日光灯电路及功率因数的提高

一、实验目的

1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。

2. 掌握日光灯线路的接线。

3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、原理说明                                             图6-1  RC串联电路

1. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得

各支路的电流值， 用交流电压表测得回路各元件两

端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔

霍夫定律，即   ΣI＝0和ΣU＝0  。

2. 图6-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信

号U的激励下，U_R与U_C保持有90º的相位差，即当           图6-2  相量图

R阻值改变时，U_R的相量轨迹是一个半园。

U、U_C与U_R三者形成一个直角形的电压三

角形，如图6-2所示。R值改变时，可改

变φ角的大小，从而达到移相的目的。

3. 日光灯线路如图6-3所示，图中 A

是日光灯管，L 是镇流器， S是启辉器，              图6-3 日光灯线路原理图

C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。                                 

三、实验设备 

交流电压表、交流电流表、功率功率因数表、自耦变压器等

 

四、实验内容

1. 按图6-1 接线。R为220V、40W的白炽灯泡，电容器为4.7μF/450V。                         经指导教师检查后，接通实验台电源， 将自耦调压器输出( 即U)调至220V。记录U、U_R、U_C值，验证电压三角形关系。

2. 日光灯线路接线与测量。

 

                                  

                              

图6-4日光灯电路图

按图6-4接线。经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表、电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流。改变电容值，进行三次重复测量。数据记入表中。

注：表中C₀为功率因数最大时的电容值。

五、实验注意事项

　　1. 本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。

    2. 功率表要正确接入电路。

    3. 线路接线正确，日光灯不能启辉时， 应检查启辉器及其接触是否良好。

六、预习思考题

　　1. 参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

    2. 在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时， 人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮（DGJ-04实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做试验。）；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

　　3. 为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器， 此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？

　　4. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？

七、实验报告

　　1. 完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。

    2. 根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图， 验证相量形式的基尔霍夫定律。

    3. 讨论改善电路功率因数的意义和方法。

    4. 装接日光灯线路的心得体会及其他。

 

第二篇：日光灯电路

实验1.3  日 光 灯 电 路

一、实验目的

1. 熟悉日光灯的接线方法。

2. 学习功率表的使用方法。

3. 研究在感性负载上并联电容器以提高电路功率因数的原理。

二、实验原理

1. 日光灯的组成

日光灯电路主要由灯管、启辉器和镇流器组成，接线示意图如图1.3.2所示。

(1) 启辉器：在日光灯接通过程

中起自动开关作用，其结构如图1.3.1所示。启辉器内有一个充有氖气的氖泡，氖泡内有两个电极，一个是固定电极，另一个是由两片热膨胀系数相差较大的金属片辗压而成的可动电极。在两电极的

引出端并联一个电容C，用以消除对无线电设备的干扰。

(2) 镇流器是一个带铁芯的电感线圈，它不是纯电感，它相当于一个电阻与电感串联。

2. 日光灯的工作原理

当日光灯电路（图1.3.2）接通电源后，因灯管尚未导通，故电源电压全部加在启辉器两端，使氖泡的两电极之间发生辉光放电，使可动电极的双金属片因受热膨胀而与固定电极接触，于是电源、镇流器、灯丝和启辉器构成一个闭合回路，所通过的电流使灯丝得到预热而发射电子。在氖泡内，两电极接触后辉光放电熄灭，随之双金属片冷缩与固定电极断开，断开的瞬间使电路电流突然消失，于是镇流器两端产生一个比电源电压高的多的感应电动势，连同电源电压一起加在灯管的两端，使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收紫外线后，辐射出可见光，日光灯就开始正常工作。在正常状态下，镇流器承受着电源电压的大部分，而灯管两端的电压则为其额定值。

3. 提高日光灯电路的功率因数

为了提高感性负载的功率因数，常用的方法是感性负载两端并联补偿电容器，以供给感性负载所需的部分无功功率。日光灯正常工作后，可看成由日光灯管和镇流器串联的电路。灯管相当于一个电阻元件，镇流器是一个带铁心的电感线圈，相当于一个电阻、电感相串联的元件。这样，日光灯电路就可看成一个RL串联的电路。RL串联电路是感性电路，设电压相位超前于电流相位θ角，则电路的功率因数为。并联电容器后，其电路图如图1.3.3所示，相应的向量图如图1.3.4所示。由图可见，并联电容器后，I与U的相位差为θ′。由于θ′〈θ，故

′〉，即功率因数得到了提高。补偿电容C大小可按下式计算：

图1.3.4  提高电路功率因数的相量图

4. 功率表的说明

(1) 功率表有两个线圈，一个是电流线圈，一个是电压线圈，为了保证两个线圈的电流流入(或流出)方向一致，对于电流流进的接线端钮，仪表板面上均已表明“*”或“+”标志，称为同名端。功率表在接线时。应使电流线圈和电压线圈的同名端接到电源同一极性的端子上，见图1.3.5所示。

    

(2) 功率表的接线按同名端相联，电流线圈串联在回路中，电压线圈并联在回路上的原则。见图1.3.6所示。

(3) 智能型功率功率因数表的使用。打开电源，循环显示，表示测试系统已准备就绪，进入初始状态。按“功能”键，出现固定，则测试有功功率，读取时只需按“确认”键即可；按“功能”键，出现，则测试功率因数，读取时只需按“确认”键即可，若显示 代表感性负载，若显示 代表容性负载。在任何状态下按“复位”键系统恢复到初始状态。(具体说明详见电工综合台仪器仪表的介绍)

三、实验仪器

1. 电工综合台：

三相自耦调压器

灯管

XD06挂箱中起辉器、镇流器、电容器组

智能型功率功率因数表

交流电流表

电流插座、插头

2. 数字万用表

四、实验任务及步骤

完成日光灯电路的参数的测量(日光灯灯管额定电压为220V，额定功率40W)

(1) 按照先串联回路连接，后并联回路接线的原则，按图1.3.7接好电路，经检查无误后方可通电。通过调节柜体左侧三相调压器同轴旋钮，观察并测量未加电容补偿时日光灯点亮所需的电源电压。

(2) 点亮后，将三相调压器调至日光灯额定工作电源220V，记录电压、电流、功率与功率因数。

(3) 在1μF～9.87μF之间改变电容，通过观察智能型功率功率因数表中功率因数的感性、容性变化过程，记录相应的电压、电流、功率与功率因数,并记录你所调出的最大功率因数时的电容值。完成表1.3.1。

表1.3.1

五、实验报告要求

1. 完成1.3.7实验电路图与1.3.1表格的测试。

2. 计算=1时电容值。根据实验数据，完成补偿电容大小与功率因数之间的关系曲线=f(c) 。

3. 分析C的大小对电流I和功率因数的影响。由实验结果得出结论。

    4. 回答思考题。

六、思考题

1. 当改变电容时，瓦特表的读数和日光灯支路的电流IR是否变化？为什么？

2. 当启辉器坏了，手头暂时没有好的，是否可以用一个开关来代替？如果可以，应如何连接和操作？

3. 对实际作为补偿电容的电容器除有容量的要求外，还有什么其它要求？

七、注意事项

1. 本实验是交流实验，日光灯供电电源必须从相线和零线引出。万用表选择交流电压挡并且并联在被测支路上。交流电流表应串联在支路中。

1.  对于强电实验决不允许带电接、拆线。发生异常现象，立即断开电源开关。

3. 记录时，注意记下智能型功率功率因数表显示中，代表感性或容性负载的“L”或“C” 。