日光灯的安装与功率因数的提高

1、日光灯电路的安装与功率因数的提高1实验目的 （1）了解荧光灯的工作原理，学习荧光灯的安装方法。 （2）掌握提高功率因数的方法，理解提高功率因数的意义。 （3）熟悉交流仪表的使用方法。2实验原理 （1）日光灯电路的组成 电路由日光灯管、镇流器、启辉器组成，原理电路图如图1所示。 图1：日光灯电路图 图2 启辉器结构 1）荧光灯管  荧光灯管是一支细长的玻璃管，其内壁涂有一层荧光粉薄膜，在荧光灯管的两端装有钨丝，钨丝上涂有受热后易发射电子的氧化物。荧光灯管内抽成真空后，充有一定量的惰性气体和少量的汞气（水银蒸汽）。惰性气体有利于荧光灯的启动，并延长灯管的使用寿命；水银蒸汽作为主要的导电材

2、料，在放电时产生紫外线激发荧光灯管内壁的荧光粉转换为可见光。 2）启辉器  启辉器主要由辉光放电管和电容器组成，其内部结构如图9.18所示。其中辉光放电管内部的倒U形双金属片（动触片）是由两种热膨胀系数不同的金属片组成；通常情况下，动触片和静触片是分开的；小容量的电容器，可以防止启辉器动、静触片断开时产生的火花烧坏触片。 3）镇流器  镇流器是一个带有铁心的电感线圈。它与启辉器配合产生瞬间高电压使荧光灯管导通，激发荧光粉发光，还可以限制和稳定电路的工作电流。（2） 荧光灯的工作原理 如图1和2所示，在荧光灯电路接通电源后，电源电压全部加在启辉器两端，从而使辉光放电管内部的动

3、触片与静触片之间产生辉光放电，辉光放电产生的热量使动触片受热膨胀趋向伸直，与静触片接通。于是，荧光灯管两端的灯丝、辉光放电管内部的触片、镇流器构成一个回路。灯丝因通过电流而发热，从而使灯丝上的氧化物发射电子。与此同时，辉光放电管内部的动触片与静触片接通时，触片间电压为零，辉光放电立即停止，动触片冷却收缩而脱离静触片，导致镇流器中的电流突然减小为零。于是，镇流器产生的自感电动势与电源电压串联叠加于灯管两端，迫使灯管内惰性气体分子电离而产生弧光放电，荧光灯管内温度逐渐升高，水银蒸汽游离，并猛烈地撞击惰性气体分子而放电，同时辐射出不可见的紫外线激发灯管内壁的荧光粉而发出近似荧光的可见光。荧光灯管发光

4、后，其两端的电压不足以使启辉器辉光放电，这时，交流电源、镇流器与荧光灯管串联构成一个电流通路，从而保证荧光灯的正常工作。（3）并联电容提高功率因数 如图3（1）所示, 用标有R 和L 的电感线圈来表示日光灯电路。并联电容器后，画出此电路的向量图，如图3（2）所示。 （1） （2） 图3：日光灯功率因数提高的示意图和相量图通过两个图, 我们发现：并联电容器以后，电感性负载的电流，而功率因数均没有发生变化，这是因为所加电压和负载参数没有改变，但是电压U和电路中总电流I之间的相位差2变小了，既cos2变大了。这里我们所说的提高功率因数，是指提高电源或电网的功率因数，而具体负载的功率因数未发生任何变化

5、。并联电容器以后提高了电源的带负载能力, 充分发挥其供电能力。同样，我们通过相量图可以发现，并联电容以后电路的电流减少了，因而减少了功率损耗。值得注意的是，并联电容以后，有功功率未变，即：。同时电容不消耗电能的，能量的互换主要体现在电感性负载和电容器之间。 显然，荧光灯电路属于感性负载，其功率因数很低，为了提高荧光灯电路的功率因数，一般可在它的两端并联一定容量的电容器。3实验内容与步骤 （1）整流器线圈参数的测量 1按图4所示的电路接线，用电压表、电流表、功率表三个表测量日光灯和镇流器线圈总的电阻R和镇流器电感L。图4 镇流器参数内阻R和电感L的测量2经教师检查后，合上电源开关。调节调压器，使

6、电压输出220V，读取电流表和功率表的读数，作记录，记入表1中。表1：整流器线圈参数的测量测量值计算值U（V）I（A）P（w）R（ ）L（H）（2）日光灯电路的安装 1）按图5所示的电路接线。经教师检查后，合上电源，调节调压器，使其输出电压从零开始慢慢增大，观察日光灯的启动过程。图5 日光灯安装电路图 2）将调压器的输出电压调至220V，使日光灯正常工作后，测量各电流、电压及功率值记入表2中。测量荧光灯电路的功率P；用交流电压表分别测量荧光灯电路电压U（电源电压）、灯管两端电压UCD；镇流器电压UBC，并计算灯管电阻R、镇流器电阻RL、镇流器电感L。表2：日光灯安装的数据记录表格总电压U电路电

7、流I灯管电压UCD镇流器电压UBC日光灯功率P功率因数cos灯管电阻R镇流器电阻RL镇流器电感L（3）荧光灯电路功率因数的提高 1）按照图6所示电路连接实验电路。图6 日光灯功率因素提高示意图2）闭合电容开关S2，闭合电源开关S1，改变并联电容的数值，分别测量荧光灯电路总电流I、荧光灯电路IL、电容电流IC，并计算电路对应的功率因数。电容值测 量 数 值计 算 值(F)P(W)COSU(V)I（A）IL(A)IC(A)I(A)Cos012.24.74注意事项 （1）实验过程中必须注意人身安全和设备安全。 （2）注意荧光灯电路的正确接线，镇流器必须与灯管串联。 （3）镇流器的功率必须与灯管的功率一致。 （4）荧光灯的启动电流较大，启动时用单刀开关将功率表的电流线圈和电流表短路，防止仪表损坏，操作时注意安全。 （5）保证安装质量，注意安装工艺。5实验报告 按规定要求完成实验报告，并回答以下问题： （1）荧光灯电路的基本原理。 （2