实验7 日光灯电路改善功率因数实验
日光灯电路及功率因数的提高实验报告
日光灯电路及功率因数的提高实验报告1.实验目的：本实验主要是为了了解日光灯的电路原理，以及通过不同方式提高日光灯的功率因数，从而达到节能的目的。
2.实验原理：日光灯是一种比较常见的照明灯具，其原理是通过放电管中的气体放电来产生紫外线，同时紫外线通过荧光粉的激发产生可见光线。
在电路方面，日光灯的电路主要包括电源电路、点火电路和预热电路。
其中，电源电路主要是为了提供足够的工作电压和电流，电路中通常采用交流电源。
点火电路则是为了在启动时提供足够的高压，以便放电管内部形成气体放电和紫外线辐射，最终点亮日光灯。
预热电路则是为了提供足够的预热电流，以便减小放电管的点火电压。
在实验中，我们主要关注提高日光灯的功率因数，其中功率因数是指电路中所消耗的有用功率与视在功率之比。
功率因数越高，电路的能量利用效率也就越高。
在日光灯电路中，功率因数主要受到电容器的影响。
常规日光灯中的电容器通常采用交流电容器，其功率因数较低，只有0.5-0.7左右。
因此，为了提高日光灯的功率因数，我们需要通过改进电路中的电容器来实现。
有几种提高日光灯功率因数的方法，其中较为常见的包括：(1)更换电容器：我们可以通过更换高效的交流电容器或相控交流电容器来提高电路的功率因数。
相控交流电容器比较适合纠正交流电路因为电感而导致功率因数下降的问题。
(2)串联电感：我们可以在电路中增加合适的电感，以降低电路中负载电流的频率，从而提高功率因数。
(3)使用电子镇流器：电子镇流器相对传统的电子镇流器来说，具有更高的效率和功率因数，可以大大减小电路中的损耗和浪费。
3.实验过程：本次实验主要选用更换电容器和串联电感两种方法来提高日光灯的功率因数。
具体步骤如下：(1)连接电路：我们首先按照实验装置要求，连接好日光灯的电路。
(2)记录数据：我们记录下日光灯启动前和启动后的功率因数、功率、电流、电压等数据，作为基准数据。
(3)更换电容器：接下来我们将原来的电容器更换为高效的相控交流电容器，再次记录相关数据。
实验7 日光灯电路改善功率因数实验
实验7 日光灯电路改善功率因数实验实验七日光灯电路改善功率因数实验一、实验目的1、了解日光灯电路的工作原理及提高功率因数的方法；2、通过测量日光灯电路所消耗的功率，学会使用瓦特表；3、学会日光灯的接线方法。
二、实验原理用P、S、I、V分别表示电路的有功功率、视在功率、总电流和电源电压。
按定义电路的功率因数cos??PP?。
由此可见，在电源电压且电路SIU的有功功率一定时，电路的功率因数越高，它占用电源〔或供电设备〕的容量S就越少。
—0.6。
提高日光灯电路〔其它感性电路也是一样〕功率因数的方法是在电路的输入端并联一定容量的电容器。
如图7-1所示：图1 并联电容提高功率因数电路图2 并联电容后的相量图图1中L为镇流器的电感，R为日光灯和镇流器的等效电阻，C为并联??，的电容器，设并联电容后电路总电流I?，电容支路电流I灯管支路电流IRLC〔等于未并电容前电路中的总电流〕，那么三者关系可用相量图如图2所示。
?的相位差为?，功?，I?与总电压U由图2知，并联电容C前总电流为ILRLRL?的相位差为?，率因数为cos?L；并联电容C后的总电流为I?，I?与总电压U功率因数为cos?；显然cos?＞cos?L，功率被提高了。
并联电容C前后的有功功率P?IRLUcos?L?IUcos?，即有功功率不变。
并联电容C后的总电流I?减小，视在功率S?IU那么减小了，从而减轻了电源的负担，提高了电源的利用率。
三、实验设备8W日光灯装置〔灯管、镇流器、启辉器〕1套；功率表1只；万用表1只；可调电容箱1只；开关、导线假设干四、实验内容1、功率因数测试⑴按图3的实验电路连接电路〔应在断开电源的情况下连接电路〕〔2〕测试输出电压，调节输出电压为220V〔3〕接通电路前，经过老师的检查，检查无误后接通电路。
〔4〕通过功能键和电压表，电流表得到P,cos φ,U,I的数据并将数据记录于表1中。
图3 日光灯实验电路W为功率表,C用可调电容箱。
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7 功率因数的提高
实验七 功率因数的提高一、实验目的1. 了解日光灯电路，掌握改善功率因数的方法。
2. 进一步掌握瓦特表的使用方法。
二、原理说明1．日光灯的工作原理一个简单的日光灯电路由灯管、启辉器和镇流器等组成，如图7--1所示。
日光灯管的内壁涂有一层荧光物质，管两端装有灯丝电极，灯丝上涂有受热后易发射电子的氧化物，管内充有稀薄的惰性气体和水银蒸气。
镇流器是一个带有铁心的电感线圈。
启辉器由一个辉光管(管内由固定触头和倒U 形双金属片构成)和一个小容量的电容组成，装在一个圆柱形的外壳内。
当接通电源时，由于灯管没有点燃，启辉器的辉光管上（管内的固定触头与倒U 形双金属片之间）因承受了220V 的电源电压而辉光放电，使倒U 形双金属片受热弯曲而与固定触头接触，电流通过镇流器及灯管两端的灯丝及启辉器构成回路。
灯丝因有电流(启动电流)流过被加热而发射电子。
同时，启辉器中的倒U 形双金属片由于辉光放电结束而冷却，与固定触头分离，使电路突然断开。
