日光灯电路及其功率因数的提高
实验五日光灯电路及功率因数的提高
实验五 日光灯电路与功率因数的提高一、 实验目的1． 了解日光灯电路的结构、工作原理和线路的联接。
2． 把握提高功率因数的方式，熟悉提高功率因数的意义。
3． 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1． 温习有关正弦交流电路功率和谐振电路的内容。
2． 温习功率表的利用方式。
3． 了解日光灯电路的组成和工作原理。
四、 实验原理1． 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：φφcos cos S UI P == 式中：φcos 为功率因数，φ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。
2． 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。
图1-32 提高功率因数实验电路 图1-33 相量图U I ..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。
日光灯电路及功率因数的提高
实验1.8 日光灯电路及功率因数的提高第一部分 实验指导书(本实验2学时)1. 实验目的（1） 了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接；（2） 熟悉正弦交流电路的主要特点：1） 掌握交流串联电路中总电压与各部分电压的关系；2） 掌握交流并联电路中总电流与支路电流的关系；3） 了解感性负载电路提高功率因数的方法；4） 学习正确使用交流电流表、交流电压表和功率表。
2. 实验器材与设备日光灯电路实验装置、交流电流表、电压表和功率表、耐压400V 以上的电容器等。
3. 实验内容与要求（1） 实验线路见图1-11。
把日光灯管看成电阻，把镇流器看成感性元件。
（2） 连接实验线路，进行测试，记录数据：1） 首先点亮日光灯，按所设计的表格测试电源电压U ，灯管电压U R 、镇流器电压U L 、电流I 及功率P ，计算功率因数；2） 并联不同的电容（1μF -5μF ），再分别测试各电压及灯管电流I R 、电容电流I C 、总电流I 及功率P ，并计算功率因数。
图1-11 日光灯实验电路4. 预习要求（1） 在开放实验室时提前进行调研，了解日光灯电路实验装置的结构及使用方法。
（2） 画出日光灯电路的实验线路图（画出功率表、电压表、电流表的连接方法）。
（3） 自拟实验步骤并设计出测量数据的表格。
1） 日光灯正常工作后，不并联电容所应测试和计算的数据表格。
2） 并联不同容量的电容后所应测试和计算的数据表格。
测电流插座（4）了解功率表的使用方法。
5. 实验注意事项（1）日光灯起动电流较大，起动时要小心电流表的量限，以防损坏电流表。
（2）不能将220V的交流电源不经过镇流器而直接接在灯管两端，否则将损坏灯管。
（3）在拆除实验线路时，应先切断电源，稍后将电容器放电，然后再拆除。
（4）线路接好后，必须经教师检查允许后方可接通电源，在操作过程中要注意人身及设备安全。
6. 实验报告要求（1）画出实验电路图并简述其工作原理。
（2）将所测得的实验数据和计算数据填写在所设计的表格内。
日光灯电路设计及功率因数的提高
•
假定功率因数从cos 提高到 cos ，所需并联电
容器的电容值可按下式计算： • 其中： 2 f ( f 50Hz)
P——电路所消耗的功率(W)。
2、镇流器的等效电路和等效电感
• 镇流器是一个铁心线圈，可用一个无铁心的电感和电阻串联成的电路来 等效，如图
• 2.16所示。所谓等效就是指这个电路中的功率和电流在相同的端电压情 况下分别与原有电路的功率和电流相等。根据这个原则，在日光灯电路 正常工作时，用低功率因数的功率表测得镇流器所消耗的功率也就是等 效电阻所消耗的功率。若用电流表测得通过镇流器的电流为I，则
六、实验思考与总结
• 1、提高接有感性负载的线路的功率因数能否 改变感性负载本身的功率因数？为什么？
• 2、在感性负载的电路中串联适当的电容亦能 改变电流与电压之间的相位差，但为什么不串 联电容的方法来提高功率因数？
• ※ 说明
• 在这个实验中，用日光灯电路模拟RL串联电路， 用并联电容的方法可以提高电路的功率因数。 但实际日光灯的电压波形不是正弦波，若按正 弦交流电路估算，误差较大，且不能用万用表 交流电压档测量其电压。
PL I 2r
其中：PL——镇流器所消耗的功率。 r ——镇流器的等效电阻。
于是：
r PL I2
• 用万用表欧姆挡直接测得镇流器线圈的电阻 rcu.则镇流器的 • 铜耗为，铁耗为 PCu I 2rCu 。
• 用万用表测出镇流器的端电压UrL，则镇流器的等效电抗：
X
U rL
2
实验六
• 日光灯电路设计及功率因数的提高 • （设计性实验）
பைடு நூலகம்、实验目的
• 1、掌握提高功率因数的意义及其方法 • 2、深刻理解交流电路中电压、电流的相
