LED燈管和啟動器_實驗篇

了解了日光燈的電路原理之後

再回來看這個問題

「如果換成LED燈管沒有將啟動器(氖燈)拔掉會怎樣？」

首先要將日光燈管換成LED燈管有一些重要的條件

細節請務必先看這篇

這個問題我們分成兩種情況來看

1.保留傳統安定器(電感)和LED燈管串聯

2.移除電感，LED燈管直接連接市電

電路圖出來就簡單了

若是第2種情況

當電源開啟時，氖氣燈氣體放電時電流還沒有很大

但當兩端的電極接觸之後馬上就形成短路

保險絲瞬間燒斷

瞬間的大電流甚至將啟動器兩端的電極都黏住了！

非常危險啊~~

影片如下

那如果LED燈管和原本的電感串聯(第1種情況)

當氖氣燈電極接觸時(電流瞬間變極大)，電感就發揮了抑制電流通過的功能

瞬間產生的反向感應電動勢甚至可能高達數百伏

因此電路並沒有像第2種情況形成短路

但這時候電感會負擔很高的功率，發熱也會很明顯

此時電感後端的電壓(分壓)會降低，無法點亮LED燈和氖氣燈

因此可以看到的現象就是LED燈和氖氣燈同時在閃爍

影片如下

這樣的實驗結果有符合大家的預期嗎？

日光燈的電路原理

家電醫生進階班都會提到日光燈的電路

從這個電路就會帶到電感(安定器)在電路的功能

當然也會順勢提到PF(功率因數)的概念

最重要的是給大家將日光燈管更換為LED燈管時的正確觀念

但因為時間的關係，總是無法將細部的電路原理說明清楚

加上這次台中場有老師問了一個問題

「那如果換成LED燈管沒有將啟動器(氖燈)拔掉會怎樣？」

這是好問題啊~~

坦白說，我並沒有實際實驗過

但可以先從原理來看看

日光燈啟動前必須先將燈絲加熱

傳統利用的方法(氖氣燈)很特別(相關氖氣燈的實驗可以看這篇)

一開始氖燈裡的燈絲是分離的

但開啟電源時，高壓(至少50-70V以上，看電極距離與氣體種類與濃度)會讓氖氣產生氣體放電

這個氣體放電會加熱兩端的電極

其中一支電極為複棒

當複棒受熱彎曲後會碰到另一端的電極

兩端的電極碰觸後(此時迴路中有日光燈的燈絲，所以不會是短路的情況)

氣體放電的現象就會消失

電極因為沒有氣體放電的熱源

慢慢冷卻的結果就會使複棒恢復原本的樣子而斷路

從點亮氖氣燈到氖氣燈斷路，這段時間就是加熱日光燈絲的時間

當電路斷路時，因為電流瞬間降為零

電感此時會感應出一個高壓

這個感應電動勢和電源方向相同

電壓疊加的結果至少超過300V

就會使得日光燈裡原本被加熱的激態汞蒸氣游離，形成導電的等離子體

進而導通整支日光燈

當日光燈導通之後，因為氣體的阻抗並非定值

電流會有明顯的波動，電感這時就發揮了穩定電流的重要功能

實際測量日光燈管兩端和電感兩端的電壓

分別為43.4V和96.5V

日光燈兩端的電壓降下來了

氖氣燈(和日光燈並聯)也就無法再點亮

至於為何日光燈的電壓和電感電壓加起來會這麼高(43.4+96.5=139.9V)？

可以看這幾篇的說明

這和最原始的問題有何關係呢？

清潔雙筒望遠鏡

女兒說要一個雙筒望遠鏡

我有一個高中時期買的，已經三十幾年了

鏡片內部都已經髒污

要給公主之前一定要先清潔才行

這個望遠鏡並沒有到防水或充氮的規格

所以直接拆開清潔就可以

基本上拆得越細，就可以清潔得越乾淨

但桶身內還是有很多死角

這時候就要出動超音波清洗了

裝滿七成清水之後加入少許洗碗精

放入拆解好的望遠鏡

大約5-10分鐘拿起來再用清水沖乾淨

幾乎就可以去除8成以上的髒汙

洗完後整個水槽很髒啊~~

用風槍和廚房紙巾將大部分的水去除

可以看到鏡片已經非常乾淨了

但這時還不能組裝

要再用除濕機吹個數小時，徹底乾燥之後才能組裝

不然內部很容易有霧氣

關節處也用凡士林加強潤滑

這樣就可以讓三十多年的望遠鏡再次重生了

維修音樂玩具

玩具，乘載了許多人的童年

這是從南投分院轉診過來的玩具

彥廷手藝很好，竟然直接將這個四段開關分解清潔乾淨

但還是無法動作

結果發現內部的觸點可能再裝回去的時候斷了...

