日光灯电路及功率因数提高

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． 把握提高功率因数的方式，熟悉提高功率因数的意义。

3． 进一步熟练交流电压表、电流表和功率表的利用。

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、 预习要求1． 温习有关正弦交流电路功率和谐振电路的内容。

2． 温习功率表的利用方式。

3． 了解日光灯电路的组成和工作原理。

四、 实验原理1． 提高功率因数的意义。

在正弦电路中，一端口上有功功率与视在功率之间的关系为：φφcos cos S UI P == 式中：φcos 为功率因数，φ是电压与电流的相位差，也是无独立源一端口的阻抗角。

当功率因数较低时，一方面会使设备的容量无法被充分利用；另一方面，当电源电压和负载功率一按时端线电流较大，功率损耗增加。

因此，提高负载的功率因数，关于降低电能损耗，提高输电效率具有重要的经济意义。

2． 提高功率因数的方式提高功率因数，能够依照负载的性质在电路中接入适当的电抗元件。

在实际电路中，用电负载多为感性，如电动机、电器、日光灯等，它们的等效电路相当于电阻与电感元件的串联。

在不改变负载的结构和工作状态的前提下，简单易行的方式是在这种感性负载两头并联补偿电容器，如图1-32所示。

图1-32 提高功率因数实验电路 图1-33 相量图U I ..由于感性负载中的感性无功电流，与并联电容中的容性无功电流，二者彼此补偿，相当于提高了功率因数。

由图1-33所示相量图分析可知，并联电容后，使电路的总电压与总电流之间的相位差减小，即提高了并联电路的功率因数，而负载本身仍能够正常工作。

固然，所并联的电容值应该有一个适当的范围，若是太大可能会使整个并联电路呈现容性，达不到提高功率因数的目的。

通过对相量图的分析，还能够看出，功率因数增大时，电路中的总电流减小，功率因数减小时，总电流增大。

实验八 日光灯电路的连接及功率因数的提高一、实验目的1.学习功率表的使用；2.学会通过U 、I 、P 的测量计算交流电路的参数；3.掌握提高电感性电路功率因数的方法。

二、原理说明日光灯结构图如图8-1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两端的灯丝和镇流器。

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。

图8-1日光灯结构图 图8-2工作原理图日光灯工作后，启辉器断开，灯管相当于一电阻R ，镇流器可等效为电阻R L和电感X L 的串联，所以整个电路可等效为一R 、L 串联电路，其电路模型如图8-2所示。

在电路中日光灯管与镇流器串联构成一个电感性负载电路，由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低。

整个电路消耗的功率P 包括日光灯管消耗功率（P R =U 2I L ）以及镇流器所消耗的有功功率（P L =P-P R ），用功率表直接可以测量。

也可以用交流电压表，电流表及功率表，测出电路的总电压U 、电流I 和总功率P ，则电路的功率因数可用下式计算：UI PCOS =ϕ为了提高电路的功率因数，可以用并联电容器的办法，使流过电容器的无功电流分量与感性负载中的无功电流分量互相补偿，减少电压和电流之间的相位差，从而提高了功率因数。

由于电源的电压是固定的，所以并联电容器并不影响感性负载的正常工作，即感性负载支路的电流、功率和功率因数并不随并联电容量的多少而改变，仅仅是电路总电流及总功率因数发生变化。

实验1.8 日光灯电路及功率因数的提高第一部分 实验指导书(本实验2学时)1. 实验目的（1） 了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接；（2） 熟悉正弦交流电路的主要特点：1） 掌握交流串联电路中总电压与各部分电压的关系；2） 掌握交流并联电路中总电流与支路电流的关系；3） 了解感性负载电路提高功率因数的方法；4） 学习正确使用交流电流表、交流电压表和功率表。

2. 实验器材与设备日光灯电路实验装置、交流电流表、电压表和功率表、耐压400V 以上的电容器等。

3. 实验内容与要求（1） 实验线路见图1-11。

把日光灯管看成电阻，把镇流器看成感性元件。

（2） 连接实验线路，进行测试，记录数据：1） 首先点亮日光灯，按所设计的表格测试电源电压U ，灯管电压U R 、镇流器电压U L 、电流I 及功率P ，计算功率因数；2） 并联不同的电容（1μF -5μF ），再分别测试各电压及灯管电流I R 、电容电流I C 、总电流I 及功率P ，并计算功率因数。

