实验六-正弦稳态交流电路相量的研究.doc

实验六 正弦稳态交流电路相量的研究
一、实验目的
1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系
2.通过日光灯电路的设计，培养实践技能。
3.了解交流电路功率因素的意义，掌握提高功率因素的方法。
二、实验原理
在电力系统中功率因数低的负载主要是电感性负载,可以采用并联电容的方法来提高功率因数。本实验使用的日光灯电路是电感性负载,功率因数在0.5—0.6之间。
日光灯的灯管的内壁涂有荧光物质，两端装有灯丝，灯丝上涂有易于发射电子的氧化物。管内充有少量的惰性气体和汞蒸汽。工作时可以近似的将它看作电阻元件R。
日光灯的镇流器是带有铁心的线圈， 电感量很大。在启动的时候它产生很高的感应电压来帮助灯管启动发光。启动以后用它来限制和稳定电流。工作时可以将它近似的看成电感L。
启动器由一个辉光管和一个大约0.005μF的电容并联组成，见图7-1。辉光管内充由惰性气体氖，装有两个电极，一个电极固定；另一个电极成倒U形，由内外两层热胀系数相差很大的两种金属片粘合而成。

图6-2 日光灯电路
灯 管

镇流器
启动器

图6-1 日光灯启动器
玻璃泡

外罩

引线脚

日光灯的器动过程：
日光灯的接线见图6-2。接通电源以后灯管不导通，启动器两端电压220V，两级间发生辉光放电，电极被加热，倒U形电极内侧金属片热胀系数大于外侧的金属片，使得倒U形电极趋于伸直，触点闭合。这时就有较大的电流经过镇流器——灯丝——
启动器——灯丝构成回路，两个灯丝被加热，灯丝上的氧化物发射电子。
触点闭合后电极加热被停止，温度开始降低，倒U形电极缩回，触点断开。触点断开的瞬间镇流器两端产生很高的感应电压，与电源电压叠加加在灯管的两端，汞蒸汽电离，灯管内发生弧光放电。弧光放电产生的紫外线使得灯管内壁上的荧光粉发出可见光，灯管点燃。
点燃以后的灯管两端电压约120V(40W的日光灯),镇流器两端电压约180V。灯管两端的电压不足以使启动器导通。正常工作时镇流器与灯管串联，且感抗很大，起到限制和稳定电流的作用。
正常工作时灯管可以看作电阻R，镇流器可以看作电感L,都不是理想的线性元件。

三、实验设计内容
1．设计一只白炽和4灯泡和4µf/450V电容器组成电路，设计实验数据记录表格
2．设计日光灯电路，选择所需实验设备仪表、适当的元件参数，设计实验数据记录表格
测量日光灯起辉点亮时的电压，并记录日光灯的电流、电压值以及日光灯的功率及功率因数
3．给日光灯输入220V的电压，测量日光灯的电流、功率值；测量日光灯回路中的各元件的电压，并计算功率因数。
选择一组不同参数的电容作为功率因数补偿元件，设计实验电路和数据记录表格。通过改变电路中的补偿元件参数达到改变功率因数的目的。要求记录至少改变4次电容参数的测量结果。
四、实验报告要求
画出实验电路，自拟表格纪录实验数据，
计算出不接电容和接入不同值的电容时的功率因数。
五、实验预习：
实验前必须按照设计任务，认真学习正弦稳态交流电路相量等理论知识，自行设计实验方案、选择实验设备、设计实验电路图、实验步骤、设计实验数据记录表，以及预期可以达到的目标，写出预习报告，并经过实验指导教师检查合格后，方可进行实验。
六、实验注意事项：
1、功率表要正确接入线路，注意观察电压表读数，不能超过220V，以免烧坏功率表。
2本实验用交流市电220V，务必注意人身安全。

七、可供选择的实验仪器设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0~200V
1
D33
2
交流电流表
0~5A
1
D32
3
功率表
450V、 5A
1
D34
4
自耦调压器
1.5KVA/0~450V
1
DG01
5
镇流器
与40W灯管配用
1
DG09
6
电容器
1uf,2uf, 4µf/450V

DG09
7
启辉器

1
DG09
8
日光灯灯管
40W
1
DG01
9
电门插座

3
DG09