灯电路不是线性电路在示波器下观察目光灯管两端电压的波形是一个接近方波的非正弦周期波根据谐波分析理论它可以分解为赫兹的基波和可见流过日光灯管的电流除赫兹的基波外还含有一些高次谐波它不是正弦波其波形如图呈现不规则波形状
Ｕａ，剖门之间不满足数值直接相加的关系，这很容易理解，因为镇流
器为感性元件，在向量图中镇流器电压与电源电压以及灯管电压的相位
不同。但是，如果把镇流器假定等同于—个纯电感元件，灯制臣症等同
于一个线性电阻，它们之间满足ＵＩ＋Ｕａ．＝Ｕ，通过向量图也可以表达 成：镇流器电压的平方加上灯管电压为的平方等于电源电压的平方，但
可见，流过日光灯管的电流，除５０赫兹的基波外，还含有一些高 次谐波，它不是正弦波，其波形如图呈现不规则波形状。在日光灯电路 中，电容器并联在电源两侧，设电容器是线性元件，电容支路流过的电
流是５０赫兹的正弦波，它只能对日光灯 Nhomakorabea路中的基波予以补偿，而对
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万方数据
日光灯电路的非线性分析
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 崔涛 吉林省磐石市房产管理处,吉林,磐石,130032 科技风 TECHNOLOGY WIND 2011(10)
本文链接：/Periodical_kjf201110022.aspx