日光灯实验报告

1、1.4单相电路参数测量及功率因数的提高1.4.1 实验目的1 掌握单相功率表的使用。2 了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接。3 研究日光灯电路中电压、电流相量之间的关系。4 理解改善电路功率因数的意义并掌握其应用方法。1日光灯电路的组成日光灯电路是一个RL 串联电路，由灯管、镇流器、起辉器组成，如图，功率因数较低，提高电路功率因数实验可以用日光灯电路来验证。起辉器 SI L镇流器I C日光灯管 A 220V补偿电容 C图灯管：内壁涂上一层荧光粉，灯管两端各有一个灯丝（由钨丝组成） ，用以发射电子，管内抽真空后充有一定的氩气与少量水银，当管内产生辉光放电时，发出可见光。镇流器：是绕在硅钢

2、片铁心上的电感线圈。 它有两个作用， 一是在起动过程中，起辉器突然断开时， 其两端感应出一个足以击穿管中气体的高电压， 使灯管中气体电离而放电。 二是正常工作时， 它相当于电感器， 与日光灯管相串联产生一定的电压降，用以限制、稳定灯管的电流，故称为镇流器。实验时，可以认为镇流器是由一个等效电阻RL 和一个电感 L 串联组成。起辉器：是一个充有氖气的玻璃泡，内有一对触片，一个是固定的静触片，一个是用双金属片制成的 U 形动触片。动触片由两种热膨胀系数不同的金属制成，受热后，双金属片伸张与静触片接触，冷却时又分开。所以起辉器的作用是使电路接通和自动断开，起一个自动开关作用。2日光灯点亮过程电源刚接

3、通时， 灯管内尚未产生辉光放电， 起辉器的触片处在断开位置， 此时电源电压通过镇流器和灯管两端的灯丝全部加在起辉器的二个触片上， 起辉器1的两触片之间的气隙被击穿， 发生辉光放电， 使动触片受热伸张而与静触片构成通路，于是电流流过镇流器和灯管两端的灯丝，使灯丝通电预热而发射热电子。与此同时，由于起辉器中动、 静触片接触后放电熄灭， 双金属片因冷却复原而与静触片分离。在断开瞬间镇流器感应出很高的自感电动势， 它和电源电压串联加到灯管的两端，使灯管内水银蒸气电离产生弧光放电， 并发射紫外线到灯管内壁，激发荧光粉发光，日光灯就点亮了。灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生较大的电压降（有一半以上电压

4、），灯管两端（也就是起辉器两端）的电压锐减，这个电压不足以引起起辉器氖管的辉光放电，因此它的两个触片保持断开状态。即日光灯点亮正常工作后，起辉器不起作用。3日光灯的功率因数日光灯点亮后的等效电路如图1.4.2 所示。灯管相当于电阻负载RA ，镇流器用内阻 RL 和电感 L 等效代之。由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低，整个电路所消耗的功率 P 包括日光灯管消耗功率 PA 和镇流器消耗的功率 PL 。只要测出电路的功率 P、电流 I、总电压 U 以及灯管电压 UR，就能算出灯管消耗的功率 PA =I×UR，P镇流器消耗的功率PL =P- PA ， cosUILR L镇流器

5、L 220VRA图2功率因数的提高日光灯电路的功率因数较低，一般在 0.5 以下，为了提高电路的功率因数，可以采用与电感性负载并联电容器的方法。 此时总电流 I 是日光灯电流 I L 和电容器电流IC 的相量和： II LI C ，日光灯电路并联电容器后的相量图如图1.4.3所示。由于电容支路的电流 I C 超前于电压 U 90°角。抵消了一部分日光灯支路电流中的无功分量，使电路的总电流 I 减小，从而提高了电路的功率因数。电压与电流的相位差角由原来的减小为，故 coscos。当电容量增加到一定值时，电容电流I C 等于日光灯电流中的无功分量，=0。cos =1，此时总电流下降到最小

6、值， 整个电路呈电阻性。 若继续增加电容量，总电流 I 反而增大，整个电路变为容性负载，功率因数反而下降。2I C3IC 2I C1I3C3UI 21C1C2I 1I L图 1.4.3 日光灯并联电容器后的相量图5单相功率表及其用法具体内容见1 预习日光灯工作原理， 并联电容器对提高感性负载功率因数的原理、意义及其计算公式。2 如图，日光灯管（ RA）与镇流器（ RL 、L）串联后，接于220V 、50Hz的交流电源上，点亮后，测得其电流I=0.35A，功率 P=40W，灯管两端电压 UA =100V。要求写出下列各待求量的计算式。求 cos1=？、1=？、 RA =？、 RL =？、 L=？

7、、灯管消耗的功率PA 和镇流器消耗的功率 PL 。并联 C=3 F 后，求 I C=？、 I=？、 cos=？。按比例画出并联电容器后的相量图。 （如图 1.4.3，计算出电压与总电流的相位差角 ）3熟悉交流电压表、电流表和单相自耦调压器的主要技术特性，并掌握其正确的使用方法。1.4.4 实验设备与器件1 交流电压表2 交流电流表3 功率表4 自耦调压器5 镇流器36 电容器7 起辉器8 日光灯管9 电流表插座1.4.5 实验内容与步骤日光灯实验线路如图A电流表插孔*镇流器IILQSPWR L起cosfICL辉L日器SV UA光220VR灯管AN自耦调压器C1 C2C3图1提高感性负载功率因数

8、实验如图，按 2.2F、4.7F、6.9F、依次并上电容器C1、C2、C3。当电容变化时，分别记录功率表及电压表读数，测得三条支路电流I 、IL、I C的值 。测量数据记入表表电容值测量数据计算值（F）P（W） U (V)（ mA ） I （ mA ）cos'I（ mA ） I LCI （ mA ）02.24.76.9注：表中 I ' 为 I 的计算值， II LI C ，其中 IL 和 IC 为上表中测量值。41.4.6 实验思考题1给出实验内容（ 1）中计算RA、RL 、L 的计算过程及公式，将结果填入表2计算出本实验中灯管消耗的功率PA 和镇流器消耗的功率PL 。3画出实

9、验内容（ 2）当电容为 0、2.2F、 4.7F、6.9F时类似图，要求计算出各总电流I 与总电压 U 的相位差角，给出公式及计算过程。4若要使本实验中日光灯电路完全补偿（也就是功率因数提高到1），需要并联多大容值的电容？请给出计算式并计算出最后结果。5是否并联电容越大，功率因数越高？为什么？6当电容量改变时，功率表有功功率的读数、日光灯的电流、功率因数是否改变？为什么？1.4.7 实验注意事项1本实验用交流市电 220V，用单相自耦调压器来实现电压调节，当供电电源电压为 220V 时，调压器的输出可在 0250V 之间连续调节，务必注意人身和设备的安全。注意电源的火线和地线， 在实际安装日光灯时， 开关应接在火线上。2在使用自耦调压器过程中， 接通电源前，都必须将电压调至零电压处 （即逆时针旋转到头，然后再合上电源，逐渐增大电压至需要值。3不能将 220 V 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。4功率表、电压表、电流表要正确接入电路，电流表应串入电路中测量电流。5电路接线正确，日光灯不能起辉时，应检查起辉器及其接触是否良好。6每次改接线路，一定要在断开电源的情况下进行，以免发生意