实验日光灯电路及功率因数的提高
第二篇:实验八 日光灯电路的连接及功率因数的提高
实验八 日光灯电路的连接及功率因数的提高
一、实验目的
1.学习功率表的使用;
2.学会通过U、I、P的测量计算交流电路的参数;
3.掌握提高电感性电路功率因数的方法。
二、原理说明
日光灯结构图如图8-1所示,K闭合时,日光灯管不导电,全部电压加在启辉器两触片之间,使启辉器中氖气击穿,产生气体放电,此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通,于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开,电路中电流突然减小;根据电磁感应定律,这时镇流器两端产生一定的感应电动势,使日光灯管两端电压产生400至500V高压,灯管气体电离,产生放电,日光灯点燃发亮。日光灯点燃后,灯管两端电压降为100V左右,这时由于镇流器的限流作用,灯管中电流不会过大。同时并联在灯管两端的启辉器,也因电压降低而不能放电,其触片保持断开状态。
图8-1日光灯结构图 图8-2工作原理图
日光灯工作后,启辉器断开,灯管相当于一电阻R,镇流器可等效为电阻RL和电感XL的串联,所以整个电路可等效为一R、L串联电路,其电路模型如图8-2
所示。
在电路中日光灯管与镇流器串联构成一个电感性负载电路,由于镇流器本身电感较大,故整个电路功率因数很低。整个电路消耗的功率P包括日光灯管消耗功率(PR=U2IL)以及镇流器所消耗的有功功率(PL=P-PR),用功率表直接可以测
量。也可以用交流电压表,电流表及功率表,测出电路的总电压U、电流I和总功率P,则电路的功率因数可用下式计算:
PCOS??UI
为了提高电路的功率因数,可以用并联电容器的办法,使流过电容器的无功
电流分量与感性负载中的无功电流分量互相补偿,减少电压和电流之间的相位差,从而提高了功率因数。由于电源的电压是固定的,所以并联电容器并不影响感性负载的正常工作,即感性负载支路的电流、功率和功率因数并不随并联电容量的多少而改变,仅仅是电路总电流及总功率因数发生变化。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:
C?P
2?U(tg??tg?')
此时电路总电流I是日光灯电流IL和电容器电流IC的相量和,其相量图如图
8-3所示。
图8-3 向量图
电容器吸取的容性无功电流IC抵消了一部分日光灯电流中的感性无功分量,
所以电路总电流下降,电路的功率因数提高。随着电容增大,电路中的总电流减小,当电流减小至最低值时,电路的功率因数最大。此时电容继续增大,电路的总电流也增大,电路的性质由感性转变为容性。
三、实验设备
1.电路实验箱
2.万用表
3.功率表
4.交流电流表
5.日光灯
四、实验内容
1.测量交流参数
实验接线如图8-4所示,电容C暂不接入。
图8-4 日光灯实验接线图
日光灯点亮前把电流表短接(按下电流表上的“短接”按钮)。交流调压器输出电压调至零,接通实验台电源,调节交流调压器的输出,使其输出电压缓慢增大,点亮日光灯,并将电压U调至220V(若电压调至220V后日光灯仍不亮,停止再升高电压,检查线路,直至日光灯点亮),按一下电流表的“短接”按钮,电流表开始工作。测量电路的电流、电压及功率,数据填入表8-1中。做完实验,将交流调压器旋钮调至零。
表8-1 U=220V
2、提高功率因数
如图8-4并联电容C,重复实验1方法步骤,U=220V不变,逐渐增加电容C的数值,测量各支路的电流、总电流和功率,当电容值超过4μF时,会出现过补偿,请同学们仔细观察。将测量数据填入表8-2中。做完实验,将交流调压器旋钮调至零。
表8-2 U=220V
六、实验报告 1.根据表8-1实验测量值计算日光灯的等效电阻及电感。
2.绘出cosφ—I,I—C的曲线,说明它们的关系。
3.说明功率因数提高的原因和意义。