实验七 日光灯电路功率因数提高.doc

实验七 日光灯电路功率因数提高

一．实验目的
（1）熟悉日光灯电路的工作原理，做到能正确迅速连接线路。
（2）通过实验了解功率因数提高的方法和意义。
（3）学会功率表、功率因数表的使用方法。
二．实验原理及内容说明
日光灯管R，镇流器L（带铁心电感线圈），启动器S组成（实验图7-1），当接通电源后，启动器内发生辉光放电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使它发射电子，启动器接通后辉光放电停止，双金属片冷却，又把触点断开，这时镇流器感应出高电压加在灯管两端使日光灯放电，灯管内壁的荧光粉吸收后辐射出可见的光，日光灯就开始正常工作，启动器相当一只自动开关，能自动接通电路（加热灯丝）和开断电路（使镇流器产生高电压，将灯管击穿放电）。镇流器的作用除了感应高压使灯管放电外，在日光灯正常工作时，其限制电流的作用，镇流器的名称也由此而来，由于电路中串联着镇流器，它是一个电感量较大的线圈，因而整个电路的功率因数不高。（约0.5左右）
~220V
Ｒ
S
L

图7-1 日光灯电路
负载功率因数过低，一方面没有充分利用电源容量，另一方面又在输电电路中增加损耗。为了提高功率因数，一般最常用的方法是在负载两端并联一个补偿电容器，抵消负载电流的一部分无功分量。在日光灯接电源两端并联一个可变电容器，当电容器的容量逐渐增加时，电容支路电流Ic也随之增大，因Ic导前电压U90°可以抵消电流Ig的一部分无功分量Igl，结果总电流I逐渐减小（实验图7-2），但如果电容器C增加过多（过补偿）。Ic>Igl总电流又将增大。所以并联电容器应有一个合适的数值。
为了测量日光灯的功率有多大，可在电路中接入功率表，一般功率表都是多量程的，使用时要注意选用合适的量程。
~220V
W
A
日光灯电路
*
*

图7-2
本实验中所使用的功率表需外接，该功率表的电压回路的灵敏度很高，因而内阻很大，测量时对被测电路的并联分流作用极小。另外，该表电流回路的内阻也特别小，因而对被测电路串联分压效应也很小。
功率表的接线如图7-3所示，图中功率表W的电流回路引出接线柱应与负载串联连接，W的电压回路引出端则与负载并联。其中标有*号，称同名端，接线时应将这两端连在一起。这样连接时当功率表指针正偏或有正读数时，则表示电源向负载传送功率，其数值为
I
电源
负载
*
*

I´´
W
0
Ф
U
W=UIcosФ(Ф为与间的夹角)

图7-3 图7-4
如果将电压输入端或电流输入端任一输入对调，由图8-4向量图可见这时Ф´=180°－Ф,则
W=UIcos(180°—Ф)=-UIcosФ
功率因数显示负读数。
三．实验设备及选用挂箱

名 称
数 量
电源控制屏 GDS-01
1
日光灯 可变电容 GDS-09
1
交流电压表 GDS-11
1
功率表 功率因数表 GDS-13
1
交流电流表 GDS-12
1
四．实验内容及步骤
（1）将日光灯及可变电容箱按图7-2（a）所示电路连接，在各支路中串联接入电流表插孔，（可选用GDS-09上的电流插孔），使用一只电流表可方便的测量几条支路电流。再将功率表接入线路；功率表的电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。一般可选用功率表的适当的电压量程和电流量程，且还应将电压线圈和电流线圈的同名端接在一起后接向电源侧
按图接线经检查无误后，合上主回路电源，调节GDS-01输出电源，使输出电压为220V（一般电压调至220左右时日光灯正常发亮）。
注意安全，千万别用手触摸导电部分。
（2）改变可变电容箱的电容值，先使C=0，用GDS-11交流电压表测总电压U，镇流器两端电压Ul及灯管两端电压Ua，用GDS-12交流电流表测总电流I，灯管支路电流IR及电容支路电流Ic，并用GDS-13功率表的250V档的电压量程及0.5A的电流量程测量功率P。
（3）按表格中所定电容值逐渐加大电容C的值，但不要超过6μF，否则会过补偿，总电流反而又会增大（变为容性）。记录各电容值下的U、UL、UR、I、IR及P记入表中。注意，功率表的读数及UR，UR的数值有否改变，为什么？
（4）绘出I=f(c)的曲线，并分析讨论。
本实验中使用的日光灯装在GDS-01电流控制屏上，GDS-09提供镇流器接线图和十进可变电容标志，镇流器，灯管均有接线端引出供测电压之用。实验时应将电源转换开关切向“实验”，电源可自日光灯线路两接线端引入。如开关切向“照明”，则表明日光灯已有内部电源接入可做日常照明用，这时实验接入回路不通。
五．实验数据记录
电容（μＦ）
总电压U(v)
UL(v)
UR(v)
总电流I(A)
功率因数
0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

六．实验报告
1.完成上述数据测试并列表记录。
2.绘出总电流I=f(c)曲线，并分析讨论。
3.说明功率因数提高的意义？
七．注意事项
1.用交流电压表及交流电流表测量电路中的电压、电流及功率表、功率因数表测量功率、功率因数时，要注意量程选择，若超过量程值，主控台将会发出报警声，并会自动切断电源。需适当选择量程档后，再按下GDS-01主控台上的启动按钮启动电源。
2.本实验时需将双向开关扳向“实验”状态。当扳向“照明”时由内部已将220V电源接日光灯上。
八．思考题
1.能否用一根导线代替启辉器？为什么？
2.是否并联电容越大，功率因数越高？
3.验证U=Ur+Ul是否成立，说明原因？