试验11日光灯电路及功率因数提高
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0～500V
1
2
交流电流表
０～5A
1
3
功率表
ห้องสมุดไป่ตู้
1 （DGJ-07）
4
自耦调压器
1
5
镇流器、启辉器 与40W灯管配用 各1 DGJ-04
6
日光灯灯管
40W
1
屏内
7
电容器
1μF,2.2μF,4.7μF/500 V
各1
DGJ-05
8
白炽灯及灯座
220V，15W
实验二、日光灯电路及其功率因数提高
一、实验目的
1. 掌握日光灯线路的接线。 2. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明 日光灯线路如图2-1所示，图中A是日光灯管，L是镇
流器， S是启辉器， 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。
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，
表2-1
电容值
测量 数值
计 算值
(μF) P(W) COSφ U(V) I (A) IL(A) IC(A) I’(A) Cosφ
0 U2
1
2.2
4.7
实验六 日光灯电路及功率因数的提高
实验六 日光灯电路及功率因数的提高一、实验目的1.验证单相交流电路中的电流、电压和功率关系的理论；2.了解日光灯电路的组成，工作原理和安装方法；3.了解用电容器改善功率因数的方法和意义；4.学习功率表的使用方法。
二、实验原理电力系统中的负载大部分是感性负载，其功率因数较低，为提高电源的利用率和减少供电线路的损耗，往往采用在感性负载两端并联电容器的方法，来进行无功补偿，以提高线路的功率因数。
日光灯电路为感性负载，其功率因数一般在0.3～0.4左右，在本实验中，利用日光灯电路来模拟实际的感性负载观察交流电路的各种现象。
1.日光灯的工作原理如图6-1所示，日光灯电路由荧光灯管、镇流器和启辉器三部分组成：(1)灯管：日光灯管是一根玻璃管，它的内壁均匀地涂有一层薄薄的荧光粉，灯管两端各有一个阳极和一根灯丝。
灯丝由钨丝制成，其作用是发射电子。
阳极是两根镍丝，焊在灯丝上，与灯丝具有相同的电位，其主要作用是当它具有正电位时吸收部分电子，以减少电子对灯丝的撞击。
此外，它还具有帮助灯管点燃的作用。
灯管内还充有惰性气体(如氮气)与水银蒸汽。
由于有水银蒸汽，当管内产生辉光放电时，就会放射紫外线。
这些紫外线照射到荧光粉上就会发出可见光。
(2)镇流器：它是绕在硅钢片铁芯上的电感线圈，在电路上与灯管相串联。
其作用为：在日光灯启动时，产生足够的自感电势，使灯管内的气体放电；在日光灯正常工作时，限制灯管电流。
不同功率的灯管应配以相应的镇流器。
(3)启辉器：它是一个小型的辉光管，管内充有惰性气体，并装有两个电极：一个是固定电极，一个是倒“U ”形的可动电极，如图6-3所示。
两电极上都焊接有触头。
倒“U ”形可动电极由热膨胀系数不同的两种金属片制成。
点燃过程：日光灯管、镇流器和启辉器的联接电路如图6-1所示。
刚接通电源时，灯管内气体尚未放电，电源电压全部加在启辉器上，使它产生辉光放电并发热，倒“U ”形的金属片受热膨胀，由于内层金属的热膨胀系数大，双金属片受热后趋于伸直，使金属片上的触点闭合，将电路接通。
实验日光灯电路及功率因数的提高
实验日光灯电路及功率因数的提高
日光灯电路是利用线圈产生的磁场去振荡电容，从而产生交流电子供电。
它可以实现
电源节省，减少维护费用，延长寿命，同时提高质量。
首先要提高日光灯电路的功率因数，就要充分利用电容和磁场的峰值。
当磁场的能量
大于电容的电荷时，需要在线圈上加电容，这样可以使电路的功率因数得到提高。
另一部分是采用电容式滤波器来降低共振频率和降低电磁兼容性。
对于逆变器来说，
可以采用拓扑电路，加大线圈抗线圈电容的电容，使逆变器线圈的抗热能力变得越来越高。
此外，还可以使用变频技术，使振荡电路的周期性变化。
由于变频波形的功率因数小，所以可以提高整个系统的稳定性，减少热散离的发生，同时满足灯具的质量要求。
最后要考虑的是，应该采用适宜的驱动电压，选择外部组件，如电容器、开关设备、
控制电路和散热器等，以提高电路发挥的能力。
调节电压和电流，使日光灯具的电流得到
控制，减少日光灯电路中电池的功耗，进一步提升日光灯电路的功率因数。
总之，想要提高日光灯电路的功率因数，就要通过利用线圈滤波器、变频技术以及外
部组件的优势来加强对磁场和电容的利用，使整个系统的能力不断提升，从而达到提高功
率因数的有效目的。
实验3 日光灯电路及功率因数的提高
实验三日光灯电路及功率因数的提高一、实验目的1、了解日光灯电路的工作原理与接线。
2、了解提高功率因数在工程上的意义。
3、掌握提高感性负载功率因数的方法。
4、熟悉功率表、功率因数表的使用方法。
二、实验内容1、日光灯电路及其功率因数的改善。
2、感性负载功率因数的提高。
四、实验原理1、日光灯电路原理日光灯电路由灯管、镇流器及启辉器三部分组成。
