实验七  日光灯电路改善功率因数实验

班级：13电子（2）班              姓名：郑泽鸿                学号：04

指导教师：俞亚堃                    实验日期：20##年11月17日

同组人姓名：吴泽佳、张炜林

一、实验目的

① 了解日光灯电路的工作原理以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、实验仪器与元器件

① 8W日光灯装置（灯管、镇流器、启辉器）1套；

② 功率表1只；

③ 万用表1只；

④ 可调电容箱1只；

⑤ 开关、导线若干。

三、实验原理

已知电路的有功功率P、视在功率S、电路的总电流I、电源电压U，根据定义，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。

在日光灯电路中，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，大约只有0.5～0.6。

提高日光灯电路（其它感性电路也是一样）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，如图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，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2所示。

    由图2可知，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。

四、实验内容及步骤

1．功率因数测试。

   日光灯实验电路如图3所示，将电压表、电流表和功率表所测的数据记录于表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．对实验数据进行处理。

              将实验测量数据以三位有效数字的形式填入表2中。

表2  感性电路并联电容后的测试数据保留三位有效数字

       3．绘制cos φ — C 曲线。

根据表2中的数据，以电容C为横坐标、cos φ为纵坐标，在图4的坐标纸上绘制出cos φ — C 曲线。

图4  cos φ — C 曲线

4．实验数据计算。

              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 电路的有功功率P ’ 、无功功率Q、视在功率S

       5．实验数据分析。

       ① 功率表测量的有功功率P：

根据表2中的数据，可以看出：当并联电容C的电容量值逐渐增大时，功率表所测得的有功功率P大致在38.1W～39.3W之间波动，说明有功功率基本保持不变，所以改变并联电容C的电容量，有功功率P不变。

       ② 交流电流表测量的总电流（电流有效值）I：

根据表2中的数据，可以看出：

a．当并联电容C的电容量值0逐渐增大4.7μF时，总电流I逐渐减小，而电源电压恒定，所以视在功率S会减小。

b．当并联电容C的电容量值4.7μF逐渐增大10.1μF时，总电流I逐渐增大，而电源电压恒定，所以视在功率S会增大。

       ③ 功率因数cos φ ：

根据表2中的数据和图4的cos φ — C 曲线，可以看出：

a．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，电源利用率增大。

b．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，电源利用率减小。

       ④ 计算得出的有功功率P ’ ：

根据表3中的数据，可以看出：当并联电容C的电容量值逐渐增大时，根据U和I计算而得出的有功功率P’大致在35.0W～38.2W之间波动，说明有功功率基本保持不变，所以改变并联电容C的电容量，有功功率P’基本不变。

       ⑤ 电路的无功功率Q：

根据表3中的数据，可以看出：

a．当并联电容C的电容量值0逐渐增大4.7μF时，无功功率Q逐渐减小，提高电源利用率。

b．当并联电容C的电容量值4.7μF逐渐增大10.1μF时，无功功率Q逐渐增大，降低电源利用率。

       ⑥ 电路的视在功率S：

根据表3中的数据，可以看出：

a．当并联电容C的电容量值0逐渐增大4.7μF时，视在功率S逐渐减小，提高电源利用率。

b．当并联电容C的电容量值4.7μF逐渐增大10.1μF时，视在功率S逐渐增大，降低电源利用率。

五、思考题解答

① 问题一：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。

解答问题一：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。

解析：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 问题二：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？

解答问题二：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。

解析：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。

六、实验结论

       1. 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：

a．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。

b．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。

第二篇：模电实验七 波形才产生电路实验