這個玩具還有很多開關，分別控制了不同的動作

正常來說，正極應該通過開關

這個四段開關不常見

中間的接點就是com的位置

通常會連接正極

但檢查的時候卻是斷路

原本以為這個開關不是主開關

將其他動作開關短路之後還是無法啟動

只好再回到主開關看看

發現竟然有一個保險絲，這在玩具電路上還真是少見

一檢查果然燒了

玩具保險絲基本上意義不大，直接短路就好

果然就OK了

在我的垃圾堆找了好久，終於找到一個四段開關

固定腳不合，但影響不大

柄有點長，裁掉就好

這樣就搞定了~~

最後順便把排線加固一下

不然斷掉就要再來一次了

玩具，乘載的往往不只是童年

延長線的標示

在國中用電安全的單元都會強調延長線的使用規範

至於老師們會強調哪些重點就因人而異了

但一定會說的就是不要超過安全使用範圍

(我通常還會強調電線整理的方法還有使用時要攤開等，有關延長線的使用可以參考這幾篇文章)

什麼是安全使用範圍？

通常都會告訴學生用「功率」來看

「只要電器加總的功率小於延長線的額定(最大)功率即可」

但這樣是正確的概念嗎？

看看學校這條延長線的奇葩標示

125V，15A，1875W (125*15=1875)

有甚麼問題嗎？

問題大了!!

首先要先回到「安全使用」要保護的是哪個物理量

最重要的其實是「電流」

若我們將電線視為歐姆導體

線路中電流越大，發熱(消耗功率)就會越嚴重，相對也會更危險

但因為電流並不是一般人都熟知的物理量(？)

反而是功率對大家來說比較熟悉

因此教科書或是一些用電安全的宣導都會強調用功率來計算

但電器的功率又是如何算出來的？

原則上就會用P = IV來處理

V的部份一般都會默許用110V

延長線通常最大安全負載量都是15A(2mm平方的花線)

所以若用110V來換算，最大負載功率為110V*15A=1650W

我們一般使用的電器功率也是用標準110V來估算功率的

這樣延長線和電器換算出來的功率才會一致

再回到上述延長線的1875W，而你也乖乖的用上這麼大功率的電器

當電壓為標準110V的時候，實際通過的電流會有17A

這已經超過電線15A的安全負荷了

那標示的125V指的是甚麼？

通常延長線上標示的電壓指的是可以承載的最大電壓

而電器標示的電壓是指輸入的標準電壓(用以換算輸出功率)

以台灣來說，供電110V大約會有5-10%的誤差

https://www.rootlaw.com.tw/LawArticle.aspx?LawID=A040100050002700-1060612&ShowType=Ref&FLNO=4000

若以最大10%來換算，電壓可能會有99 - 121V的波動

因此很多延長線都會標示125V的最大承載電壓

但不能用最大承載電壓來計算最大承載功率

這樣會高估可以容許的最大承載電流

因此正常延長線的標示應該是

125V，15A，1650W (110*15=1650)

125V，11A，1210W (110*11=1210)

承載功率寧願低估也不要高估，這樣才是安全的標示

自製表筆

我經常在修電表的表筆

每次都覺得，線這麼細，真的可以串聯到10A量電流嗎？

而且用久了其實內部的銅線很容易斷

整體電阻就會很大

剛好從朱慶琪老師那邊拿了一些香蕉頭回來

乾脆自己來做好了

用1.25mm平方的花線加上2mm的實心銅線

這樣的規格可謂表筆界的天花板了

作法很簡單，看圖說故事即可

實測幾乎量不到電阻

除了醜了一些...