其原理如图3.1所示。
灯管在工作时可认为是一个电阻负载R。
镇流器是一个交流铁心线圈，可等效为一个电感很大的感性负载（r、L串联）。
灯亮后，启辉器就不起作用了。
故实际上是一个R、L串联电路，等效电路如图3.2所示。
其工作原理如下：当接通220V交流电源时，电源电压通过镇流器施加于启辉器两电极上，使极间气体导电，可动电极（双金属片）与固定电极接触。
由于两电极接触不再产生热量，双金属片冷却复原使电路突然断开，此时镇流器产生一较高的自感电动势经回路施加于灯管两端，而使灯管迅速起燃，电流经镇流器、灯管而流通。
灯管起燃后，两端压降较低，启辉器不工作，日光灯正常工作。
图3.1 日光灯原理电路 图3.2日光灯等效电路2、 功率因数的提高电力系统中的大多数负载，如异步电动机、日光灯等都是感性负载，功率因数较低，对电力系统的运行不利。
一是使电源设备的利用率减低，二是降低了输电线路的输电功率。
也就是说，负载的有功功率一定时，有关系式I=P/UC osφ，可见，功率因数低，线路电流就大，输电线路上的功率消耗I 2r 也就增大（r 为线路等值电阻），使输电功率降低。
因此提高负载的功率因数有着重要的经济意义。
提高功率因数即在不改变原负载工作状态的条件下，设法减小线路电流。
常用的方法是感性负载并联电容补偿之，容性负载并联电感补偿之。
图3.3感性负载电路 图3.4相量图在感性负载两端并联电容器后的相量图如图3.4所示。
若忽略线路阻抗，并联电容后并不改变原负载的工作状况，但却通过容性电流对感性电流的补偿，提高了功率因数，降低了对电源输出电流的要求，可增加一定容量电源的带载能力。
日光灯电路与功率因数的提高
实验4.7 日光灯电路与功率因数的提高4.7.1实验目的1．熟悉日光灯的接线方法。
2．掌握在感性负载上并联电容器以提高电路功率因数的原理。
4.7.2实验任务 4.7.2.1基本实验 1．完成因无补偿电容和不同的补偿电容时电路中相关支路的电压、电流以及电路的功率、功率因数的测量和电路的总功率因数曲线cosθ′=f (C )的测量。
并测出将电路的总功率因数提高到最大值时所需补偿电容器的电容值。
(日光灯灯管额定电压为220V ，额定功率30W 。
) 2．完成图4-7-1所示点亮日光灯时所需电压U 点亮和日光灯熄灭时电压U 熄灭的测量。
3．定量画出电路的相量图。
完成镇流器的等效参数R L 、L 的计算。
4.7.2.2扩展实验保持U =220V 不变，当电路并联最佳电容器后使得总功率因数达到最大时，在电容器组两端并入20W 灯泡，通过并入灯泡的个数，使得总电流I 与无并联电容时的I 值大致相同，记录此时I 、I C 、I L 、P 以及流入灯泡的电流值。
4.7.3实验设备1．三相自耦调压器 一套 2. 灯管 一套 3．镇流器 一只 4. 起辉器 一只 5. 单相智能型数字功率表 一只 6. 电容器组/500V 一套 7. 电流插座 三付 8. 粗导线电流插头 一付 9. 交流电压表(0~500V) 或数字万用表 一只 10．交流电流表(0~5A) 一只 11．粗导线 若干图4-7-14.7.4 实验原理1．日光灯电路组成日光灯电路主要有灯管、启辉器和镇流器组成。
联接关系如图4-7-2所示。
2．日光灯工作原理接通电源后，启辉器内固定电极、可动电极间的氖气发生辉光放电，使可动电极的双金属片因受热膨胀而与固定电极接触，内壁涂有荧光粉的真空灯管里的灯丝预热并发射电子。
启辉器接通后辉光放电停止，双金属片冷缩与固定电极断开，此时镇流器将感应出瞬时高电压加于灯管两端，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，发光后日光灯两端电压急剧下降，下降到一定值，如40W 日光灯下降到110V 左右开始稳定工作。
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日光灯电路及其功率因数的提 高
日光灯电路
• 1、电路的组成：灯管、镇流器、启辉器
பைடு நூலகம்
灯管
• 灯管为一根均匀涂有荧光物质的玻璃管， 管内充有少量水银蒸汽和惰性气体，灯管 两端装有灯丝电极
镇流器
• 镇流器为一个铁心线圈，其作用是日光灯 起辉时，产生高压将灯管点亮；在日光灯 管工作时，限制电流。
启辉器
• 启辉器是一个充有氖气的玻璃泡并装有两 个电极（双金属片和定片）
日光灯电路
U
220V交流电源
N
改善功率因数
• 按图接线
i
实验数据
通过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，进行四次重复测量。
电容值 (μF) 0 1 2.2 4.7 6.9 P(W) 39 38 39 39 39 测 量 COSφ 0.46 0.54 0.70 0.89 0.68 数 值 U(V) 220 220 220 220 220 I（A） 0.37 0.31 0.25 0.19 0.24 IL(A) 0.37 0.37 0.37 0.37 0.37 IC(A) 0 0.06 0.15 0.34 0.5