在此瞬间，镇流器产生的较高感应电压与电源电压一齐( 约400--600V )加在灯管的两端，迫使管内发生弧光放电而发光。
灯管点燃后，由于镇流器的限流作用，使得灯管两端的电压较低(20W灯管约60V 左右)，而启辉器与灯管并联，较低的电压不能使启辉器再次动作。
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；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？（HE-16实验箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做一下试验。
）2．功率因数的提高日常生活中，感性负载很多，如变压器、电动机等，其功率因数都较低。
当负载端电压一定时，功率因数越低，输电线中的电流就越大，电能在输电线上的损耗增大，传输效率降低，发电设备的容量得不到充分的利用。
从经济效益来说，这无疑也是一个损失，应该设法提高负载端的功率因数。
实日光灯管 (图7--1)际常采用的方法是在负载端并联电容器，这样以通过电容器中的容性电流补偿原负载中的感性电流，虽然此时负载消耗的有功功率不变，但是随着负载端功率因数的提高，输电线路中的总电流减小，线路损耗降低，因此提高了电源设备的利用率和传输效率。
日光灯电路及其功率因数的提高,实验报告
日光灯电路及其功率因数的提高,实验报告日光灯电路及其功率因数的提高,实验报告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。
完成镇图4-7-1流器的等效参数RL、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、IC、IL、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4.7.4 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U,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，使可动电极的双金图4-7-2 日光灯电路图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。
自动化实验七日光灯功率因数的提高
201接9/11入/12 ，测出总电流， 电路实验
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1、 电感测量
五、实验记录
U
UL
UR
IL
L
2、 功率因数
U=
P=
C
0μF 0.33 μF 1 μF 2 μF
IC I
S
cos
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六、实验报告要求
整理好实验记录，进一步理解提高功率因数 的原理及意义。
注意用电安全！
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二、实验设备
1. 电工技术实验箱 一台
2. 数字万用表
一台
3. 交流电压表、电流表 各一台
4. 实验电路配件
一套
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三、实验原理
工作电路
实验电路
四、实验内容
1、 测定镇流器的直流电阻
2、 测定日光灯的电阻
接 按线 实之验前 电， 路用 接万 好用线表路
测，出闭镇合流 电器 源的 开直 关流 ，电用
实验七 日光灯功率因数的提高
一、实验目的 二、实验设备 三、实验原理 四、实验内容 五、实验记录 六、实验报告要求
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一、实验目的
• 1、掌握日光灯电路的工作原理及电路连接 方法；
• 2、掌握提高日光灯电路功率因数的方法； • 3、通过实验了解功率因数提高的意义。
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S UI
路根的据有测功量功结cos率果和计视算PS在电
功率，求出功率因数 。
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改善功率因数实验报告
四．实验设备
日光灯管30W、镇流器 、起辉器镇流器、 起辉器、电容器组、交流电流表、交流电压 表、功率表 、导线若干。
五．实验报告
根据所测的数据，在坐标纸上绘出 I f (C ), COS f (C ) 等曲线。 从测量数据中、求出日光灯等效电阻，镇 流器等效感抗 ，镇流器电感。
用电容补偿电感；原则：不改变原日光 灯的工作状态；措施：并联电容。
电路图如下图
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三．实验内容及步骤
1、按上图认真接线，注意借用电流插头，以
便方便测量电流。 2、闭合电源开关，此时日光灯应亮，如用并 联电容器组提高功率因数完成本实验，则电 容C从0起逐渐增大并联电容器，并分别测量 总电压U、灯管电压UD、镇流器电压UL、总 电流I，灯管电流，电容器电流，功率P。
