荧光灯功率因数的提高

荧光灯功率因数的提高【实验目的】了解荧光灯电路的工作原理，掌握荧光灯电路的安装方法;学习有功功率的测量方法;观察电感性负载并联电容器对提高电路功率因数的作用。【相关知识要点】荧光灯电路简介大多数荧光灯电路包括灯管、镇流器和启辉器三个器件，如图2.1.2所示。灯管内壁涂有荧光粉,管内抽真空后充有惰性气体氩和少量汞蒸气,灯管两端各有一根灯丝。镇流器是一个具有铁芯的电感线圈,它的作用是帮助灯管启动并在灯管启燃后起降压、限流作用。电感线圈具有一定的电阻,铁芯也有一定的铁耗,故镇流器要消耗一部分有功功率。启辉器是一个小型氖气泡,有一个固定电极和一双层金属片构成的可动电极。两电极与一个小电容并联。电路启动之初，220V交流电压全部加在启辉器两个电极之上,使其产生辉光放电，可动电极受热膨涨，与固定电极接触，从而接通灯丝电路，使灯丝通过较大电流，迅速加热并发射大量热电子。启辉器两电极接通后电压降为零，辉光放电停止，双金属片因温度下降而复原,电路断开。此时，加到灯管两端的电压使灯管内的电子形成高速电子流，撞击气体分子，使之电离而产生弧光放电并射出紫外线，管壁内所涂荧光粉因受紫外线激发而发出荧光灯特有的可见光。灯管启燃后，灯管上的电压降低于启辉器辉光放电电压，启辉器不能再发生辉光放电，因而失去作用。研究证明，产生气体放电时的荧光灯是一个非线性电阻,其电流、电压基本同相,电流波形近似为正弦波，电压波形近似为矩形波，它含有50Hz基波和3、5、7等高次谐波，故用电压表（在50Hz正弦波下校准）测量荧光灯电路的电压时,有一定误差。功率因数的提高由于镇流器具有较大电感,故荧光灯电路是一个感性负载电路。对于这样的感性负载电路,常采用并联电容器的方法来提高电路的功率因数。以流过电容器的容性电流，补偿负载中的感性电流，提高负载电路的功率因数。此时虽然负载消耗的有功功率不变，但输电线路上的总电流减小，线路损耗减小，因此提高了电源设备的利用率和减少了线路的能量损耗。由于荧光灯电路的非线性，其电流中含有高次谐波，并联电容器不能对其感性无功电流进行全补偿，即功率因数不能提高到1。功率测量方法

功率表具有电流线圈和电压线圈，功率表所测得的功率P=UIcosQ,U为功率表电压所跨接电压的有效值；I为流过功率表电流线圈的电流有效值；0为此电压和电流之间的相位差。功率表接入电路的方法如图2.1.1所示，图中RV为电压线圈支路的分压电阻。功率表的电流线圈必须串入线路中，且电流线圈的非“*”号端应接至负载端。电压线圈必须并联接入电路，其“*”端必须与该功率表电流线圈所在的相线相接，而非“*”号端应接至负载的另一端(否则电网的全电压基本上作用在这两个线圈之间，会引起线圈相互作用而产生较大的静电误差，并且可能导致线圈间绝缘击穿)。如果接线方式正确，而读数为负(或指针反偏)，说明实际功率输送的方向与预测的相反。这时，只要把电流线圈两端位置交换即可。为了减少测量误差，必须正确选择功率表的联接方法。图2.1.1(a)所示的联接，功率读数中包括了电流线圈的功率损耗，适用于负载阻抗远大于电流线圈阻抗的情况，这种接法称为电压线圈前接法；图2.1.1(b)所示的连接，功率读数中包括了电压线圈支路的功率损耗，适用于负载阻抗远小于功率表电压线圈支路阻抗的情况，这种接法称为电压线圈后接法。电压线圈电流线圈RL电压线圈电流线圈RL图2.1.1功率表的接线方式预习与思考】熟悉荧光灯电路的工作原理，明确电路中各电流、电压的情况。复习有关交流并联电路及提高功率因数的内容。在实验中，并入电容之后,灯管中流过的电流和消耗的功率变不变？总功率因数变不变？注意事项】由于电压较高，接拆线路必须断电，线路接好后，必须经教师检查后才可接通电源在操作过程中，要注意人身和设备安全。镇流器必须与灯管串联接入电路，以免烧坏灯管。通电后，如荧光灯不亮，可用电压表逐点测量电压的方法，找到故障点，分析判断是导线还是器件发生了故障，断电后，仔细检查、更换故障器件。

实验内容】按原理图2.1.2组成实验电路，经老师检查后才能合上交流220V开关Q,电容箱的全部开关置于“断”，测出U、u灯、U镇、I、I灯、IC、电路总功率P、镇灯 镇 灯 C流器消耗的功率P镇，数据记入表2.1.1中。镇将并联电容由零逐渐增大，测出相应的电流值，数据记入表2.1.2中。测出电流1最小时的U、u灯、u镇、I、1灯、J、P、P镇，数据记入表小中。表2丄1U/VU/VU/VI/AI/AIC/AP/