日光灯电路的安装及功率因数的提高

实验六日光灯电路的接线及功率因数提高一、目的要求1．练习使用功率表。

2．学习日光灯电路的接线，并了解各元件的作用。

3．了解提高功率因数的意义和方法。

二、实验原理与方法1．日光灯电路及各元件作用日光灯电路见图1所示。

它是由日光灯管、镇流器、启辉器和开关组成。

图1 日光灯电路（1）日光灯管灯管两端引脚插入灯头的金属插孔，灯管引脚在灯管两端各有一对，对外连接交流电源，对内安装有灯丝，灯丝在交流电源作用下发射电子。

灯管内抽真空后充入少量的汞蒸汽和少量的惰性气体，例如氩、氪、氖等。

惰性气体的作用是减少阴极的蒸发和帮助灯管启动。

（2）镇流器镇流器是电感量较大的铁心线圈，它串联在灯管和电源之间，有单绕组的，也有双绕组的。

不论哪种结构的镇流器，都是配合启辉器产生瞬间高压使灯管发光。

在灯管正常发光后又能起到限制灯管电流的作用。

（3）启辉器启辉器底座上固定有两个螺帽形电极，使用时将其插钮在启辉器座上。

启辉器内有电容器（约0.005~0.02μF）并联在玻璃泡两极，玻璃泡内装膨胀系数不同的U 形双金属片，其内部充入惰性气体。

并联电容器可减弱日光灯启动时产生的无线电辐射，减小对邻近无线电音频、视频设备的干扰。

2．日光灯工作原理合上电源开关后，电压先加在启辉器的两个电极上，启辉器在进行辉光放电时产生大量的热。

U形双金属片受热膨胀变形，将启辉器的两电极接通，此时电流通路见图2（a）所示。

在此电流作用下，一方面灯丝被加热，发射大量电子。

另一方面，启辉器两个电极闭合后，辉光放电消失，电极很快冷却，双金属片恢复原始状态而导致电极断开，这段时间实际是灯丝预热过程，一般日光灯约需0.5秒~2秒。

当启辉器中电极突然切断灯丝预热回路时，镇流器上产生很高的感应电压（约800~1500V），叠加在电源电压上，使得灯管两端获得很高的电压，迫使日光灯进入发光工作状态。

如果启辉器经过一次闭合、断开，日光灯管仍然不能点亮，启辉器又二次、三次重复上述动作，直至点亮日光灯为止。

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。

•
假定功率因数从cos 提高到 cos ，所需并联电
容器的电容值可按下式计算： • 其中： 2 f ( f 50Hz)
P——电路所消耗的功率(W)。
2、镇流器的等效电路和等效电感
• 镇流器是一个铁心线圈，可用一个无铁心的电感和电阻串联成的电路来 等效，如图
• 2.16所示。所谓等效就是指这个电路中的功率和电流在相同的端电压情 况下分别与原有电路的功率和电流相等。根据这个原则，在日光灯电路 正常工作时，用低功率因数的功率表测得镇流器所消耗的功率也就是等 效电阻所消耗的功率。若用电流表测得通过镇流器的电流为I，则
六、实验思考与总结
• 1、提高接有感性负载的线路的功率因数能否 改变感性负载本身的功率因数？为什么？
• 2、在感性负载的电路中串联适当的电容亦能 改变电流与电压之间的相位差，但为什么不串 联电容的方法来提高功率因数？
• ※ 说明
• 在这个实验中，用日光灯电路模拟RL串联电路， 用并联电容的方法可以提高电路的功率因数。 但实际日光灯的电压波形不是正弦波，若按正 弦交流电路估算，误差较大，且不能用万用表 交流电压档测量其电压。
PL I 2r
其中：PL——镇流器所消耗的功率。 r ——镇流器的等效电阻。
于是：
r PL I2
• 用万用表欧姆挡直接测得镇流器线圈的电阻 rcu.则镇流器的 • 铜耗为，铁耗为 PCu I 2rCu 。
• 用万用表测出镇流器的端电压UrL，则镇流器的等效电抗：
X
U rL
2
实验六
• 日光灯电路设计及功率因数的提高 • （设计性实验）
பைடு நூலகம்、实验目的
• 1、掌握提高功率因数的意义及其方法 • 2、深刻理解交流电路中电压、电流的相