实验二 改善功率因数实验
一、实验目的
掌握日光灯电路的工作原理及电路连接方法。 通过测量电路功率，掌握功率表的使用方法。 掌握改善日光灯电路功率因数的方法。
二、实验原理 日光灯电路及工作原理。 日光灯的工作过程为 ：接通220伏的交流 电压→加在启动器上→辉光放电→双金属 片发热伸展→电路接通产生电流→辉光放 电停止启动器双金属片冷却弯曲断开→镇 流器产生强自感电压→与电源电压合并加 在灯管上→灯管放电发光→灯管在低电压 下正常发光。
电路实验日光灯安装及功率因数的提高
图19-3镇流器启辉器实验十七 日光灯安装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．理解提高电路功率因数的意义并掌握其方法。
二．原理说明1．在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路中的电流值，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，i =∑0U=∑0２．日光灯线路如图17-1所示，图中Ａ是日光灯 图17-13．并联电容提高电路的功率因数。
通常提高电感性负载功率因数的方法是在负载两端并联适当数量的电容器，使负载的总无功功率Q ＝Q L －Q C 减小，在传送的有功率功率P 不变时，使得功率因数提高，线路电流减小。
当并联电容器的Q C ＝Q L 时，总无功功率Q ＝0，此时功率因数ϕcos ＝1，线路电流I 最小。
C=P （tan φ1－tan φ）/wU2三．实验设备1．交流电压、电流、功率、功率因数表23．综合实验台（包括30Ｗ日光灯、30Ｗ镇流器，电容器，电流插座等）四．实验内容1按图17-2组成线路，经指导教师检查后按下闭合按钮开关，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止。
将电压调至220Ｖ，测量功率Ｐ，电流Ｉ，电压2,1,U U U 等值，填写下表，验证电压、电流相量关系。
( 将电容开关断开)图17-2 2．并联电路——五．预习思考题２．为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，3．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？。
日光灯电路功率因数的提高
实验： 日光灯电路功率因数的提高一、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:1.日光灯线路日光灯电路由灯管、镇流器及启辉器三部分组成，线路如图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2所示。
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
图1 日光灯电路 图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，如图3所示。
图3感性负载电路 图4相量图 在感性负载两端并联电容器后的相量图如图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。
ICI B0I (a)电路图(b)相量图启辉器U 1U 2U三、实验设备:四、实验内容:1. 日光灯线路接线与测量。
按图5接线。
经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记录此时的U、U L、U A、I的值。
然后将电压调至220V，测量U，U L，U A、I等值，验证电压、电流相量关系。
实验数据记入表1。
日光灯功率因数提高的实验报告
日光灯功率因数提高的实验报告篇一：实验4日光灯电路及其功率因数的提高实验四日光灯电路及其功率因数的提高一、实验目的1．了解日光灯电路的工作原理2．掌握提高功率因数的意义与方法二、实验器材1．1台型号为RTDG－3A或RTDG－4B 的电工技术实验台2．1根40W日光灯灯管3．1台型号为RTZN13智能存储式交流电压／电流表4．1个型号为RTDG－08的实验电路板，含有镇流器、启辉器、电容器组三、实验内容测量日光灯电路有并联电容和没有并联电容这两种情况下的功率因数，掌握提高功率因数的方法。
四、实验原理在正弦交流电路中，功率因数的高低关系到交流电源的输出功率和电力设备能否得到充分利用。
为了提高交流电源的利用率，减少线路的能量损耗，可采取在感性负载两端并联适当容量的补偿电容，以改善电路的功率因数。
并联了补偿电容器 C 以后，原来的感性负载取用的无功功率中的一部分，将由补偿电容提供，这样由电源提供的无功功率就减少了，电路的总电流? 也会减小，从而使得感性电路的功率因数cos φ得到提高。
图4－1 日光灯电路原理图五、实验过程1. 日光灯没有并联电容时的操作过程(1) 先切断实验台的总供电电源开关，按照实验电路图4—1来连线。
用导线将调压器输出相线端、总电流测量插孔、日光灯电流测量插孔、镇流器、日光灯灯丝一端、启辉器、日光灯灯丝另一端、调压器输出地线端按顺序联接到实验线路中。
