实验九 日光灯功率因数提高
［实验目的］
1. 熟悉日光灯的接线，做到能正确迅速联接电路
2. 通过实验了解功率因数提高的意义
3. 熟悉功率表的使用
［实验原理］
日光灯管A，镇流器L（带铁芯电感线圈），
启动器S组成，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
端使日光灯管放电，产生大量紫外线，灯管
内壁的荧光粉吸收后幅射出可见的光，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，起限制电流的作用，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。
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，但如果电容器C增加过多（过补偿）。ICS>IGL总电流又将增大（I3>I2）。
［实验内容］
1. 将D04日光灯及D06可变电容箱元件按实验图2（a）所示电路连接。在各支路串联接入电流表插座，再将功率表接入线路，按图接线并经检查后，接通电源，电压增加至220V。
2. 改变可变电容箱的电容值，先使C=0，测日光灯单元（灯管、镇流器）二端的电压及电源电压，读取此时灯管电流IG及功率表读数P。
3. 逐渐增加电容C的数值，测量各支路的电流和总电流。电容值不要超过6μf，否则电容电流过大。
［实验结果］
［注意事项］
1. 日光灯电路是一个复杂的非线性电路，原因有二，其一是灯管在交流电压接近零时熄灭，使电流间隙中断，其二是镇流器为非线性电感。
2. 日光灯管功率（本实验中日光灯标称功率20W）及镇流器所消耗功率都随温度而变，在不同环境温度及接通电路后不同时间中功率会有所变化。
3. 电容器在交流电路中有一定的介质损耗。
4. 日光灯启动电压随环境温度会有所改变，一般在180V左右可启动，日光灯启动时电流较大（约0.6A），工作时电流约0.37A，注意仪表量限选择。
5. 本实验中日光灯电路标明在D04实验板上，实验时将双向开关扳向“外接220V电源”一侧，当开关扳向“内接电源”时由内部已将220V电源接至日光灯作为平时照明光源之用。灯管两端电压及镇流器两端电压可在板上接线插口处测量。
6. 功率表的同名端按标准接法联结在一起，否则功率表中模拟指针表反向偏转，数字表则无显示。
7. 使用功率表测量必须按下相应电压、电流量限开关，否则可能会有不适当显示。
8. 为保护功率表中指针表开机冲击，JDW-32型功率表采用指针表开机延时工作方式，仪表通电后约10秒钟两表自动进入同步显示。
9. 本实验如数据不符理论规律首先检查供电电源波形是否过份畸变，因目前电网波形高次谐波份量相当高，如能装电源进线滤波器是有效措施。
10. 本次实验操作电源超出安全电压（安全电压36v），必须保证断电接线，严禁通电接触电路。同时一人操作，其他人监护。
第二篇：20xx 实验3 日光灯电路及功率因数的提高
实验四 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。
通常提高电感性负载功率因数的方法是在负载两端并联适当数量的电容器，使负载的总无功功率Q＝QL－QC减小，在传送的有功率功率P不变时，使得功率因数提高，线路电流减小。当并联电容器的QC＝QL时，总无功功率Q＝0，此时功率因数＝1，线路电流I最小。若继续并联电容器，将导致功率因数下降，线路电流增大，这种现象称为过补偿。
负载功率因数可以用三表法测量电源电压U、负载电流I和功率P，用公式 
计算。
本实验的电感性负载用铁心线圈，（日光灯镇流器）电源用220V交流电经自耦调压器调压供电。
三．实验设备
1．交流电压表、电流表、功率表（在控制屏）
2．自耦调压器（输出可调的交流电压）
3．NEEL—17（或EEL—52、EEL—55或MEEL—001、MEEL—02）—30W镇流器，630V/4.3μF电容器，电流插头，40W/220V白炽灯，30W日光灯
四．实验内容
1．测量日光灯电路
日光灯电路如图3-2所示，功率表的连接方法见图3-1，交流电源经自耦调压器调压后向负载日光灯供电。将电压U调到220V，测量日光灯管两端电压UR、镇流器电压URL和总电压U以及电流和功率，并记入自拟的数据表格中。
2．提高感性负载功率因数实验
按图3-2组成实验电路经指导老师检查后，按下按钮开关，调节自耦变压器的输出电压为220V，记录功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，接入电容，从小到大增加电容值，记录不同电容值时的功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，并记入表3-1中。实验中用电流取样插头测量三个支路的电流。在实验过程中，一直要保持负载电压
U
2等于210V，以便对实验数据进行比较。
注意：日光灯启动时电流较大（约0.6A），工作时电流约为0.37A，注意仪表量程选择。
表3-1提高感性负载功率因数实验数据
温馨提示：
电容电流IC与电容成正比 应改接用另一条线路测量电容电流；
总电流I从大到小然后从小到大变化；
功率因数cos
从小到大然后从大到小变化,最大的功率因数对应最小的总电流。
特别强调：
交流电源应先接功率表、功率因数表,再接总电流表,然后到整流器和灯光。
自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上；调节时，应缓慢调节，使其输出电压从零开始逐渐升高，直至220V，再接到日光灯电路中，以免烧毁日光灯管。
换接电路前，应先将自耦调压器应缓慢调节到零，保证人身及设备安全。
做完实验后，应先将自耦调压器应缓慢调节到零，再拆线，保持良好的用电道德。
五．实验注意事项
1．通常，功率表不单独使用，要有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不超过功率表电压和电流的量程；
2．注意功率表的正确接线，上电前必须经指导教师检查；
3．自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高。每次改接实验负载或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必须严格遵守这一安全操作规程。
六．预习与思考题
1．自拟实验所需的表格；
2．参阅课外资料，了解日光灯的电路连接和工作原理；
3．当日光灯上缺少启辉器时，人们常用一根导线将启辉器插座的两端短接一下，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？
4．了解功率表的连接方法；
5．了解自耦调压器的操作方法。
6．电感性的负载为什么功率因数较低？负载较低的功率因数对供电系统有何影响？为什么？
7．为了提高电路的功率因数，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？此时感性负载上的电流和功率是否改变？
8．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？
七．实验报告要求
1．根据实验1的数据，计算镇流器的参数（电阻R和电感L）；
2．根据实验2的数据，画出各个电压和电流的相量图，说明各个电压之间的关系。
3．根据实验2数据，计算出日光灯和并联不同电容器时的功率因数，并说明并联电容器对功率因数的影响。绘制出功率因数与所并电容的曲线，所并电容是否越大越好?
4．根据表3-1中的电流数据，说明 I＝IC＋IRL吗？为什么？
7．画出所有电流和电源电压的相量图，说明改变并联电容的大小时，相量图有何变化？
8．根据实验2数据，从减小线路电压降、线路功率损耗和充分利用电源容量两个方面说明提高功率因数的经济意义。
9．回答思考题6、7、8。