荧光灯灯丝冷阻与管流关系.doc

荧光灯灯丝冷阻与管流的关系摘 要 本文通过理论计算和实验测试两种方法，论述了荧光灯灯丝冷阻与管流的关系，结论为：一旦管流确定，灯丝冷阻也随之确定 。本文给出了管流与冷阻关系的测试方法和计算方法，并推导出了实用的计算公式，对于灯管灯丝冷阻的选择、电子镇流器匹配灯管选择都具有指导意义。关键词： 荧光灯；灯丝冷阻；灯管电流；灯丝温度0 引言： 在荧光灯生产、研发过程中，灯丝冷阻与管流的匹配关系是一个值得关注的问题，二者的匹配性能将会直接影响到灯的寿命、光效等重要指标，因此通过科学（理论计算和实验测验）方法找出二者的最佳匹配关系是很有意义的。1 灯丝冷阻与灯管电流的定义 灯丝冷阻是指荧光灯灯丝在环境温度25时的电阻，除特殊说明外，一般指一条灯丝的电阻，这里用R25表示。灯丝冷阻可以用万用表，三用电桥，毫欧姆计等仪器测试出来，一般工厂冷阻误差控制在5% 以内。灯管电流是指灯管点亮达到稳定状态后，仪器测试出来的流过灯管的电流，也叫弧光放电电流。弧光放电电流两端与灯丝接触，接触位置产生最高温度，叫热点，见图中的黑点。每个灯丝都有一个热点，开始位于靠近阴极电流IK进入一端，和接扼流圈一端，在灯工作过程中，热点向灯丝电容一端慢慢移动，直到耗尽灯丝上面的电子粉，或者烧断灯丝；可见，灯丝温度分布是不均的。在灯管生产以及测试时，对灯丝施加的电流，和灯管工作时的实际电流相差不大，可以满足测试和计算需要。灯管出厂时，标称的灯管电流，简称管流，这里用ID表示. 电感镇流器环境下，灯管只有一个管流ID,电子镇流器环境下，灯管存在3个电流，除管流ID外，还有阴极电流IK,灯丝电流IS，如图所示。数学表达式为IK*IK=ID*ID+IS*IS,即，阴极电流的平方，等于管流的平方，与灯丝电流的平方和。实际上，阴极电流IK是灯管电流ID的1.15倍左右。2 管流与灯丝冷阻的关系2.1 管流大小决定灯丝冷阻灯管在出厂时，灯管有几个必须标称的电参数，即：灯功率、管流、灯丝冷阻等。例如，T5 -28瓦直管荧光灯，管流是0.17安，灯丝冷阻6欧姆。电子镇流器必须提供0.17安管流，不能太大，也不能太小。原因是，灯管点亮后，灯丝温度必须保持800-1050左右。这个温度，是阴极电流流过灯丝电阻提供的，此时，灯丝电阻已经不是环境温度25时的电阻，该阻值已经升高，称为热阻。灯丝热阻与灯丝冷阻相关，下面我们将论述热阻与热阻的关系。目前,国内制作荧光灯灯丝的材料都是钨丝,如：某个工厂采用的钨丝，其温度系数是WS=0.00482倍/度，即灯丝温度每升高一度，灯丝电阻升高0.00482倍。当灯丝温度升高到800度时，灯丝电阻升高0.00482*800=3.9倍，物理学解释是，金属导体温度升高，电阻也升高。这是灯丝热阻和冷阻关系。2.2 升阻比确定的意义升阻比的确定使我们可以测试和计算出灯丝冷阻，它沟通了管流和冷阻联系。如果设定灯丝冷态温度是T25，热态温度是T，冷阻是R25，热阻是RR，联系到钨丝的温度系数，由物理学定律推导出，T=RR/R25 * 260 235导出灯丝升阻比公式；RR/R25=T+235/260RR比R25热态温度T（）RR比R25热态温度T（）1.00254.208571.501554.509352.002854.7510002.504155.0010653.005455.2511303.506755.5011953.988006.001325当热态温度T改变时（温度从25一直升高到1325），某款灯丝的升阻比如上表，可见，灯丝热态温度1000时，升阻比是4.75.目前许多荧光灯生产厂已经对灯丝冷阻（25时电阻）与热阻关系进行了研究，研究发现把灯丝制成标准灯后，在额定的阴极电流下，当热阻与冷阻之比为4时，灯丝温度在800左右。所以，部分厂家要求灯管正常工作时，（电子镇流器灯为导入阴极电流）热阻与冷阻之比4，但不能大于5.5倍。这是因为，如果热阻与冷阻比小于4，则灯丝热态温度偏低，会出现起动时阴极温度不够而欠热起动的不良现象，还会因为燃点时灯丝温度过低，而造成灯管频闪，阴极溅射严重，减少灯管寿命。如果热阻与冷阻比大于5.5，则灯丝热态温度偏高，起动虽没问题，但在燃点过程中会因为灯丝温度过高，而造成灯管光效降低，阴极热蒸发大，直接导致灯管寿命下降。3 管流与灯丝冷阻的数学公式推导 灯丝温度是阴极电流IK,流过灯丝电阻产生的加热功率造成的，由于，阴极电流IK是灯管电流ID的1.15倍左右，采用灯管电流ID进行计算时，要乘1.15倍。