图1-11 日光灯实验电路4. 预习要求（1） 在开放实验室时提前进行调研，了解日光灯电路实验装置的结构及使用方法。

（2） 画出日光灯电路的实验线路图（画出功率表、电压表、电流表的连接方法）。

（3） 自拟实验步骤并设计出测量数据的表格。

1） 日光灯正常工作后，不并联电容所应测试和计算的数据表格。

2） 并联不同容量的电容后所应测试和计算的数据表格。

测电流插座（4）了解功率表的使用方法。

5. 实验注意事项（1）日光灯起动电流较大，起动时要小心电流表的量限，以防损坏电流表。

（2）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。

（3）在拆除实验线路时，应先切断电源，稍后将电容器放电，然后再拆除。

（4）线路接好后，必须经教师检查允许后方可接通电源，在操作过程中要注意人身及设备安全。

6. 实验报告要求（1）画出实验电路图并简述其工作原理。

（2）将所测得的实验数据和计算数据填写在所设计的表格内。

实验日光灯电路及功率因数的提高
日光灯电路是利用线圈产生的磁场去振荡电容，从而产生交流电子供电。

它可以实现
电源节省，减少维护费用，延长寿命，同时提高质量。

首先要提高日光灯电路的功率因数，就要充分利用电容和磁场的峰值。

当磁场的能量
大于电容的电荷时，需要在线圈上加电容，这样可以使电路的功率因数得到提高。

另一部分是采用电容式滤波器来降低共振频率和降低电磁兼容性。

对于逆变器来说，
可以采用拓扑电路，加大线圈抗线圈电容的电容，使逆变器线圈的抗热能力变得越来越高。

此外，还可以使用变频技术，使振荡电路的周期性变化。

由于变频波形的功率因数小，所以可以提高整个系统的稳定性，减少热散离的发生，同时满足灯具的质量要求。

最后要考虑的是，应该采用适宜的驱动电压，选择外部组件，如电容器、开关设备、
控制电路和散热器等，以提高电路发挥的能力。

调节电压和电流，使日光灯具的电流得到
控制，减少日光灯电路中电池的功耗，进一步提升日光灯电路的功率因数。

总之，想要提高日光灯电路的功率因数，就要通过利用线圈滤波器、变频技术以及外
部组件的优势来加强对磁场和电容的利用，使整个系统的能力不断提升，从而达到提高功
率因数的有效目的。

精品资源日光灯电路及功率因数的提高一、实验目的1、了解日光灯电路的工作原理及其接线方法。

2、掌握提高感性负载（RL电路）功率因数的方法。

3、通过实验分析阻抗的串联并联电路，并了解电容与电感的互补作用。

4、进一步掌握功率表。

功率因数表的使用方法。

二、实验任务1、了解日光灯电路的工作原理。

日光灯电路由灯管、启动器和镇流管三个元件组成，接线方式如图2－1－1所示。

(1)日光灯管：灯管是内壁涂有荧光物质的细长玻璃瞥，管的两端装有灯丝电极，灯丝上涂有受热后易发射电子的氧化物，管内充有稀薄的惰性气体和少量的水银蒸汽。

它的起辉电压是400~600v，起辉后管压降只有90V左右。

因此，日光灯不能直接接在220v电源上使用。

(2)启动器：它相当于—个自动开关，是由—个充有氖气的辉光管和一个小容量的电容器组成。

辉光管的两个金属电极离得相当远，当接通电源时，由于日光灯没有点亮，电源电压全部加在启动器辉光管的两个电极之间，使辉光管放电放电产生的热量使u形电极受热趋于伸直，两电极接触，这时日光灯的灯丝通过两电极与镇流器及电源构成—个回路。

灯丝因有电流通过而发热，从而使氧化物发射电子。

同时，辉光管两电极接通时，电极间的电压为零，辉光放电停止，u形双金属片因温度下降而复原，使两电极分开，这时回路中的电流突然切断，于是在镇流器两端产生—个瞬时高压。

这个高电压和电源电压全部加在灯管两端，使热灯丝之间产生弧光放电并辐射紫外线，管内壁的荧光粉因受紫外线激发而发出可见光。

(3)镇流器：它是一个铁心线圈。

作用一是在订管起燃瞬间产生一高电压，帮助灯管起燃：二是在灯管点燃后，起着限流或分压作用。

灯管点燃后，可以认为是电阻性负载，镇流器是感性负载。

因此日光灯电路可看成是RL串联的交流电路，它的功率因数较低。

2．正确连接日光灯电路，接通电源，电压调至220v，使日光灯电路正常工作。

(灯管、镇流器和启动器都在实验台内部)测量电源电压U(v)、镇流器电压U1(v)、灯管电压U2(v)；电源电流I(mA)、灯管电流12(A)；日光灯电路的有功功率P1(w)和功串因数cos13．提高日光灯电路(RL串联电路或感性负载)的功率因数。

实验四日光灯电路与功率因数的提高一．实验目的1．理解交流电路中电压、电流的相量关系2．学习感性负载电路提高功率因数的目的与方法3．熟悉日光灯的工作原理与实际电路连接二．预习要求1．熟悉R、L串联电路中电压与电流的关系2．在R、L串联与C并联的电路中，你准备如何求cosφ值3．预习日光灯的工作原理，启动过程三．实验原理本实验中RL串联电路用日光灯代替，日光灯原理电路如图4-1所示。

图4-1灯管工作时，可以认为是一电阻负载。

镇流器是一个铁心线圈，可以认为是一个电感量较大的感性负载，两者串联构成一个RL串联电阻，日光灯起辉过程如下：当接通电源后，启动器内双金属片动片与定片间的气隙被击穿，连续发生火花，双金属片受热伸长，使动片与定片接触。

