电路分析基础实验
实验1.6日光灯电路与功率因数的提高
1.熟悉日光灯的接线方法。学习功率表的使用方法。一、实验目的
2.掌握在感性负载上并联电容器以提高电路功率因数的原理。
1. 完成日光灯电路的测量。(日光灯灯管额定电压为220V ，额定功率40W 或30W)。
二、实验任务
2.完成因补偿电容改变而引起的功率因数改变的曲线=f (C)的测试。根据装置上现有的电容，求出将日光灯功率因数提高到最大值时所需补偿电容器的电容值。
θ'cos
日光灯测试电路图
I RL
I 点亮电压
U ~220V 零线
相线
I c
W
U Lr
U R
不要带电接、拆线
三相自耦调压器、灯管、挂箱上的起辉器、镇流器、
电容器组及电流插座、交流
电流表、电流插头、
智能型数字功率表、
数字万用表、导线。
三、实验设备
四、实验原理
日光灯电路主要有灯管、起辉器和镇流器组成。镇流器是一个带铁芯的电感线圈，它相当于一个电阻与电感串联的元件。
L，r
交流电源～220V
灯管
起辉器
日光灯电路接线图
日光灯灯管
镇
流
器
启
辉
器
点动开关镇流器
启辉器
保险丝是为了避免过电流损坏灯管
接启辉器
点动
开关
灯管：内有灯丝、灯头。玻璃管被抽成真空后，充入少量惰性气体并注入微量的液态水银，其内壁涂有一层匀薄的荧光粉。两端灯丝上涂有可发射电子的物质(电子粉)称为阴极。灯头与管内灯丝相连。
镇流器是一个具有铁心的电感线圈，但它不是纯电感，它相当于一个电阻与电感相串联的元件。其作用是限制和平稳通过灯管的电流，并产生较高的自感电动势以点亮日光灯。
启辉器：在日光灯接通过程中起点动开关作用。启辉器内有一个充有氖气的氖泡，氖泡内有两个电极，一个是固定电极，另一个是由两片热膨胀系数相差较大的金属片辗压而成的可动电极。在两电极的引出端并联一个电容C，用以消除对无线电设备的干扰。
日光灯的工作原理：
当日光灯电路接通电源后，因灯管尚未导通，故电源电压全部加在启辉器两端，使氖泡的两电极之间发生辉光放电，使可动电极的双金属片因受热膨胀而与固定电极接触，于是电源、镇流器、灯丝和启辉器构成一个闭合回路，所通过的电流使灯丝得到预热而发射电子。在氖泡内，两电极接触后辉光放电熄灭，随之双金属片冷缩与固定电极断开，断开的瞬间使电
路的电流突然消失，瞬时在电感上产生一个比电源电压高得多的感应电动势，连同电源电压一起加在灯管的两端，使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收紫外线后，辐射出可见光，日光灯就开始正常工作。在正常状态下，镇流器对灯管起分压和限流作用，使灯管电流不致太大。
日光灯正常工作后，可看成由日光灯管和镇流器串联的电路。灯管相当于一个电阻元件，前面已经提到镇流器相当于一个电阻、电感相串联的元件。这样，日光灯电路就可看成一个RL 串联的感性负载，电流为，
设该负载两端电压相位超前于电流相位θ角，则电路的功率因数为cos θ。
RL
I
为了提高电源的利用率和电路的传输效率，须提高电路的功率因数。提高感性负载功率因数的方法之一，就是在感性负载两端并联适当的补偿电容，以供给感性负载所需的部分无功功率。并联电容器后，负载两端的电压与总电流的相位差为，电路图、向量图如下图所示。
?
U ?I θ'R
日光灯电路
L
C
RL
I ?
?
I
C
I ?
?
U
θ'θ
C
I ?
?
U
?
I
RL
I ?
C
I ?
提高电路功率因数的原理图与向量图
)tan (tan 2
θθω'-=U
P C θ'cos 由图可见，并联电容器后，
＞cos θ，即功率因数得到了提高。补偿电容C 大小可按下式计算：
P 为有功功率ω 为2πf (f =50Hz)
为电源电压
L 为补偿前日光灯支路电流
为电容支路电流
为补偿后电路总电流
θ及为补偿前、后电压与电流的相位角
?
U R I ?
C I ?
?
