日光灯电功计量电路的设计及功率因数的提高

一、实验目的：

1、学习日光灯的连接方法

2、学习单向交流电路中的电压、电流、功率和功率因数的测量方法

3、了解提高交流电路、功率因数的措施

二、实验仪器：

1、日光灯及其电路（如图1）

  日光灯电路的核心部件是灯管，灯管的两端是两组灯丝，两组灯丝各引出两个接触电极与外电路连接，灯管内充有低压惰性气体（如氩气）及少量水银，管内涂有荧光粉，故称荧光灯。

2、电度表的使用及工作原理（如图2）

  目前使用的电度表有两种：①机械式②电子式（本实验用①）

（1）机械表的工作原理：当电能表接入电路时，电压线圈和电流线圈产生的磁通圆盘。这些磁通在时间和空间上交叠，分别在圆盘上感应出涡流，由于磁通子涡流的相互作用而产生转动，因磁钢的制动作用，使圆盘的转动不变。由于磁通当电路中的电压和电流成比，使圆盘在其作用下以正比于负载的电流趋势运动，圆盘的转动经蜗盘传动到计度器，计度器的示数就是实际使用的电能。

3、提高功率因数的方法：

①，其中P为电源给的有功功率，为日光灯消耗的有功功率。为镇流器消耗的有功功率。

②日光灯的视在功率。其中I、U为电流和电压表测出的日光灯电路的总电流和日光灯电路两端的电压（有效值）

③电路的功率因数，其中P为电度表测得的功率值。即日光灯电路消耗的总有功功率，为了提高功率可在电路中并联电容，以以分电流I，S提高

四、节能灯

1、节能灯。学名是“普通照明用自镇荧光灯”，又名“紧凑型荧光灯”，其每瓦流明数（衡量电光源效率）远远高于普通灯。也就是说，在亮度相同的情况下，普通照明用自镇荧光灯耗的电能远远小于荧光灯，因而人们称为“节能灯”。

2、节能灯原理：节能灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，工作时灯丝的温度在1600K左右，比白炽灯工作温度2200K~2700K低很多，所以它的寿命也大大提高，达到了5000小时以上，由于不存在白炽灯那样的电流，热效应荧光粉的能量转换效率很高，达到了每瓦50流明以上。

五、实验内容：

1、按图1连接电路，用调压器将日光灯的电源从小到大逐渐调整，观察日光灯管点亮时的电压电流的变化，记录最低亮电压，理解镇流器的作用。

2、按图连接日光灯电功计量电路，将电源电压调到220V。通过电压表和电流表的读数，计算视在功率S，并设计和用电度表测量电路的有功功率P。计算功率因数。

3、在图（3）的电路中并联不同容值的电容，通过测量计算该方法提高功率因数的有效值，并总结功率因数和电容值的变化关系。

六、实验数据测量：

1、最低点亮电压：U=

2、

3、

上表是当并联不同电容时测量电流表的读数功率，由上表可知，①并联电容可以提高功率因数。②在一定范围内，并联电容值增大时，电流减小，视在功率也减小，功率因数提高，但当并联电路值达到某一个值时，并联电容值增大，电流增大，视在功率增大，功率因数减小。

七、误差分析：

八、注意事项：1、在调节电压时，需要使电压保持在220V以内，以避免电压过大烧坏实验仪器。2、接线、断线时务必先关掉电源。3、实验完毕后，关电后整理仪器。

九、实验心得：

第二篇：实验三 日光灯电路及其功率因数的提高

实验三  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U_R，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I_R(或I_L)、电容器支路电流I_C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。

实验的收获、体会。