灯管灯丝接通，灯丝预热而发射电子，此时，启动器两端电压下降，双金属片冷却，因而动片与定片分开。

镇流器线圈因灯丝电路断电而感应出很高的感应电动势，与电源电压串联加到灯管两端，使管内气体电离产生弧光放电而发光，此时启动器停止工作，（因启动器两端所加电压值等于灯管点燃后的管压降，对40W管电压，只有100V左右，这个电压不再使双金属片打火）。

镇流器在正常工作时起限流作用。

日光灯工作时整个电路可用图4-2等效串联电路来表示。

图4-2四．实验设备名称数量型号1．三相空气开关1块 30121001 2．三相熔断器1块 30121002 3．单相调压器1块 30121058 4．日光灯开关板1块 30121012 4．日光灯镇流器板带电容1块 30121036 5．单相电量仪1块 301210986. 安全导线与短接桥若干P12-1和B511五．实验步骤1．按图4-1接好线路，接通电源，观察日光灯的启动过程。

2．测日光灯电路的端电压U，灯管两端电压UR 、镇流器两端电压URL、电路电流I以及总功率P、灯管功率PR 、镇流器功率PRL。

数据记录于表4-1。

表4-1流I，日光灯电流IRL ，电容电流IC以及总功率P之值，记录于表4-2。

实验三日光灯电路及功率因数的提高一、实验目的1、了解日光灯电路的工作原理与接线。

2、了解提高功率因数在工程上的意义。

3、掌握提高感性负载功率因数的方法。

4、熟悉功率表、功率因数表的使用方法。

二、实验内容1、日光灯电路及其功率因数的改善。

2、感性负载功率因数的提高。

四、实验原理1、日光灯电路原理日光灯电路由灯管、镇流器及启辉器三部分组成。

其原理如图3.1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3.2所示。

其工作原理如下：当接通220V交流电源时，电源电压通过镇流器施加于启辉器两电极上，使极间气体导电，可动电极（双金属片）与固定电极接触。

由于两电极接触不再产生热量，双金属片冷却复原使电路突然断开，此时镇流器产生一较高的自感电动势经回路施加于灯管两端，而使灯管迅速起燃，电流经镇流器、灯管而流通。

灯管起燃后，两端压降较低，启辉器不工作，日光灯正常工作。

图3.1 日光灯原理电路 图3.2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之，容性负载并联电感补偿之。

图3.3感性负载电路 图3.4相量图在感性负载两端并联电容器后的相量图如图3.4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。

日光灯电路和功率因数提高1、实验目的：（1）了解日光灯电路的工作原理，测量电路的元件参数。

（2）了解提高功率因数的方法和意义。

（3）学会使用功率因数表等测量外表。

2、实验原理：电力系统中的负载大部分是感性负载，其功率因数较低，为提高电源的利用率和减少供电线路的损耗，往往采纳在感性负载两端并联电容器的方法，来进行无功补偿，以提高线路的功率因数。

日光灯电路为感性负载，其功率因数一样在0.3～0.4左右，在本实验中，利用日光灯电路来模拟实际的感性负载观看交流电路的各种现象。

1.日光灯的工作原理如图6-1所示，日光灯电路由荧光灯管、镇流器和启辉器三部分组成：(1)灯管：日光灯管是一根玻璃管，它的内壁平均地涂有一层薄薄的荧光粉，灯管两端各有一个阳极和一根灯丝。

灯丝由钨丝制成，其作用是发射电子。

阳极是两根镍丝，焊在灯丝上，与灯丝具有相同的电位，其要紧作用是当它具有正电位时吸取部分电子，以减少电子对灯丝的撞击。

此外，它还具有关心灯管点燃的作用。

灯管内还充有惰性气体(如氮气)与水银蒸汽。

由于有水银蒸汽，当管内产生辉光放电时，就会放射紫外线。

这些紫外线照耀到荧光粉上就会发出可见光。

(2)镇流器：它是绕在硅钢片铁芯上的电感线圈，在电路上与灯管相串联。

其作用为：在日光灯启动时，产生足够的自感电势，使灯管内的气体放电；在日光灯正常工作时，限制灯管电流。

不同功率的灯管应配以相应的镇流器。

(3)启辉器：它是一个小型的辉光管，管内充有惰性气体，并装有两个电极：一个是固定电极，一个是倒“U ”形的可动电极，如图6-3所示。

两电极上都焊接有触头。

倒“U ”形可动电极由热膨胀系数不同的两种金属片制成。

点燃过程：日光灯管、镇流器和启辉器的联接电路如图6-1所示。

刚接通电源图3 启辉器的结构启辉 器 图1 日光灯电路 . 图2 日光灯等效电路 . + - - + U r U L . .时，灯管内气体尚未放电，电源电压全部加在启辉器上，使它产生辉光放电并发热，倒“U ”形的金属片受热膨胀，由于内层金属的热膨胀系数大，双金属片受热后趋于伸直，使金属片上的触点闭合，将电路接通。