(2) 用导线将电容器电流测量插孔与电容器组串联再与上述日光灯电路并联，并将电容器组中各电容器的控制开关均置于断开位置。
注意，电容器电流测量插孔应联接在总电流测量插孔的后面。
(3) 实验电路接线完成后，需经过实验指导教师检查无误，方可进行下一步操作。
(4) 将安装在电工实验台左侧面的自耦变压器调压手柄按照逆时针方向旋转到底。
(5) 闭合实验台的总供电电源开关，按下启动按键。
(6) 按下调压按键，使实验台的调压器开始工作，这时实验台上的三相电压表显示调压器的输出电压。
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实验七 日光灯电路改善功率因数实验
一、实验目的
1、了解日光灯电路的工作原理及提高功率因数的方法；
2、通过测量日光灯电路所消耗的功率，学会使用瓦特表；
3、学会日光灯的接线方法。
二、实验原理
用P 、S 、I 、V 分别表示电路的有功功率、视在功率、总电流和电源电压。
按定义电路的功率因数IU
P S P ==
ϕcos 。
由此可见，在电源电压且电路的有功功率一定时，电路的功率因数越高，它占用电源（或供电设备）的容量S 就越少。
日光灯电路中，镇流器是一个感性元件（相当于电感与电阻的串联），因此它是一个感性电路，且功率因数很低，约0.5—0.6。
提高日光灯电路（其它感性电路也是一样）功率因数的方法是在电路的输入端并联一定容量的电容器。
如图7-1所示：
图1 并联电容提高功率因数电路 图2 并联电容后的相量图 图1中L 为镇流器的电感，R 为日光灯和镇流器的等效电阻，C 为并联
的电容器，设并联电容后电路总电流I ，电容支路电流C
I ，灯管支路电流RL I
（等于未并电容前电路中的总电流），则三者关系可用相量图如图2所示。
由图2知，并联电容C 前总电流为RL I ，RL I 与总电压U 的相位差为L ϕ，功率因数为L ϕcos ；并联电容C 后的总电流为I ，I 与总电压U
的相位差为ϕ，功率因数为ϕcos ；显然ϕcos ＞L ϕcos ，功率被提高了。
并联电容C 前后的有功功率ϕϕcos cos IU U I P L RL ==，即有功功率不变。
并联电容C 后的总电流I 减小，视在功率IU S =则减小了，从而减轻了电源的负担，提高了电源的利用率。
三、实验设备
8W 日光灯装置（灯管、镇流器、启辉器）1套；功率表1只；万用表1只；可调电容箱1只；开关、导线若干 四、实验内容
1、功率因数测试
⑴按图3的实验电路连接电路（应在断开电源的情况下连接电路） （2）测试输出电压，调节输出电压为220V
（3）接通电路前，经过老师的检查，检查无误后接通电路。
（4）通过功能键和电压表，电流表得到P,cos φ,U,I 的数据并将数据记录于表1中。
图3 日光灯实验电路
W为功率表,C用可调电容箱。
表1 感性电路并联电容后的测试数据
2.数据处理（保留3位有效数字）
表2 感性电路并联电容后的测试数据处理
3.有功功率P = U I cos φ，无功功率Q = U I sin φ，视在功率S = U
I 。
利用公式，将实验数据中电压有效值U和电流有效值I，计算出电路的有功功率P ’、无功功率Q和视在功率S。
并且将计算数据以保留三位有效数字的形式填入表3中
表3 感性电路并联电容后的测试数据的计算
4.根据表3数据，在坐标纸上以电容C为横坐标、ϕ
cos为纵坐标作ϕ
cos—C 曲线图图4(另附坐标纸)。
六、思考题
1、日光灯电路中并联电容C之后，总电流减少了，镇流器所需的无功功率是否也减少了？试解释之。
答：日光灯电路中并联电容C之后，总电流减少了，镇流器所需的无功功率也减少。
根据表3可以看出，对比没并联电容，并联上电容后，如果总电流减少，那么镇流器所需的无功功率也减少；如果总电流增大，那么镇流器所需的无功功率也增大。
2、不论日光灯电路的两端并联多大容量电容器都可以提高电路的功率因数吗？为什么？
答：日光灯电路的两端并联多大容量电容器不一定可以提高电路的功率因数。
根据表2中的数据和图4的cos φ— C 曲线，可以看出：当并联电容C的电容量值0逐渐增大4.7μF时，功率因数cos φ逐渐增大。
当并联电容C的电容量值4.7μF逐渐增大10.1μF时，功率因数cos φ逐渐减小。
所以，并联太大的电容反而会降低了电路的功率因数。
七、注意事项
1、接通电路前，一定要经过老师的检查。
2、每次断电前，必须先把电压调到50伏以下再断电，以防电容被击穿
3、当发生警报时，应先断电，由老师检查原因，不能私自检查实验。
八、实验分析与结论：
根据表3中的数据和图4的cos φ—C曲线，可以看出：
1.当并联电容C的电容量值0逐渐增大4.7μF时，有功功率P恒定，总电流I减小，无功功率Q逐渐减小，视在功率S减小，功率因数cos φ提高，电源利用率提高。
2.当并联电容C的电容量值4.7μF逐渐增大10.1μF时，有功功率P恒定，总电流I增大，无功功率Q逐渐增大，视在功率S增大，功率因数cos φ降低，电源利用率降低。
因此，可以得出结论：
提高日光灯电路（其它感性电路也一样）的功率因数cos φ的方法就是在电路的输入端并联一定容量的电容器，但功率因数也有最大的限度，如果并联的电容量太大，则反而会导致功率因数的降低。