I θ'
过补偿现象。从图看出，随着并联电容不断地增加，也随之增大，使得||逐渐变小，过0后，又逐电容电流I
c
渐变大，此后电容越大，功率因数反而下降，此现象就称为过补偿。在过补偿的情况下，系统由感性转变为容性。出现容性的无功电流，不仅达不到补偿的预期效果，反而会使配电线路各项损耗增加，在工程应用中，应避免过补偿。
电容组电流插座
挂箱
镇流器参数计算。我们把镇流器看作R L 与L 串联电路，其模型如图1.6.4a 虚线框所示。我们可根据实验测得的数据、相量图或解析式，求出其等效参数R L 、L 的值。
-
~220V
＋1
R
灯管
A
R L
L
1
?
U 镇流器
θ
1
?
U L
U ?
?
U
R
U ?
RL
U ?
?
I
θ'
?
U
?
I
?
I
（1）相量图计算法
由余弦定理求得，再根据下式可求得R L 、L 。
U RL =U 1×cos ，则R L = （1.6.1）
I
U
R L
U L =U 1×sin ，则L
= （1.6.2）ω
I U L
或由余弦定理求得，再根据下式可求得R L 、L 。
U RL =U ×cos -U R ，则R L = （1.6.3）
I
U R L
U L =U ×sin ，则
L = （1.6.4）ω
I U L
（2）解析计算法
（1.6.5）
2
2)
()(L R R I
U Z L ω++==2
2
11)(L R U Z L ω+==（1.6.6）
电路的有功功率P=UIcos θ，它表明了二端网络实际吸收能量的大小，功率因数越接近1，吸收的有功功率就越大。有功功率是由电阻元件消耗的。
无功功率Q=UIsin θ，它是由电感或电容元件消耗的。
视在功率S=UI= ，功率因数cos θ
= 。2
2
Q P S
P
求式(1.6.5)和式(1.6.6)联立的方程解，即可求出等效参数R L 、L 的值。
功率表接线应按照同名端相连，电流线圈串联在回路中，电压线圈并联在回路中的原则接线。如上图所示。
功率表的说明(见动画)
R L
功率表测量的是有功功率。P
负载R L 功率表接线示意图
它有两个线圈，一个是电流线圈I *
一个是电压线圈,为了保证两个线圈的电流流入(或流出)方向一致,对于电流流进的接线端钮仪表面板上均已标注“*”或“+” ，即同名端。功率表在接线时，应使电流线圈和电压线圈的同名端接到电源同一极性的端子上。
U*
智能型数字功率表使用简介
打开电源，循环显示，表示测试系统已准备就绪，进入初始状态。功能确认复位
同名端相连
保险丝
电压线圈
电流线圈按“功能”键，出现固定，则测试有功功率，读取时只需按“确认”键即可；按“功能”键，出现，则测试功率因数，读取时只需按
“确认”键即可。若数字前显示代表感性负载，若显示代表容性负载。在任何状态下按“复位”键系统恢复到初始状态。
指针式交流电流表
数字式交流电流表0～5A
1A
C /μF
U /V
U R /V U L /V
I /A
I R /A I C /A
P /W cos
电路性质
0220
12.2
3.2
4.7
5.7
6.9
7.9
8.9
9.410.4
cos max= 时，C = μF
表1.6.1 提高感性负载电路的功率因数测试
记录功率因数提高到最大时所需补偿电容值C
五、实验步骤
1. 用万用表的档，判断功率表的电流线圈中
的熔断器与日光灯管的熔断器的导通情况。
2.将电流线圈与电压线圈同名端相联。按照先串联回路联接，后并联回路联接的原则，按前面实验电路图的动画步骤进行接线。经检查无误后方可通电。
3.将柜体左侧三相调压器同轴旋钮，调至日光灯额定工作电压220V，完成表中电压、电流、功率与功率因数记录。
4.改变电容，在1μF～10.4μF之间均匀取值，
通过观察智能型数字功率表中功率因数的感性、容性显示变化，完成日光灯电路的测量表格记录。
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） 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I g 的一部分无功分量I gl ，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>I gl 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 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 . .
