1、实验五 日光灯的安装与维护
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；
4、熟悉日光灯的安装与维护方法。
二、原理说明
日光灯结构图如图5-1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
2、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5-1日光灯结构图 图5-2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RL和电感XL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5-2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（PR=U2IL）以及镇流器所
3、消耗的有功功率（PL=P-PR），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：
COS
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。假定功率因数从COSj提高到COS’，所需并联电容器的电容值可按下式计算：
w
4、
此时电路总电流I是日光灯电流IL和电容器电流IC的相量和，其相量图如图5-3所示。
图5-3 向量图
电容器吸取的容性无功电流IC抵消了一部分日光灯电流中的感性无功分量，所以电路总电流下降，电路的功率因数提高。随着电容增大，电路中的总电流减小，当电流减小至最低值时，电路的功率因数最大。此时电容继续增大，电路的总电流也增大，电路的性质由感性转变为容性。
三、实验设备
1.电路实验箱
2.万用表
3.功率表
4.交流电流表
5.日光灯
四、实验内容
1.测量交流参数
实验接线如图5-4所示，电容C暂不接入。
图5
5、4 日光灯实验接线图
日光灯点亮前把电流表短接（按下电流表上的“短接”按钮）。交流调压器输出电压调至零，接通实验台电源，调节交流调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，点亮日光灯，并将电压U调至220V（若电压调至220V后日光灯仍不亮，停止再升高电压，检查线路，直至日光灯点亮），按一下电流表的“短接”按钮，电流表开始工作。测量电路的电流、电压及功率，数据填入表8-1中。做完实验，将交流调压器旋钮调至零。
表5-1 U=220V
2、提高功率因数
如图5-4并联电容C，重复实验1方法步骤，U=220V不变，逐渐增加电容C的数值，测量各支路的电流、总电流和功率，当电容值超过4μ
6、F时，会出现过补偿，请同学们仔细观察。将测量数据填入表5-2中。做完实验，将交流调压器旋钮调至零。
表5-2 U=220V
电容C（μF）
测 量 数 据
1
I(mA)
IL(mA)
Ic(mA)
P(W)
2.2
3.2
4
4.7
6.9
六、实验报告
1.根据表5-1实验测量值计算日光灯的等效电阻及电感。
2.绘出cosφ—I，I—C的曲线，说明它们的关系。
3.说明功率因数提高的原因和意义。
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