日光灯实验报告答案

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日光灯实验报告答案

篇一：日光灯实验报告

1.4单相电路参数测量及功率因数的提高

1.4.1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。

1.4.2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1.4.1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。图1.4.1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），

2 26 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rl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

3 26 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1.4.2所示。灯管相当于电阻负载ra，镇流器用内阻rl

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pa和镇流器消耗的功率pl。只要测出电路的功率p、电流i、

总电压u以及灯管电压ur，就能算出灯管消耗的功率

4 26 pa=i3ur，镇流器消耗的功率pl=p?pa，cos??p

ui

ra图1.4.2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il和电容器电流ic的相量和：

i?il?ic，日光灯电路并联电容器后的相量图如图1.4.3所示。由于电容支路的电流ic超前

于电压u90°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??减小为?，故cos?＞cos??。当电容量增加到一定值时，电容电流ic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，?

?

?总电流i反而增大，整个电路变为容性负载，功率因数反而下降。?ic?ic?icl图1.4.3日光灯并联电容器后的相量图

5．单相功率表及其用法具体内容见1.3.2节中的(3)。

5 26 1.4.3实验预习要求

1．预习日光灯工作原理，并联电容器对提高感性负载功率因数的原理、意义及其计算公式。

2．如图1.4.1所示电路中，日光灯管（ra）与镇流器（rl、l）串联后，接于220v、50hz的交流电源上，点亮后，测得其电流i=0.35a，功率p=40w，灯管两端电

压ua=100v。要求写出下列各待求量的计算式。①求cosφ1=？、φ1=？、ra=？、rl=？、

l=？、灯管消耗的功率pa和镇流器消耗的功率pl。②并联c=3μf后，求ic=？、i=？、cosφ=？。③按比例画出并联电容器后的相量图。（如图1.4.3，计算出电压与总电流的相位差角φ）

3．熟悉交流电压表、电流表和单相自耦调压器的主要技术特性，并掌握其正确的使用方

法。

1.4.4实验设备与器件

1．交流电压表2．交流电流表3．功率表4．自耦调压器

5．镇流器6．电容器7．起辉器8．日光灯管9．电流表插座

1.4.5实验内容与步骤

日光灯实验线路如图1.4.4所示。

6 26 1．提高感性负载功率因数实验如图1.4.4所示的实验线路中，按2.2μf、4.7μf、6.9μf、依次并上电容器c1、c2、

c3。当电容变化时，分别记录功率表及电压表读数，测得三条支路电流i、il、ic的值。测

量数据记入表1.4.2。

表1.4.2日光灯功率因数提高实验参数测量

注：表中i为i的计算值，i?il?ic，其中il和ic为上表中测量值。图1.4.4日光灯交流电路?

?

?

1.4.6实验思考题

1．给出实验内容（1）中计算ra、rl、l的计算过程及公式，将结果填入表1.4.1中。

2．计算出本实验中灯管消耗的功率pa和镇流器消耗的功率pl。

3．画出实验内容（2）当电容为0、2.2μf、4.7μf、6.9μf时类似图1.4.3的电压电

流相量图，要求计算出各总电流i与总电压u的相位差角，给出公式及计算过程。

4．若要使本实验中日光灯电路完全补偿（也就是功率因数提高到1），需要并联多大容

7 26 值的电容？请给出计算式并计算出最后结果。

5．是否并联电容越大，功率因数越高？为什么？

6．当电容量改变时，功率表有功功率的读数、日光灯的电流、功率因数是否改变？为什

么？

?

?

1.4.7实验注意事项

1．本实验用交流市电220v，用单相自耦调压器来实现电压调节，当供电电源电压为220v

时，调压器的输出可在0~250v之间连续调节，务必注意人身和设备的安全。注意电源的火线

和地线，在实际安装日光灯时，开关应接在火线上。

2．在使用自耦调压器过程中，接通电源前，都必须将电压调至零电压处（即逆时针旋转

到头，然后再合上电源，逐渐增大电压至需要值。

3．不能将220v的交流电源不经过镇流器而直接接在灯管两端，否则将损坏灯管。

4．功率表、电压表、电流表要正确接入电路，电流表应串入电路中测量电流。

5．电路接线正确，日光灯不能起辉时，应检查起辉器及其接触是否良好。6．每次改接

8 26 线路，一定要在(:日光灯实验报告答案)断开电源的情况下进行，以免发生意外。

1.4.8实验报告要求

1．结合实验思考题，完成表1.4.1和表1.4.2的数据计算。

2．根据实验数据说明日光灯电路并联电容器后总电流变化与电容量的关系，电容量过大

对电路性质有什么影响。

3．以电容c的值为自变量绘制cos?曲线。4．小结本实验得到的结论和心得体会。*5.根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。篇二：

电路基础实验报告日光灯功率因素改善实验实验题目: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cos??pp?。由此可见，在电源电压且电路的有功功siu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。

9 26 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?，电容支路电流i?（等?，灯管支路电流i电容器，设并联电容后电路总电流irlc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?的相位差为?，功率因数为?，i?与总电压u知，并联电容c前总电流为ilrlrl?，i?与

总电压u?的相位差为?，功率因数为cos?l；并联电容c后的总电流为icos?；显然cos?＞cos?l，功率被提高了。并联电容c前后的有功功率?减小，p?irlucos?l?iucos?，即有功功率不变。并联电容c后的总电流i视在功率s?iu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