实验三 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：I U R R =或2I P R = 电感元件的感抗I U X L L = ，电感f X L π2L = 电容元件的容抗I U X C C = ，电容C 21 fX C π= 串联电路复阻抗的模I U Z = ，阻抗角 R X arctg =? 其中：等效电阻 2 I P R = ，等效电抗2 2 R Z X -= 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 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。
实验4.7 日光灯电路与功率因数的提高 4.7.1实验目的 1．熟悉日光灯的接线方法。 2．掌握在感性负载上并联电容器以提高电路功率因数的原理。 4.7.2实验任务 4.7.2.1基本实验 1．完成因无补偿电容和不同的补偿电容时电路中相关支路的电压、电流以及电路的功率、功率因数的测量和电路的总功率因数曲线cosθ′=f (C )的测量。并测出将电路的总功率因数提高到最大值时所需补偿电容器的电容值。(日光灯灯管额定电压为220V ，额定功率30W 。) 2．完成图4-7-1所示点亮日光灯时 所需电压U 点亮和日光灯熄灭时电压U 熄灭 的测量。 3．定量画出电路的相量图。完成镇流器的等效参数R L 、L 的计算。 4.7.2.2扩展实验 保持U =220V 不变，当电路并联最佳电容器后使得总功率因数达到最大时，在电容器组两端并入20W 灯泡，通过并入灯泡的个数，使得总电流I 与无并联电容时的I 值大致相同，记录此时I 、I C 、I L 、P 以及流入灯泡的电流值。 4.7.3实验设备 1．三相自耦调压器 一套 2. 灯管 一套 3．镇流器 一只 4. 起辉器 一只 5. 单相智能型数字功率表 一只 6. 电容器组/500V 一套 7. 电流插座 三付 8. 粗导线电流插头 一付 9. 交流电压表(0~500V) 或数字万用表 一只 10．交流电流表(0~5A) 一只 11．粗导线 若干 图4-7-1
4.7.4 实验原理 1．日光灯电路组成 日光灯电路主要有灯管、启辉器和镇流器组成。联接关系如图4-7-2所示。 2．日光灯工作原理 接通电源后，启辉器内固定电极、可动电极间的氖气发生辉光放电，使可动电极的双金 属片因受热膨胀而与固定电极接触，内壁涂有 荧光粉的真空灯管里的灯丝预热并发射电子。启辉器接通后辉光放电停止，双金属片冷缩与固定电极断开，此时镇流器将感应出瞬时高电压加于灯管两端，使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收紫外线后，辐射出可见光，发光后日光灯两端电压急剧下降，下降到一定值，如40W 日光灯下降到110V 左右开始稳定工作。启辉器因在110V 电压下无法接通工作而断开。启辉器在电路启动过程中相当于一个点动开关。 当日光灯正常工作后，可看成由日光灯管和镇流器串联的电路，电源电压按比例分配。镇流器对灯管起分压和限流作用。灯管相当于一个电阻元件，而镇流器是一个具有铁心的电感线圈，但它不是纯电感，我们可把它看成一个R L 、L 串联的感性负载，电流为L I ? 。设日光灯电路两端电压? U 的相位超前于日光灯电路电流L I ? 相位θ角，则日光灯电路的功率因数为cosθ。如图4-7-3所示。 3．提高功率因数的目的 为了减少电能浪费，提高电路的传输效率和电源的利用率，须提高电源的功率因数。提高感性负载功率因数的方法之一，就是在感性负载两端并联适当的补 偿电容，以供给感性负载所需的部分无功功率。并联电容器后，电路两端的电压? U 与总电流(C L I I I ? ? ? +=)的相位差为θ'，相应的向量图如图4-7-3所示。由图可见，补偿后的cos θ'＞cosθ，即功率因数得到了提高。 ? U ─电源电压 ─日光灯支路电流 L I ?─补偿后电路总电流 ? I C I ?─电容支路电流 θ─补偿前电路的电压与电流间相位角 θ'─补偿后电路的电压与电流间相位角 图4-7-2 日光灯电路图 ? U ～ ? U I ? 图4-7-3 提高电路功率因数的相量图
单相电路参数测量及功率因数的提高 一实验目的 1．掌握单相功率表的使用。 2．了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接。 3．研究日光灯电路中电压、电流相量之间的关系。 4．理解改善电路功率因数的意义并掌握其应用方法。 二实验原理 1．日光灯电路的组成 日光灯电路是一个RL串联电路，由灯管、镇流器、起辉器组成，如图3－1所示。由于有感抗元件，功率因数较低，提高电路功率因数实验可以用日光灯电路来验证。 I 图3－1日光灯的组成电路 灯管：内壁涂上一层荧光粉，灯管两端各有一个灯丝（由钨丝组成），用以发射电子，管内抽真空后充有一定的氩气与少量水银，当管内产生辉光放电时，发出可见光。 镇流器：是绕在硅钢片铁心上的电感线圈。它有两个作用，一是在起动过程中，起辉器突然断开时，其两端感应出一个足以击穿管中气体的高电压，使灯管中气体电离而放电。二是正常工作时，它相当于电感器，与日光灯管相串联产生一定的电压降，用以限制、稳定灯管的电流，故称为镇流器。实验时，可以认为镇流器是由一个等效电阻R L和一个电感L串联组成。 起辉器：是一个充有氖气的玻璃泡，内有一对触片，一个是固定的静触片，一个是用双金属片制成的U形动触片。动触片由两种热膨胀系数不同的金属制成，受热后，双金属片伸张与静触片接触，冷却时又分开。所以起辉器的作用是使电路接通和自动断开，起一个自动开关作用。 2．日光灯点亮过程 电源刚接通时，灯管内尚未产生辉光放电，起辉器的触片处在断开位置，此
