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
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实验题目: 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，学会电工电子电力拖动实验装置；
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
。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7-1 图7-2
图7-1 并联电容提高功率因数电路 图7-2 并联电容后的相量图
图7-1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
，电容支路电流
，灯管支路电流
（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7-2所示。由图7-2知，并联电容C前总电流为
，
与总电压
的相位差为
，功率因数为
；并联电容C后的总电流为
，
与总电压
的相位差为
，功率因数为
；显然
＞
，功率被提高了。并联电容C前后的有功功率
，即有功功率不变。并联电容C后的总电流
减小，视在功率
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
电工电子电力拖动实验装置一台，型号：TH-DT、导线若干
四、实验内容
1、功率因数测试
按照图7-3的电路
实验电路如图7-3所示，将三表测得的数据记录于表7-1中。
图7-3 日光灯实验电路
W为功率表,C用可调电容箱。
五、实验数据与分析
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实验三 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。
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实验三 交流电路的研究
一、实验目的
1、学会使用交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器；
2、学习用交流数字仪表测量交流电路的电压、电流和功率；
3、学会用交流数字仪表测定交流电路参数的方法；
4、加深对阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。
5、研究提高感性负载功率因数的方法和意义；
二、实验原理
1、交流电路的电压、电流和功率的测量
正弦交流电路中各个元件的参数值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压U，流过该元件的电流I和它所消耗的功率P，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用来测量50Hz交流电路参数的基本方法。计算的基本公式为：
电阻元件的电阻：
或
电感元件的感抗
，电感
电容元件的容抗
，电容
串联电路复阻抗的模
，阻抗角 
其中：等效电阻
，等效电抗
在R、L、C串联电路中，各元件电压之间存在相位差，电源电压应等于各元件电压的相量和，而不能用它们的有效值直接相加。
电路功率用功率表测量，功率表（又称为瓦特表）是一种电动式仪表，其中电流线圈与负载串联，（具有两个电流线圈，可串联或并联，以便得到两个电流量程），而电压线圈与电源并联，电流线圈和电压线圈的同名端（标有*号端）必须连在一起，如图3-1所示。本实验使用数字式功率表，连接方法与电动式功率表相同，电压、电流量程分别选500V和3A。
2、提高感性负载功率因数的研究
供电系统由电源（发电机或变压器）通过输电线路向负载供电。负载通常有电阻负载，如白炽灯、电阻加热器等，也有电感性负载，如电动机、变压器、线圈等，一般情况下，这两种负载会同时存在。由于电感性负载有较大的感抗，因而功率因数较低。
若电源向负载传送的功率
，当功率P和供电电压U一定时，功率因数
越低，线路电流I就越大，从而增加了线路电压降和线路功率损耗,若线路总电阻为
，则线路电压降和线路功率损耗分别为
和
；另外，负载的功率因数越低，表明无功功率就越大，电源就必须用较大的容量和负载电感进行能量交换，电源向负载提供有功功率的能力就必然下降，从而降低了电源容量的利用率。因而，从提高供电系统的经济效益和供电质量，必须采取措施提高电感性负载的功率因数。
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功率因数提高
一、实验目的
1、了解荧光灯的结构及工作原理。
2、掌握对感性负载提高功率的方法及意义。
二、实验原理
荧光灯管A，镇流器L，启动器S组成，当接通电源后，启动器内发生辉放电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使它发射电子，启动器接通后辉光放电停止，双金属片冷却，又把触电断开，这是镇流器感应出高电压加在灯管两端使荧光灯管放电，产生大量紫外线，灯管同壁的荧光粉吸收后辐射出可见光，荧光灯就开始正常的工作，启动器相当一只自动开关，能自动接通电路和开端电路。
伏在功率因数过低，一方面没有充分利用电源容量，另一方面又在输电电路中增加损耗。为了提高功率因数，一般最常用的方法是在伏在两端并联一个补偿电容器，抵消负载电流的一部分无功分量。
三、实验内容
1、按图二接线，经老师检查无误，开启电源。
2、用交流电压表测总电压U，镇流电路两端电压Ul及灯管两端电压UA，用交流电流表测总电流I，灯光支路电流Ia及电容支路电流Ic，用功率表测其功率P。
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实验二 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． 掌握功率因数的测定方法以及提高功率因数的意义与方法
二、实验器材
1．实验电路板，含有镇流器、启辉器、电容器组
2． 40W日光灯灯管
3．交流电压／电流表
三、实验内容
1、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2-1 日光灯电路原理图
2、 日光灯没有并联电容时功率因数的测定
（1）先切断实验台的总供电电源开关，按照实验电路图2-1来连线。。
（2）将电容器组中各电容器的控制开关均置于断开位置。
（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）闭合实验台的总供电电源开关，按下启动按键。这时安装在实验台内部的日光灯灯管将会点亮，日光灯电路开始正常工作。
（5）使用交流电压表、交流电流表，按表2-1中的顺序测量电路总电压U、电路总电流I、日光灯灯管电压UR，将测量结果记入表2-1中。
（6）根据表2-1中的实验数据，计算日光灯电路的功率因数cosφ值。
表2-1 日光灯电路的测量
3. 日光灯并联电容时的功率因数的测定
按照表2-2中列出的电容器容量值，逐项测量电路总电流I、日光灯支路电流IL、电容器支路电流IC的数值，并将测量结果记入表2-2中。根据表2-2中的实验数据，计算在并联不同容量值的电容器时日光灯电路的功率因数cosφ值。
…… …… 余下全文
实验1.4 日光灯电路与功率因数的提高研究
一、实验目的
（1）了解日光灯的工作原理，学会安装日光灯电路。
（2）学习提高功率因数的方法，理解提高功率因数的实际意义。
（3）掌握交流电压表、电流表和功率表的使用方法。
二、实验设备及材料
通用电学实验台，单相交流调压器，交流电压表、交流电流表，功率表、日光灯套件（光管、镇流器、启辉器）、电容器若干和导线一批。
三、实验原理
1、日光灯工作原理
日光灯电路主要由灯管、镇流器、启辉器等三部分组成。
灯管是一根两端各装有灯丝和电极的密封园形玻璃管，内壁涂有一层均匀的荧光粉（卤磷酸钙）。管内抽成真空之后，注入少量惰性气体（如氩、氖气等）和少量水银，涂在灯丝上的金属氧化物（如氧化钡、氧化锶等）形成电极。当灯管预热后再在两极间加上一定电压，灯管就会点燃。镇流器实质上就是一个铁心线圈，用以限制通过灯管的电流，以及启动时与启辉器配合产生足够的瞬时高压（自感电动势），使灯管点燃。启辉器又称启动器，是一个小型辉光放电氖泡，内部装有的两个电极触片，一个是固定的静触片，一个是倒“U”形的可动触片，可动触片由两种膨胀系数相差较大的双金属片粘合一起制成。两触片之间并联有一小电容器，以避免启辉器两触头断开时产生火花烧坏触头，同时可防止灯管内部气体放电时产生的电磁波对无线电设备的干扰。
启辉器双金属片与静触片相碰使触点闭合的同时，氖泡内两电极间电压下降为零，辉光放电停止，双金属片开始冷却，渐向原位收缩，触点断开。在触点断开的一瞬间，原来接通的镇流器、灯丝回路变成断开状态，使镇流器线圈两端产生一个相当高的自感电动势。此电动势与电源电压共同加在灯管的两端，促使灯管里的水银蒸汽和氩气离子发生弧光放电。放电产生的紫外线散射到荧光粉上，发出一种近似日光的可见光。
…… …… 余下全文
