日光灯实验报告

单相电路参数测量及功率因数的提高

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。

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 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pa=i×ur，

镇流器消耗的功率pl =ppa ，cos

p

ui

ra

图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 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：iilic，日光灯电路并联电容器后的相量图如图 所示。由于电容支路的电流ic 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 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。

icicicl

图 日光灯并联电容器后的相量图

5．单相功率表及其用法 具体内容见节中的(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=，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，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。

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

实验内容与步骤

日光灯实验线路如图所示。

1．提高感性负载功率因数实验

如图所示的实验线路中，按μf、μf、μf、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。

表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，iilic，其中il和ic为上表中测量值。

图日光灯交流电路

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、μf、μf、μf时类似图的电压电流相量图，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

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220 v 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．每次改接线路，一定要在断开电源的情况下进行，以免发生意外。

实验报告要求

1．结合实验思考题，完成表和表的数据计算。

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。

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—。

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cosl；并联电容c后的总电流为i

cos；显然cos＞cosl，功率被提高了。并联电容c前后的有功功率

减小，pirlucosliucos，即有功功率不变。并联电容c后的总电流i

视在功率siu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

实验分析： s=ui （保留三位有效数据）

220*= w cosф=

220*= w cosф= 220*= w cosф= 220*= w cosф=

220*= w cosф= 220*= w cosф= 220*= w cosф= 220*= w

cosф= 220*= w cosф= 220*= w cosф= 220*=169w cosф=

根据s=ui，由表7-1可知，在一定范围内，有功功率p一定时，功率因素cosф越大，视在功率s越少

表7-2

六、结论

在日光灯电路中，在一定范围内，电容值越大，视在功率越

少，有电源电压且电路的有功功率一定时，随电路的功率因素提高，它占用电源的容量s就降低，负载电流明显降低。篇三：日光灯电路实验

日光灯电路的联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. 学会如何提高功率因数。

二. 原理及说明

日光灯结构图如图所示，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。

日光灯工作后，灯管相当于一电阻r，镇流器可等效为电阻rl和电感l的串联，启辉器断开，所以整个电路可等效为一r、l串联电路，其电路模型如图所示。

三. 仪器设备

电工实验装置 ：dg032 、dy02t 、dg054-1t