时电源电压通过镇流器和灯管两端的灯丝全部加在起辉器的二个触片上，起辉器的两触片之间的气隙被击穿，发生辉光放电，使动触片受热伸张而与静触片构成通路，于是电流流过镇流器和灯管两端的灯丝，使灯丝通电预热而发射热电子。与此同时，由于起辉器中动、静触片接触后放电熄灭，双金属片因冷却复原而与静触片分离。在断开瞬间镇流器感应出很高的自感电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使灯管内水银蒸气电离产生弧光放电，并发射紫外线到灯管内壁，激发荧光粉发光，日光灯就点亮了。 灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生较大的电压降（有一半以上电压），灯管两端（也就是起辉器两端）的电压锐减，这个电压不足以引起起辉器氖管的辉光放电，因此它的两个触片保持断开状态。即日光灯点亮正常工作后，起辉器不起作用。 3．日光灯的功率因数 日光灯点亮后的等效电路如图2 所示。灯管相当于电阻负载R A ，镇流器用内阻R L 和电感L 等效代之。由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低，整个电路所消耗的功率P 包括日光灯管消耗功率P A 和镇流器消耗的功率P L 。只要测出电路的功率P 、电流I 、总电压U 以及灯管电压U R ，就能算出灯管消耗的功率P A =I ×U R ， 镇流器消耗的功率P L =P ?P A ，UI P =?cos R A 图3－2日光灯工作时的等效电路 2．功率因数的提高 日光灯电路的功率因数较低，一般在0.5 以下，为了提高电路的功率因数，可以采用与电感性负载并联电容器的方法。此时总电流I 是日光灯电流 I L 和电容器电流 I C 的相量和：? ? ? +=C L I I I ，日光灯电路并联电容器后的相量图如图3 所示。由于电容支路的电流I C 超前于电压U 90°角。抵消了一部分日光灯支路电流中的无功分量，使电路的总电流I 减小，从而提高了电路的功率因数。电压与电流的相位差角由原来的 1?减小为?，故cos ?＞cos 1?。 当电容量增加到一定值时，电容电流C I 等于日光灯电流中的无功分量，?= 0。cos ?=1，此时总电流下降到最小值，整个电路呈电阻性。若继续增加电容量，
实验 日光灯电路与功率因数的提高 4.7.1实验目的 1．熟悉日光灯的接线方法。 2．掌握在感性负载上并联电容器以提高电路功率因数的原理。 4.7.2实验任务 4.7.2.1基本实验 1．完成因无补偿电容和不同的补偿电容时电路中相关支路的电压、电流以及电路的功率、功率因数的测量和电路的总功率因数曲线cosθ′=f (C )的测量。并测出将电路的总功率因数提高到最大值时所需补偿电容器的电容值。(日光灯灯管额定电压为220V ，额定功率30W 。) 2．完成图4-7-1所示点亮日光灯时 所需电压U 点亮和日光灯熄灭时电压U 熄灭 的测量。 3．定量画出电路的相量图。完成镇流器的等效参数R L 、L 的计算。 4.7.2.2扩展实验 保持U =220V 不变，当电路并联最佳电容器后使得总功率因数达到最大时，在电容器组两端并入20W 灯泡，通过并入灯泡的个数，使得总电流I 与无并联电容时的I 值大致相同，记录此时I 、I C 、I L 、P 以及流入灯泡的电流值。 4.7.3实验设备 1．三相自耦调压器 一套 2. 灯管 一套 3．镇流器 一只 4. 起辉器 一只 5. 单相智能型数字功率表 一只 6. 电容器组/500V 一套 7. 电流插座 三付 8. 粗导线电流插头 一付 9. 交流电压表(0~500V) 或数字万用表 一只 10．交流电流表(0~5A) 一只 11．粗导线 若干 图4-7-1
4.7.4 实验原理 1．日光灯电路组成 日光灯电路主要有灯管、启辉器和镇流器组成。联接关系如图4-7-2所示。 2．日光灯工作原理 接通电源后，启辉器内固定电极、可动电极间的氖气发生辉光放电，使可动电极的双金 属片因受热膨胀而与固定电极接触，内壁涂有 荧光粉的真空灯管里的灯丝预热并发射电子。启辉器接通后辉光放电停止，双金属片冷缩与固定电极断开，此时镇流器将感应出瞬时高电压加于灯管两端，使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收紫外线后，辐射出可见光，发光后日光灯两端电压急剧下降，下降到一定值，如40W 日光灯下降到110V 左右开始稳定工作。启辉器因在110V 电压下无法接通工作而断开。启辉器在电路启动过程中相当于一个点动开关。 当日光灯正常工作后，可看成由日光灯管和镇流器串联的电路，电源电压按比例分配。镇流器对灯管起分压和限流作用。灯管相当于一个电阻元件，而镇流器是一个具有铁心的电感线圈，但它不是纯电感，我们可把它看成一个R L 、L 串联的感性负载，电流为L I ? 。设日光灯电路两端电压? U 的相位超前于日光灯电路电流L I ? 相位θ角，则日光灯电路的功率因数为cosθ。如图4-7-3所示。 3．提高功率因数的目的 为了减少电能浪费，提高电路的传输效率和电源的利用率，须提高电源的功率因数。提高感性负载功率因数的方法之一，就是在感性负载两端并联适当的补 偿电容，以供给感性负载所需的部分无功功率。并联电容器后，电路两端的电压? U 与总电流(C L I I I ? ? ? +=)的相位差为θ'，相应的向量图如图4-7-3所示。由图可见，补偿后的cos θ'＞cosθ，即功率因数得到了提高。 ? U ─电源电压 ─日光灯支路电流 L I ?─补偿后电路总电流 ? I C I ?─电容支路电流 θ─补偿前电路的电压与电流间相位角 θ'─补偿后电路的电压与电流间相位角 图4-7-2 日光灯电路图 ? U ～ ? U I ? 图4-7-3 提高电路功率因数的相量图
