实验五 日光灯及其功率因数的提高

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。

2
3
计算值 移相角φ
表5-2 电感与电容串联实验记录表记录表
串联器件 计算阻抗 （Ω）
测量 电压测量值 （V）
序次 U
UR
UC
Z= XC+ R Z
1
50
4.7uF电容 XC
2
升压比 UC/U
36V线圈 XL
3
7
三 实验内容—日光灯电路并联电容实验
3. 日光灯线路接线与电路参数测量 按图1-3接线,调节自耦调压器的输出,逐步提高电压,
12
特别提示：电感负载串联电容实验,电路的总阻抗会下降,属 于电压谐振性质,要防止器件过电压过电流！
6
三 实验内容—负载电路串联电容实验
表5-1电阻负载串联电容实 验记录表
串联器件
计算阻抗 （Ω）
Z= XC+ R Z 4.7u电容 XC 40W灯泡 R
测量 电压测量值 （V）
序次 U
UR
UC
1 220
2.负载电路的功率因数cosφ,反映负载对电源的利用 程度. φ的意义：电压与电流的相位差,阻抗的辐角.
视在功率S=U×I 有功功率P=U×I× cosφ 负载电路的功率因数低,会降低电源的利用率,还会 因电流增大而加大输电线路的损耗.
3.造成日光灯功率因数低原因,是电路中的电抗镇流 器电流的相位落后于电压.
（uf） (V) (V) (V)
0
UQ= V
ILR(A) IＣ(A) 计算S
（ＶＡ）
1.0
2.2 3.2
4.7
5.7
根据实验数据,验证电流相量关系并计算相应的视在功率S. 分析电路功率因数提高的原因. 说明：电子镇流器式日光灯的工作原理可另查有关资料.

并联电容 (μ F) 测量值 V，UR= V，UL= 计算值
U＝
I (mA)
IC (mA)
IL (mA)
V P (W)
Cosφ
C =0 C =
C C C C
= = = =
5. 预习要求
5.1 了解荧光灯电路实验装置的结构及工作
原理。
5.2 画出荧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）。 5.3 绘出测量数据的表格。 5.4 了解功率表的使用方法。
P UI
RL
I
cos L
P UI cos
IC U XC U C
I RL
L

UC
P U cos L
sin L
P U cos
sin
UC
P U cos L
sin L
P U cos
sin
C
P
U
2
2
( tg L tg )
i
R
如果已知并联的电容
tg tg L U C P
uR
uL
可得到: cos
u
C
L
3. 实验器材与设备
序号
1 2 3
名称
交流电压 交流电流表 功率表及功 率因数表 日光灯镇流器
型号与规格 数量
1 1 1 40W 1
备注
D38-1 D37-1 D34-2 DG09
4
电容
DG09
4. 实验内容与要求
测量电压使用交流电表；测量电流时把交流电流 表联上测电流插头，分别插入对应的测电流插座， 以保证方便和安全；测量功率时把功率表电流线圈 串联到总路测电流I插座后，电压线圈并联到电源两 端。