假设对灯丝的加热功率为P, 环境25时灯丝冷阻为R25，当灯丝1000时灯丝热阻是RR，根据电工学定律， P=IK*IK*RR=1.15*1.15*ID*ID*RR=1.32*ID*ID*RR.可见，灯丝加热功率与阴极电流平方成正比，与灯丝热阻成正比。 前面已证明，当温度为1000时灯丝热阻与冷阻之比是4.75，将RR=4.75*R25带入电工学定律公式中，P=6.3*ID*ID*R25，这样，灯丝加热功率与灯丝冷阻沟通了联系。 实验证明，当灯丝加热到1000，加热功率P是个确定值，这个确定值主要受灯丝体积影响，灯丝体积大，加热功率P也要大些。当灯丝体积确定时，加热功率P有就是一确定值，例如，T2体积的灯丝，加热功率P是1瓦, 由1=6.3*ID*ID*R25，推导出灯丝冷阻R25数学公式是：R25=0.16比ID*ID. 即，灯丝冷阻等于0.16比灯管电流平方，其中，管流ID单位安，灯丝冷阻单位是欧姆。已知灯功率PD瓦特，和灯管电压VG伏特时，把ID=PD/VG,带入灯丝冷阻R25数学公式中，得到以下公式：4 根据灯丝冷阻公式，计算灯管电参数序号光源类型灯丝冷阻灯管电流ID阴极电流IK预热电流倍数整灯功率1T2 全螺25欧0.08A0.0951.55W2T2 全螺22欧0.086A0.1A1.58W3T2 3U11欧0.12A0.153A1.511W4T2 3U8欧0.14A0.174A1.514W5T2 全螺13欧0.11A0.125A1.515W6T3 4U8欧0.14A0.173A1.518W7T3 全螺4欧0.15A0.18A1.520W8T3 半螺7欧0.15A0.18A1.520W9T3 4U7欧0.15A0.175A1.520W10T3 半螺4.3欧0.19A0.22A1.523W阴极电流IK是整灯实测值。整灯功率是灯管标称值。预热电流倍数是经验值，当灯丝冷阻和灯管电流符合计算公式规律时，预热电流是阴极电流IK的1.5倍，这样设计可以增加开关次数，延长灯的寿命。预热电流是荧光灯启动时，加在灯丝上面的电流，由电子镇流器控制调节。灯管电流ID大时，所对应灯的功率大，计算出的灯丝冷阻小，例如，8瓦灯阴极电流IK是0.1安，计算灯丝冷阻22欧姆，而20瓦灯阴极电流IK是0.175安，计算灯丝冷阻7欧姆，这两组数据和大多数生产厂相近型号灯管的灯丝冷阻差不多，可以看出有一定的规律性。5 管流与灯丝冷阻测试分析第一步，接好测试电路。按图所示，采用合适的直流电源供电，（交流（50Hz）或高频(25KHz)以上等电源也可以），改变直流电源电压值，将流经灯丝的电流表读数，调整至额定阴极电流值IK,或者管流ID的1.15倍，这2个电流是灯管出厂时候给定的，如果没有给定，依据灯管功率做成整灯，测试这2个电流。读出电压表电压值V，就可以算出灯丝热电阻RR,第二步，测试灯丝冷阻。灯丝冷阻R25，这个值是在室温时，用仪表测试出来的第三步，计算灯丝热阻，RR=V/IK=V/1.15*ID.第四步，计算升阻比，灯丝升阻比公式=RR/R25如果升阻比等于4.75，则说明灯丝冷阻选择比较合格，如果升阻比比4.75小太多，则应该加大灯丝冷阻；如果升阻比比4.75大太多，则应该减小灯丝冷阻。6 预热启动和灯点亮后对灯丝冷阻的要求是相互矛盾的荧光灯预热启动时，如果灯丝冷阻较大，能得到较大加热功率P=IK*IK*R25，预热效果好，开关次数上升，所以预热启动一般要求灯丝冷阻大。但是，灯点亮后，灯丝温度可能会太高。一般来说，灯点亮正常工作时，灯丝温度要维持在1000左右，因此当冷阻一旦确定，就不能随意改动。可见，预热启动要求灯丝冷阻大，灯点亮后要求灯丝冷阻不能过大，是相互矛盾的。没有延时预热电路时，荧光灯是冷启动，预热时间约0.1秒左右，预热电流是阴极电流的7倍左右，由于延时时间太短，灯丝预热温度不足，开关次数一般小于7000次。有延时预热电路时，荧光灯预热启动，预热时间约0.8秒左右，预热电流是阴极电流的1.5倍左右，由于延时时间长，灯丝预热温度充足，开关次数一般大于30000次。7 结束语在实践中，灯管电流可以由电子镇流器进行小范围调整，管流大灯功率高，适合灯丝冷阻偏低的情况，管流小灯功率低，适合灯丝冷阻偏高的情况，一般灯功率控制在标称功率的85%-105%范围内。灯丝冷阻也可以在小范围内进行调整，但这个调整是