感性负载功率因数的提高 一、实验目的 1、研究争先稳态交流电路中电压电流相量之间的关系； 2、理解日光灯电路的工作原理及电路的设计； 3、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、实验原理 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?cos UI P =，当功率P 和供电电压U 一定时，功率因数 ?cos 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l R ，则线路电压降和线路功率损耗分别为l l IR U =?和l l R I P 2=?；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 ＝Q L －Q C 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Q C ＝Q L 时，总无功功率Q ＝0，此时功率因数?cos ＝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 UI P = =?λcos 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．镇流器，启辉器，630V/4.3μF 电容器，30W 日光灯
实验： 日光灯电路功率因数的提高 一、实验目的: 1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2. 掌握日光灯线路的接线。 3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明: 1.日光灯线路 日光灯电路由灯管、镇流器及启辉器三部分组成，线路如图1所示。灯管在工作时可认为是一个电阻负载R 。镇流器是一个交流铁心线圈，可等效为一个电感很大的感性负载（r 、L 串联）。灯亮后，启辉器就不起作用了。故实际上是一个R 、L 串联电路，等效电路如图2所示。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。 图1 日光灯电路 图2日光灯等效电路 2.功率因数的提高 电力系统中的大多数负载，如异步电动机、日光灯等都是感性负载，功率因数较低，对电力系统的运行不利。一是使电源设备的利用率减低，二是降低了输电线路的输电功率。也就是说，负载的有功功率一定时，有关系式I=P/UC osφ，可见，功率因数低，线路电流就大，输电线路上的功率消耗I 2r 也就增大（r 为线路等值电阻），使输电功率降低。因此提高负载的功率因数有着重要的经济意义。 提高功率因数即在不改变原负载工作状态的条件下，设法减小线路电流。常用的方法是感性负载并联电容补偿，如图3所示。 图3感性负载电路 图4相量图 在感性负载两端并联电容器后的相量图如图4所示。若忽略线路阻抗，并联电容后并不改变原负载的工作状况，但却通过容性电流对感性电流的补偿，提高了功率因数，降低了对电源输出电流的要求，可增加一定容量电源的带载能力。 I C I B0 I (a)电路图(b) 相量图 启辉 器 U 1U 2U
三、实验设备: 四、实验内容: 1. 日光灯线路接线与测量。 按图5接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记录此时的U、U L、U A、I的值。然后将电压调至220V，测量U，U L，U A、I等值，验证电压、电流相量关系。实验数据记入表1。 表1 2. 并联电路──电路功率因数的改善。按图6组成实验线路。 经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表、电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。数据记入表2中。 五、实验注意事项: 1. 本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。 2. 在接通电源前，应将自耦调压器手柄置零位上。 3. 线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。
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。
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实验的基本要求 电工学基础实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。 一、实验前的准备 实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。 实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。 认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工 每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。 4、接通电源，观察仪表 接线完毕，首先自我检查，然后请指导教师查验无误后，方可通电。在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后开始实验，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5、测取数据 预习时对电工实验的基本试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。 6、认真负责，实验有始有终 实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。 实验过程中一定要注意用电安全，按程序规操作，以避免人身触电事故的发生！ 三、实验报告
