实验五日光灯电路及功率因数的提高.docx

实验五 日光灯电路与功率因数的提高

一、实验目的

了解日光灯电路的结构、工作原理和线路的联接。

把握提高功率因数的方式，熟悉提高功率因数的意义。

进一步熟练交流电压表、电流表和功率表的利用。二、实验仪器

交流电流表交流电压表功率表 日光灯电路组件可变电容器自耦变压器三、预习要求

温习有关正弦交流电路功率和谐振电路的内容。

温习功率表的利用方式。

了解日光灯电路的组成和工作原理。四、实验原理

提高功率因数的意义。

在正弦电路中，一端口上有功功率与视在功率之间的关系为：

P?UIcos??Scos?

式中：cos?为功率因数，?是电压与电流的相位差，也是无独立源一端口的阻抗角。当功率因数较低时，一方面会使设备的容量无法被充分利用；另一方面，当电源

电压和负载功率一按时端线电流较大，功率损耗增加。因此，提高负载的功率因数，关于降低电能损耗，提高输电效率具有重要的经济意义。

提高功率因数的方式

提高功率因数，能够依照负载的性质在电路中接入适当的电抗元件。在实际电路中，用电负载多为感性，如电动机、电器、日光灯等，它们的等效电路相当于电阻与电感元件的串联。在不改变负载的结构和工作状态的前提下，简单易行的方式是在这种感性负载两头并联补偿电容器，如图1-32所示。

* .

* W A1I

. . .

I..U.ICL

I

.

.U

.

I

C

R C

V

~ L

A2 A3

IL

图1-32提高功率因数实验电路 图1-33相量图

由于感性负载中的感性无功电流，与并联电容中的容性无功电流，二者彼此补偿，相当于提高了功率因数。

由图1-33所示相量图分析可知，并联电容后，使电路的总电压与总电流之间的相位差减小，即提高了并联电路的功率因数，而负载本身仍能够正常工作。固然，所并联的电容值应该有一个适当的范围，若是太大可能会使整个并联电路呈现容性，达不到提高功率因数的目的。通过对相量图的分析，还能够看出，功率因数增大时，电路中的总电流减小，功率因数减小时，总电流增大。若是测量时没有功率因数表，也能够通过电流表显示总电流的增大或减小，来判定功率因数的提高与否。

本次实验以日光灯电路（近似等效为线性感性负载）作为研究对象。

日光灯电路的结构和工作原理

镇流器

灯管

灯管

~

220V

启动器

结构：

图1-34日光灯电路

日光灯电路由灯管、启动器(启辉器或跳泡)和镇流器组成，如图1-34所示。

①．灯管：内壁涂有荧光粉，管内充有少量惰性气体和水银，管的两头各有一个灯丝和电极。可近似等效为电阻。

②．镇流器：是一个铁芯线圈，与灯管串联，可近似等效为电阻与电感的串联。

③．启动器：是一个辉光放电管，由一个充气二极管和一个并联的小电容组成。充气管内有两个电极，一个是固定电极，一个是可动电极U（型双金属片），两电极之间有必然间隙，通过U型双金属片电极的变形和复位，可使两个电极接通和分离。启动器与灯管并联，相当于一个自动开关。

日光灯电路的工作原理：

①当电源接通时，电源电压（220V）全数加在启动器（与灯管并联）上，由于启动器的起辉电压（约140V）低于灯管的起辉电压（约500V），启动器两极间发生辉光放电，U型双金属片电极发烧变形（伸直），两电极接通。

②启动器触点闭合刹时：一方面，启动器、镇流器、灯管两头灯丝中流过启动电流，该电流加热了灯管灯丝，使其有利于发射电子，为日光灯起辉制造了条件；另一方面，启动器两电极间电压下降为零，启动器停止放电，U型电极冷却并收缩复位，触点断开。

③启动器触点断开刹时，镇流器两头产生很高的自感电压，该自感电压和电源电压相叠加作用于灯管，使灯管放电导通并伴随放出射线，射线激发管壁荧光物质发出近似于日光的灯光。

④镇流器在灯管正常工作时起限流作用（在灯管启动是用来产生高电压），并维持灯管稳固工作（正常工作时，镇流器上约180V，灯管电压约110V，不足以使启动器再次启动）。

五、实验内容

按图1-33联接好线路，其中虚线框内电路用日光灯电路（如图1-34所示）代替。

将可调电容C调为0法拉（即断开C）。接通电源，观看日光灯启动进程。

测量正常工作时灯管两头和镇流器两头的电压。

用电压表、电流表、功率表测量日光灯电路在额定电压时电路的功率、各支路电压、电流，并计算功率因数。将实验数据记入表格1-13。

接通可调电容，并调剂电容值从小容量到大容量转变，测量各支路电流、电压、功率随电容转变的规律，将测量数据记入表格1-13。专门要找出使功率因数为最大值时的电容值。

表格1-13功率因数的提高

顺序号

顺序号

C/μF

U/V

I/mA

测量值

I/mA

L

I/mA

C

P/W

计算值

cos

1

2

3