实验四单相交流电路的设计和研究

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1、实验四单相交流电路的设计和研究一、实验目的1.设计一个单和交流电路，并测量电路的参数；2.研究单相交流电路中的电流、电压的关系；3.掌握和了解用电容器改善功率因数的方法和意义;4.学习功率表的使用方法。二、实验原理电力系统屮的负载大部分是感性负载，其功率因数较低，为提高电源的利用率和减少供电线路的损耗，往往釆用在感性负载两端并联电容器的方法进行无功补偿，以提高线路的功率因数。口光灯电路为感性负载，其功率因数一般在0.3〜0.4左右,在本实验中，利用

2、_1光灯电路來模拟感性负载观察交流电路的各种现象。220VA/灯管

3、图4-1H光灯电路1.口光灯的工作原理如图4-1所示，日光灯电路由荧光灯管、镇流器和启辉器三者组成：(1)灯管：日光灯管是一根玻璃管，它的内壁均匀的涂有一层薄的荧光粉，灯管两端个有一个阳极和灯丝。灯丝由鹄丝制成，其作用是发射电子。阳极是两根傑死，焊在灯丝上,少灯丝具有相同的电位，其主要作用是当它具有正电位吋吸收部分电子，以减少电子对灯丝的撞击。此外，它还具冇帮助灯管点燃的作用。灯管内还充有惰性气体(如氮气)与水银蒸气。由于有水银蒸气，当管内产牛辉光放电时，就会放射紫外线。这些紫外线照射到荧光粉上就会发出可见光。(2

4、)镇流器：它是绕在硅钢片铁心上的电感线圈，在电路上与灯管相串联。其作用冇：在tl光灯启动时，产生足够的口感电势，使灯管内的气体放电：在tl光灯正常工作时，限制灯管电流。不同瓦数的灯管应配以不同的镇流器。(3)启辉器：它是一个小型的辉光管，管内充有惰性气体，并装有两个电极：一个是固定电极，一个是倒“U”型的可动电极，两电极上都焊有触头。倒“U”型可动电极由热膨胀系数不同的金属片制成。点燃过程:日光灯管、镇流器和启辉器的联接电路如图4・1所示。刚接通电源时，灯管内气体尚未放电，电源电压全部加在启辉器上，使它产生辉光放电

5、并发热，倒型的金属片受热膨胀，山于内层金属的热膨胀系数大，双金属片受热后趋于伸直，使金属片上的触电闭合，将电路接通。电流通过灯管两端的灯丝，灯丝受热后发射电子，而当启辉器的触电闭合示，两电极间的电压降为零，辉光放电停止，双金属片经冷却恢复原来位置，两触电重新分开。为了避免启辉器断开时产生火花，将触电烧毁，通常在两电极I'可并联一只极小的电容。在双金加片冷却后触电断开瞬间，镇流器两端产生相当高的电势，这个自感电势与电源电压一起加到灯管两端，使灯管发生弧光放电，弧光放电所放射的紫外线照射到灯管的荧光粉上，就能发出可见光

6、。灯管点亮后，较高的电压降落在镇流器上，灯管电压只有100V左右，这个较低的电压不足以使启辉器放电，因此，它的触电不闭合。这时日光灯电路因有镇流器的在形成一个功率因数很低的感性电路。口光灯电路的等效电路如图4-2所示。1.H光灯电路原理分析H光灯电路可以看成R、L串联的感性电路（见图5-3）0以电压Ul为参考相量，则电压电流关系为，九十力Jss…阮II图4-2H光灯等效电路图4-3提高功率因数相量图2.功率因数的提髙如果负载、功率因数较低（日光灯电路的功率因数在0.3〜0.4）,—是电源利用率不高,二是供电线路损耗

7、加大，因此必须対其进行改善和提高。提高功率因数的方法，通常在感性负载两端并联一电容（如图4-2）补偿无功功率，以提高线路的功率因数。功率因数提高的原理如图4-3所示。三、实验内容与要求根据实验室提供的实验设备完成以下实验内容的设计：1.设计一个口光灯的照明电路以及记录各个部分电流、电压和功率测量结果的实验数据表格，根据测量数据了解交流电路中，各部分电压利电流Z间的相量关系。1.在1的基础上设计一个利用并联电容来提高功率因数的电路，按照下表所给电容C的数值，测量电压、电流、功率和功率因数，并填入表4-iq«0表4・1

8、C(pF)012.24.7U(V)1(A)P(W)COS0四、实验设备表4・2序号名称型号与规格数量备注1交流电压表12交流电流表13功率表14三相调压器15镇流器16电容器17启辉器18日光灯灯管1五、实验报告要求1.实验题冃、FI的、内容（包括设计的实验电路和实验数据表格）；2.整理测试数据，填入表格中；3.回答思考题。六、注意事项1.正确使用各电表的接线并注意量程；2.在实验2中，电容C一定要由小到大逐步增加并注意各电表，以防电流过大；3.注意人身和设备安全，不得带电换接线路；4.接线止确，FI光灯不能启辉时

9、，应检查启辉器及其接触是否良好。七、思考题1.把电容器与R、L电路并联可改善负载的功率因数，如果把电容器与R、L电路串联能否改善负载的功率因数？为什么？2.在做提高功率因数实验吋，随着电容数值的不断增加，电路小电流的变化规律为由大变小再变人，试分析原因。3.说明提高功率因数的意义。