实验题目: 日光灯电路改善功率因数实 验 一、实验目的 1、了解日光灯电路的工作原理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，学会电工电子电力拖动实验装置； 3、学会日光灯的接线方法。 二、实验原理 用P 、S 、I 、V 分别表示电路的有功功率、视在功率、总电流和电源电压。按定义电路的功率因数IU P S P = = ?cos 。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。 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，约0.5—0.6。 提高日光灯电路（其它感性电路也是一样）功率因数的方法是在电路的输入端并联一定容量的电容器。如图7-1所示： 图7-1 图7-2 图7-1 并联电容提高功率因数电路 图7-2 并联电容后的相量图 图7-1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I ，电容支路电流C I ，灯管支路电流RL I （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7-2所示。由图7-2 知，并联电容C 前总电流为RL I ，RL I 与总电压U 的相位差为L ?，功率因数为L ?cos ；并联电容C 后的总电流为I ，I 与总电压U 的相位差为?，功率因数为?cos ；显然?cos ＞L ?cos ，功率被提高了。并联电容C 前后的有功功率??cos cos IU U I P L RL ==，即有功功率不变。并联电容C 后的总电流I 减小，视在功率I U S =则减小了，从而减轻了电源的负担，提高了电源的利用率。 三、实验设备 电工电子电力拖动实验装置一台，型号：TH-DT 、导线若干 四、实验内容 1、功率因数测试 按照图7-3的电路 实验电路如图7-3所示，将三表测得的数据记录于表7-1中。 图7-3 日光灯实验电路 W 为功率表,C 用可调电容箱。 五、实验数据与分析 表7-1 感性电路并联电容后的原始数据 C （μF ） P(瓦) V （伏） I （安） Cos ф
实验二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．掌握功率因数的测定方法以及提高功率因数的意义与方法 二、实验器材 1．实验电路板，含有镇流器、启辉器、电容器组 2．40W日光灯灯管 3．交流电压／电流表 三、实验内容 1、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2-1 日光灯电路原理图 2、日光灯没有并联电容时功率因数的测定 （1）先切断实验台的总供电电源开关，按照实验电路图2-1来连线。。 （2）将电容器组中各电容器的控制开关均置于断开位置。 （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）闭合实验台的总供电电源开关，按下启动按键。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。 （5）使用交流电压表、交流电流表，按表2-1中的顺序测量电路总电压U、电路总电
流I、日光灯灯管电压U R，将测量结果记入表2-1中。 （6）根据表2-1中的实验数据，计算日光灯电路的功率因数cosφ值。 表2-1 日光灯电路的测量 3. 日光灯并联电容时的功率因数的测定 按照表2-2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 L、电容器支路电流I C的数值，并将测量结果记入表2-2中。根据表2-2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。 表2-2并联电容提高功率因数 四、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。 五、实验报告要求 （1）对实验结果进行分析。 （2）讨论改善感性电路功率因数的方法、意义及注意事项。 （3）写出实验的收获和体会。
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实验的基本要求 电工学基础实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。 一、实验前的准备 实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。 实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。 认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。 二、实验的进行 1、建立小组，合理分工 每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。 