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/UCosφ，可见，功率因数低，线路电流就大，输电线路上的功率消耗I²r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。

 

三、实验设备: 

四、实验内容:

1. 日光灯线路接线与测量。

 

                                         图5

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。

表1

2. 并联电路──电路功率因数的改善。按图6组成实验线路。

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2中。

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. 在接通电源前，应将自耦调压器手柄置零位上。

    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。

 

                                   图6

表2

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（DG09实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做一下试验。）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：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。

三、实验仪器与设备

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/UCosφ，可见，功率因数低，线路电流就大，输电线路上的功率消耗I2r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。

根据图3.4所示的相量图，可确定将功率因数从λ0=cosφ0提高到λ=cosφ时所需并联的电容。参考以下公式计算：

P=UIλ=UI0λ0 I0= I= IC=I0sinφ0-Isinφ C=

负载消耗的电能是供电部门或用户的一个重要指标，电能用电度表测量。

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，通电之前一定要经老师检查。

2、每次换接线路，均要断开电源，不得在通电状态下换接线路，以免造成人身危险。

3、功率表要正确接入线路，读数时要注意量程和实际读数的折算关系。

4、线路接线正确，日光灯不能启辉时，注意检查启辉器及其接触是否良好。

六、实验内容与步骤

1、 日光灯电路及其功率因数的改善

（1）按图3.5实验电路接线，电源电压取自实验装置配电屏上的220V电源端，功率因数表接线方式同功率表，电流线圈串入电路，电压线圈并入电路，参考实验十五中功率表的接线说明。接线完毕经指导教师检查后，方可接通市电电源。

图3.5实验电路

实验用的日光灯管安装在实验装置的顶端，灯管两端引出的四根绝缘导线与实验装置的电源控制屏上的日光灯管线路图的四个蓝色护套插座相连。

（2）将S1、S2、S3断开，输入220V，用交流电压表测量电源电压U、灯管电压U1、镇流器电压U2，通过一只交流电流表和三只电流插座分别测量三条支路的电流，用单相功率表测量功率，并记入表3.1中。

表3.1

（3）分别并联电容C1、C1+C2、C1+C2+C3，每改变一次电容值，测一次有关参数，记入表3.2中。

（4）在同一坐标系作I=f(C)和cosφ=f（C）曲线，并分析曲线成因。

表3.2

七、实验思考题

1、在日常生活中，当日光灯上缺少启辉器时，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？

2、提高感性负载的功率因数，为什么不采用给负载串联电容的方法？所并电容器是否越大越好？

3、并联电容后，总电流和功率因数有何变化？以此说明提高功率因数的实际意义。

4、怎样判断电路工作在λ=1的状态？