實驗1.6日光燈電路與功率因數的提高電路分析基礎實驗

1.熟悉日光燈的接線方法。學習功率表的使用方法。一、實驗目的2.掌握在感性負載上并聯電容器以提高電路功率因數的原理。

1.完成日光燈電路的測量。(日光燈燈管額定電壓為220V，額定功率40W)。二、實驗任務2.完成因補償電容改變而引起的功率因數改變的曲線=f(C)的測試。根據裝置上現有的電容，求出將日光燈功率因數提高到最大值時所需補償電容器的電容值。三相自耦調壓器、燈管、掛箱上的起輝器、鎮流器、電容器組及電流插座、交流電流表、電流插頭、智能型數字功率表、數字萬用表、導線。三、實驗設備四、實驗原理與步驟日光燈電路主要有燈管、起輝器和鎮流器組成。鎮流器是一個帶鐵芯的電感線圈，它相當于一個電阻與電感串聯的元件。L，r交流電源～220V燈管起輝器

日光燈電路接線圖保險絲是為了避免過電流損壞燈管日光燈燈管接啟輝器電工臺XD06鎮流器啟輝器點動開關啟輝器鎮流器點動開關燈管：內有燈絲、燈頭。玻璃管被抽成真空后，充入少量惰性氣體并注入微量的液態水銀，其內壁涂有一層勻薄的熒光粉。兩端燈絲上涂有可發射電子的物質(電子粉)稱為陰極。燈頭與管內燈絲相連。鎮流器是一個具有鐵心的電感線圈，但它不是純電感，它相當于一個電阻與電感相串聯的元件。其作用是限制和平穩通過燈管的電流，并產生較高的自感電動勢以點亮日光燈。

啟輝器：在日光燈接通過程中起點動開關作用。啟輝器內有一個充有氖氣的氖泡，氖泡內有兩個電極，一個是固定電極，另一個是由兩片熱膨脹系數相差較大的金屬片輾壓而成的可動電極。在兩電極的引出端并聯一個電容C，用以消除對無線電設備的干擾。當日光燈電路接通電源后，因燈管尚未導通，故電源電壓全部加在啟輝器兩端，使氖泡的兩電極之間發生輝光放電，使可動電極的雙金屬片因受熱膨脹而與固定電極接觸，于是電源、鎮流器、燈絲和啟輝器構成一個閉合回路，所通過的電流使燈絲得到預熱而發射電子。在氖泡內，兩電極接觸后輝光放電熄滅，隨之雙金屬片冷縮與固定電極斷開，斷開的瞬間使電日光燈的工作原理：路的電流突然消失，瞬時在電感上產生一個比電源電壓高得多的感應電動勢，連同電源電壓一起加在燈管的兩端，使燈管內的惰性氣體電離而引起弧光放電，產生大量紫外線，燈管內壁的熒光粉吸收紫外線后，輻射出可見光，日光燈就開始正常工作。在正常狀態下，鎮流器對燈管起分壓和限流作用，使燈管電流不致太大。日光燈正常工作后，可看成由日光燈管和鎮流器串聯的電路。燈管相當于一個電阻元件，前面已經提到鎮流器相當于一個電阻、電感相串聯的元件。這樣，日光燈電路就可看成一個RL串聯的感性負載，電流為，設該負載兩端電壓相位超前于電流相位θ角，則電路的功率因數為cosθ。為了提高電源的利用率和電路的傳輸效率，須提高電路的功率因數。提高感性負載功率因數的方法之一，就是在感性負載兩端并聯適當的補償電容，以供給感性負載所需的部分無功功率。并聯電容器后，負載兩端的電壓與總電流的相位差為，電路圖、向量圖如下圖所示。

R日光燈電路LCθ提高電路功率因數的原理圖與向量圖由圖可見，并聯電容器后，＞cosθ，即功率因數得到了提高。補償電容C大小可按下式計算：P為有功功率ω為2πf(f=50Hz)為電源電壓

L為補償前日光燈支路電流為電容支路電流為補償后電路總電流θ及為補償前、后電壓與電流的相位角從理論上說，肯定能找到一個補償電容，使得經電容補償后電路的=1，但由于裝置的限制，實驗時調不到=1，所以需根據測試數據，計算出=1時C的值。

電路的有功功率P=UIcosθ，它表明了二端網絡實際吸收能量的大小，功率因數越接近1，吸收的有功功率就越大。有功功率是由電阻元件消耗的。無功功率Q=UIsinθ，它是由電感或電容元件消耗的。視在功率S=UI=，功率因數

cosθ=。斷通電容組電流插座掛箱指針式交流電流表數字式交流電流表0～5A1A

功率表接線應按照同名端相連，電流線圈串聯在回路中，電壓線圈并聯在回路中的原則接線。如上圖所示。功率表的說明(見動畫)RLP=UIcosθ功率表測量的是有功功率。P負載RL功率表接線示意圖它有兩個線圈，一個是電流線圈I*一個是電壓線圈,為了保證兩個線圈的電流流入(或流出)方向一致,對于電流流進的接線端鈕儀表面板上均已標注“*”或“+”，即同名端。功率表在接線時，應使電流線圈和電壓線圈的同名端接到電源同一極性的端子上。U*智能型數字功率表使用簡介

打開電源，循環顯示，表示測試系統已準備就緒，進入初始狀態。智能型數字功率表功能確認復位同名端相連保險絲電壓線圈電流線圈

按“功能”鍵，出現固定，則測試有功功率，讀取時只需按“確認”鍵即可；按“功能”鍵，出現，則測試功率因數，讀取時只需按“確認”鍵即可。若數字前顯示代表感性負載，若顯示代表容性負載。在任何狀態下按“復位”鍵系統恢復到初始狀態。日光燈測試電路圖IRLI點亮電壓U~220V零線相線IcWULrUR不要帶電接、拆線日光燈電路的測試表記錄功率因數提高到最大時所需補償電容值C

3.通過調節柜體左側三相調壓器同軸旋鈕，觀察并測量未加電容補償時日光燈點亮所需的電源電壓。

4.將三相調壓器同軸旋鈕調至日光燈額定工作電壓220V，完成表中電壓、電流、功率與功率因數記錄。

1.用萬用表的檔，判斷功率表的電流線圈中的熔斷器與日光燈管的熔斷器的導通情況。

2.將電流線圈與電壓線圈同名端相聯。按照先串聯回路聯接，后并聯回路聯接的原則，按前面實驗電路圖的動畫步驟進行接線。經檢查無誤后方可通電。

5.

改變電容，在1μF～9.87μF之間均勻取10個值，通過觀察智能型數字功率表中功率因數的感性、容性顯示變化，完成日光燈電路的測量表記錄。從理論上說，肯定能找到一個補償電容，使得經過電容補償后電路的=1，但由于裝置的限制，實驗時調不到=1，所以需根據測試數據，計算出=1時C的值。

6.利用實驗裝置中的獨立電容，盡可能地調出功率因數的最大值。五、實驗報告要求1.畫出實驗電路與表格，寫出實驗的簡要過程與步驟。2.記錄點亮日光燈所需的電源電壓，并完成在額定電壓下，電容從0～9.87μF之間變化時電路的相關參數的表格記錄。

3.利用實驗裝置中的獨立電容，盡可能地調出功率因數的最大值。并記錄功率因數最大值及所對應的補償電容器的