4、接通电源，观察仪表 接线完毕，首先自我检查，然后请指导教师查验无误后，方可通电。在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后开始实验，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5、测取数据 预习时对电工实验的基本试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。 6、认真负责，实验有始有终 实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。 实验过程中一定要注意用电安全，按程序规范操作，以避免人身触电事故的发生！ 三、实验报告 实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体
日光灯与功率因数的提高实验报告 篇一：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减为了提高交流电源的利用率，和电力设备能否得到充分利用。． 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闭合实验台的总供电电(5) 调压手柄按照逆时针方向旋转到底。． 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 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
日光灯电路及功率因素的提高 实 验 报 告 班级: _______________ 姓名: _______________ 学号: _______________ 指导老师: _______________ 组长: ______________ 武汉交通职业学院机电工程系 2009年10月
实验三日光灯电路及功率因素的提高 一、实验目的 1、掌握日光灯线路的接线。 2、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 日光灯线路如图3-1所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（COSΦ）。有关日光灯的工作原理见附说明。 三、实验设备
四、实验内容 1、日光灯线路接线与测量。 按图3-2接线。经指导教师检查后接通实验台电源，日光灯应立即 发光，记下三表的指示值。测量功率P，电流I，电压U，U L ，U A 等值， 验证电压、电流相量关系。 2、并联电路———电路功率因数的改善。按图（3-3）组成实验线路。 经指导教师检查后，接通实验台电源，记录功率表、电压表读数。 通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。数据记入下页表中。 五、实验注意事项
1、本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。 2、功率表要正确接入电路。 3、线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。
六、预习思考题 1、在日常生活中，当日光灯上缺少启辉器时，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，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？ 2、为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电路器，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，此时感性元件上的电流 和功率是否改变？ 3、提高线路功率因数为什么只采用并联电容法，而不用串联法？所并的电 容器是否越大越好？ 七、实验报告 1、完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2、根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式基尔霍夫定 律。 3、讨论改善电路功率因数的意义和方法。 4、装接日光灯线路的心得体会及其他。 附：日光灯工作原理 日光灯由灯管、镇流器、启辉器等组成。在日光灯电路开始接通电源的时候，灯管尚不能点燃，此时启辉器内发生辉光放电，使其中的双金属片翘起导致触点闭合，接通灯丝电路，电流即流经镇流器，灯管两端的灯丝和启辉器，其值约是灯管正常工作电流的两倍，这时灯丝被很快加热而发射电子。在启辉器内触头闭合以后，辉光放电停止，约过零点几秒的时间，双金属片冷却并恢复原状，造成灯丝电路突然断开。在电路断开的瞬间，镇流器中产生很高的自感电动势，此电动势作用在灯管的两端，促使灯管点燃，日光灯便进入正常工作状态，灯管点燃以后，电路中的电流将在镇流器上产生较大的电压降落，灯管两端的电压锐减，从而使得和灯管并联的启辉器，因承受的电压过低而不再起辉。以上就是日光灯
