技能训练19 提高日光灯电路的功率因数
一．实验目的
（1）熟悉日光灯电路的工作原理，做到能正确迅速连接线路。
（2）通过实验了解功率因数提高的方法和意义。
（3）学会功率表、功率因数表的使用方法。
二．实验原理及内容说明
日光灯管R，镇流器L（带铁心电感线圈），启动器S组成（实验图7-1），当接通电源后，启动器内发生辉光放电，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，又把触点断开，这时镇流器感应出高电压加在灯管两端使日光灯放电，灯管内壁的荧光粉吸收后辐射出可见的光，日光灯就开始正常工作，启动器相当一只自动开关，能自动接通电路（加热灯丝）和开断电路（使镇流器产生高电压，将灯管击穿放电）。镇流器的作用除了感应高压使灯管放电外，在日光灯正常工作时，其限制电流的作用，镇流器的名称也由此而来，由于电路中串联着镇流器，它是一个电感量较大的线圈，因而整个电路的功率因数不高。（约0.5左右）
图7-1 日光灯电路
负载功率因数过低，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负载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。在日光灯接电源两端并联一个可变电容器，当电容器的容量逐渐增加时，电容支路电流Ic也随之增大，因Ic导前电压U90°可以抵消电流Ig的一部分无功分量Igl，结果总电流I逐渐减小（实验图7-2），但如果电容器C增加过多（过补偿）。Ic>Igl总电流又将增大。所以并联电容器应有一个合适的数值。
为了测量日光灯的功率有多大，可在电路中接入功率表，一般功率表都是多量程的，使用时要注意选用合适的量程。
图7-2
本实验中所使用的功率表需外接，该功率表的电压回路的灵敏度很高，因而内阻很大，测量时对被测电路的并联分流作用极小。另外，该表电流回路的内阻也特别小，因而对被测电路串联分压效应也很小。
功率表的接线如图7-3所示，图中功率表W的电流回路引出接线柱应与负载串联连接，W的电压回路引出端则与负载并联。其中标有*号，称同名端，接线时应将这两端连在一起。这样连接时当功率表指针正偏或有正读数时，则表示电源向负载传送功率，其数值为
W=UIcosФ(Ф为
与
间的夹角)
图7-3 图7-4
如果将电压输入端或电流输入端任一输入对调，由图8-4向量图可见这时Ф´=180°－Ф,则
W=UIcos(180°—Ф)=-UIcosФ
功率因数显示负读数。
三．实验设备及选用挂箱
四．实验内容及步骤
（1）将日光灯及可变电容箱按图7-2（a）所示电路连接，在各支路中串联接入电流表插孔，（可选用GDS-09上的电流插孔），使用一只电流表可方便的测量几条支路电流。再将功率表接入线路；功率表的电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。一般可选用功率表的适当的电压量程和电流量程，且还应将电压线圈和电流线圈的同名端接在一起后接向电源侧。
按图接线经检查无误后，合上主回路电源，调节GDS-01输出电源，使输出电压为220V（一般电压调至220左右时日光灯正常发亮）。
注意安全，千万别用手触摸导电部分。
（2）改变可变电容箱的电容值，先使C=0，用GDS-11交流电压表测总电压U，镇流器两端电压Ul及灯管两端电压Ua，用GDS-12交流电流表测总电流I，灯管支路电流IR及电容支路电流Ic，并用GDS-13功率表的250V档的电压量程及0.5A的电流量程测量功率P。
（3）按表格中所定电容值逐渐加大电容C的值，但不要超过6μF，否则会过补偿，总电流反而又会增大（变为容性）。记录各电容值下的U、UL、UR、I、IR及P记入表中。注意，功率表的读数及UR，UR的数值有否改变，为什么？
（4）绘出I=f(c)的曲线，并分析讨论。
本实验中使用的日光灯装在GDS-01电流控制屏上，GDS-09提供镇流器接线图和十进可变电容标志，镇流器，灯管均有接线端引出供测电压之用。实验时应将电源转换开关切向“实验”，电源可自日光灯线路两接线端引入。如开关切向“照明”，则表明日光灯已有内部电源接入可做日常照明用，这时实验接入回路不通。
五．实验数据记录
六．注意事项
1.用交流电压表及交流电流表测量电路中的电压、电流及功率表、功率因数表测量功率、功率因数时，要注意量程选择，若超过量程值，主控台将会发出报警声，并会自动切断电源。需适当选择量程档后，再按下GDS-01主控台上的启动按钮启动电源。
2.本实验时需将双向开关扳向“实验”状态。当扳向“照明”时由内部已将220V电源接日光灯上。
七．思考题
1.能否用一根导线代替启辉器？为什么？
2.是否并联电容越大，功率因数越高？
3.验证U=Ur+Ul是否成立，说明原因？
八．实验报告
1.完成上述数据测试并列表记录。
2.绘出总电流I=f(c)曲线，并分析讨论。
3.说明功率因数提高的意义？
第二篇：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。
(7) 闭合交流电表开关，用导线将交流电压表与调压器输出端相联接，按顺时针方向旋转自耦变压器的调压手柄，用交流电压表监测，将调压器输出电压逐渐调升至220V。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。
(8) 使用交流电压表、交流电流表，按表4—1中的顺序测量电路端电压U、电路总电流I、日光灯灯管电压UR，将测量结果记入表4—1中。
表4—1 日光灯电路的测量
2. 日光灯并联电容时的操作过程
按照表4—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IR(或IL)、电容器支路电流IC的数值，并将测量结果记入表4—2中。
表4－2 并联电容提高功率因数
六、注意事项
(1) 实验前需要做充分的准备：预习实验内容，写出预习报告。无预习报告者不得进入实验室做实验。
(2) 本实验使用220V动力线路供电，在进行日光灯电路的联接线操作时，务必切断实验台总供电电源开关，严禁带电操作。
(3) 在本次实验中需要测量三条支路电流，需要在实验电路中接入三个电流测量插孔，如果接入的电流测量插孔个数不够，将无法正常完成电流数值的测量。
(4) 如果实验电路接线正确，接通工作电源后日光灯不能正常点亮，可转动启辉器以使日光灯点亮。
(5) 在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断电源，在断电状态下操作。
(6) 实验完毕，拆线时用力不要过猛，以防拔断导线，最好是轻轻的旋拔。做完实验后，收拾好实验设备与器材，经实验指导老师检查并签字后方可离开实验室。
七、实验预习要求
(1) 正确解读日光灯电路接线图，掌握日光灯的工作原理。
(2) 当日光灯电路中缺少了启辉器时，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，这样也能使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？
(3) 为了提高电路功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电容支路，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？
八、实验报告要求
(1) 画出实验原理图。
(2) 根据表4—1中的实验数据，计算日光灯电路的功率因数cosφ值。
(3) 根据表4—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。
(4) 由表4—2中计算出的功率因数cosφ值分析，使日光灯电路功率因数改善效果最佳的电容器容量值为多少。
(5) 讨论改善感性电路功率因数的方法、意义及注意事项。
(6) 记录实验现象及实验数据，并对实验结果进行分析。
(7) 实验的收获、体会。