实验一日光灯电路及功率因数的提高 一、实验目的 1. 了解日光灯的工作原理； 2. 了解提高功率因数的意义； 3. 掌握提高感性负载功率因数的方法。 二、实验原理说明 图1-1 日光灯电路 1、日光灯各元件的联接及其工作过程 日光灯结构如图1-1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，电路中的电流突然减小；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，灯管两端的电压降为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。 2、功率因数提高的意义和方法 对于一个无源一端口网络，如图1-2所示，其所吸收的有功功率P=UIcosΦ其中cosΦ 称为功率因数。要提高感性负载的功率因数，可以用并联电容器的办法，使流过电容器中的无功电流分量与感性负载中的无功电流分量互相补偿，以减小电压和电流之间的相位差，从而提高了功率因数。提高负载的功率因数有很大的经济意义，一方面它可以充分发挥电源设
备的利用率，另一方面又可以减少输电线路上的功率损失，提高电能的传输效率。 三、实验设备 表1-1 实验仪器和设备 四、实验线路与实验内容 实验接线如图所示。测量交流参数及提高功率因数
按表1-2并联电容C，令U=220V不变，将测试结果填入表1-2 中 表 1-2 测试结果 实验接线图
日光灯功率因数的提高 一、实验目的 （1）熟悉荧光灯的接线，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）学会功率表的使用。 二、内容说明 荧光灯管A，镇流器L（带铁心电流感线圈），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等观两端使荧光灯管放电，产生大量紫外线，灯管壁的荧光粉吸收后辐射出可见光，荧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）。镇流器的作用除了敢于感应高压便灯管放电外，在荧光灯正常工作时，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数不高。（约0.5左右） 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。在荧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是，电容支路电流I C也岁制增大，因I C导前电压U900可以抵消电流I C的一部分无功分量I GL，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）。I C>I GL总电流又将增大（I3>I2）。所以串联电容应有一个适当的数值。 为了测量荧光灯的功率有多大，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。 本实验中所使用的功率表需外接，该功率表的电压贿赂的灵敏度很高，因而内阻很大，测量是对被测电路的并联分流作用很小。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的电流贿赂引出接线柱应与负载串联连接，W的电压贿赂引出端则与负载并联。其中标有*号，称同名端，接线是应将这两端联在一起。这样联接是，当功率表指针正偏转或有正读书时，则表示电源负载传送功率，起数值为 W=UIcosμ(μ为U与I间的夹角) 如果将电压输入端或电流输入端任一输入对调，由图7-4相量图可见这是μ＇=1800－&，则 W= UIcos（1800－μ） = －UIcosμ 功率表显示负读数。 三、实验设备
实验五日光灯电路与功率因数的提高 一、实验目的 1．了解日光灯电路的结构、工作原理和线路的联接。 2．掌握提高功率因数的方法，认识提高功率因数的意义。 3．进一步熟练交流电压表、电流表和功率表的使用。 二、实验仪器 交流电流表交流电压表功率表日光灯电路组件可变电容器自耦变压器 三、动手实验预习要求 1．复习有关正弦交流电路功率和谐振电路的内容。 2．复习功率表的使用方法。 3．了解日光灯电路的组成和工作原理。 四、 EWB仿真实验设计 根据本次实验内容，自行设计EWB仿真实验，绘制仿真电路，记录仿真结果，进行数据分析。 五、实验内容 按图1联接好线路，其中虚线框内电路用日光灯电路（如图2所示）代替。 镇流器 1．将可调电容C调为0法拉（即断开C）。接通电源，观察日光灯启动过程。 2．测量正常工作时灯管两端和镇流器两端的电压。 3．用电压表、电流表、功率表测量日光灯电路在额定电压时电路的功率、各支路电压、电流，并计算功率因数。将实验数据记入表格1。 4．接通可调电容，并调节电容值从小容量到大容量变化，测量各支路电流、电压、功率随电容变化的规律，将测量数据记入表格1。特别要找出使功率因数为最大值时的电容值。表格 1 功率因数的提高 测量值计算值 /μF 顺序号 C cos U /V I /mA I L /mA I C /mA P /W ?1 2 3 4 5
6 7 8 六、实验注意事项 1. 因电压高、电流大，线路经检查无误后方可接通电源。切勿带电接、拆线。 2. 由于灯管的启动电流较大，因此要注意电流表量程的选择，防止损坏电流表。 3. 注意镇流器与灯管串联，防止损坏灯管及仪表。 4. 注意电流随可变电容器变化的规律，同时要尽量测出功率因数最大时的数据。 七、实验报告要求 1. 将实验数据记入表格，并绘制电流、功率、功率因数随电容变化的关系曲线。 2. 判断能够提高负载功率因数的电容C的取值范围，并确定最佳电容值。 3. 交仿真报告（包含仿真电路图、设计内容、仿真结果、数据分析）。 4. 回答思考题。 八、思考题 1. 通过相量图说明感性负载并联电容器后能够提高功率因数的原因。 2. 为什么要用并联电容器的方法提高功率因数？串联电容器行不行？为什么？ 3. 并联电容器后，日光灯支路的电流、功率以及功率因数是否改变？ 4. 以日光灯为研究对象时，如何判断功率因数提高到最佳状态？ 5. 是否电容值越大，电路的功率因数越高？随着电容的改变，各物理量会怎样改变？