电路与电子技术仿真与实践 实验1.4 日光灯电路与功率因数的提高

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1、实验1.4日光灯电路与功率因数的提高电路分析基础实验1.熟悉日光灯的接线方法。学习功率表的使用方法。一、实验目的2.掌握在感性负载上并联电容器以提高电路功率因数的原理。1.完成日光灯电路的测量。(日光灯灯管额定电压为220V，额定功率40W)。二、实验任务2.完成因补偿电容改变而引起的功率因数改变的曲线=f(C)的测试，根据装置上现有的电容，求出将日光灯功率因数提高到最大值时所需补偿电容器的电容值。三相自耦调压器、灯管、XD06挂箱中起辉器、镇流器、电容器组、交流电流表、电流插座、插头、智能型数字功率表、数字万用表、导线。三、实验设备镇流器是一个

2、带铁芯的电感线圈，它相当于一个电阻与电感串联的元件。L，r交流电源～220V熔断器灯管起辉器日光灯电路接线图四、实验原理及步骤日光灯电路主要有灯管、起辉器和镇流器组成。灯管：内有灯丝、灯头。玻璃管被抽成真空后，充入少量惰性气体并注入微量的液态水银，其内壁涂有一层匀薄的荧光粉。两端灯丝上涂有可发射电子的物质(电子粉)称为阴极。灯头与管内灯丝相连。镇流器是一个具有铁心的电感线圈，但它不是纯电感，它相当于一个电阻与电感相串联的元件。其作用是限制和平稳通过灯管的电流，并产生较高的自感电动势以点亮日光灯。熔断器是为了避免过电流损坏灯管启辉器：在日光灯接通过

3、程中起点动开关作用。启辉器内有一个充有氖气的氖泡，氖泡内有两个电极，一个是固定电极，另一个是由两片热膨胀系数相差较大的金属片辗压而成的可动电极。在两电极的引出端并联一个电容C，用以消除对无线电设备的干扰。当日光灯电路接通电源后，因灯管尚未导通，故电源电压全部加在启辉器两端，使氖泡的两电极之间发生辉光放电，使可动电极的双金属片因受热膨胀而与固定电极接触，于是电源、镇流器、灯丝和启辉器构成一个闭合回路，所通过的电流使灯丝得到预热而发射电子。在氖泡内，两电极接触后辉光放电熄灭，随之双金属片冷缩与固定电极断开，断开的瞬间使电日光灯的工作原理：路的电流突然

4、消失，瞬时在电感上产生一个比电源电压高得多的感应电动势，连同电源电压一起加在灯管的两端，使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收紫外线后，辐射出可见光，日光灯就开始正常工作。在正常状态下，镇流器对灯管起分压和限流作用，使灯管电流不致太大。日光灯正常工作后，可看成由日光灯管和镇流器串联的电路。灯管相当于一个电阻元件，前面已经提到镇流器相当于一个电阻、电感相串联的元件。这样，日光灯电路就可看成一个RL串联的感性负载，电流为，设该负载两端电压相位超前于电流相位θ角，则电路的功率因数为cosθ。为了提高电源的利用率和电路

5、的传输效率，须提高电路的功率因数。提高感性负载功率因数的方法之一，就是在感性负载两端并联适当的补偿电容，以供给感性负载所需的部分无功功率。并联电容器后，负载两端的电压与总电流的相位差为，电路图、向量图如下图所示。R日光灯电路LCθ提高电路功率因数的原理图与向量图由图可见，并联电容器后，＞cosθ，即功率因数得到了提高。补偿电容C大小可按下式计算：P为有功功率ω为2πf(f=50Hz)为电源电压L为补偿前日光灯支路电流为电容支路电流为补偿后电路总电流θ及为补偿前、后电压与电流的相位角电路的有功功率P=UIcosθ，它表明了二端网络实际吸收能量的大小

6、，功率因数越接近1，吸收的有功功率就越大。有功功率是由电阻元件消耗的。无功功率Q=UIsinθ，它是由电感或电容元件消耗的。视在功率S=UI=，功率因数cosθ=。从理论上说，肯定能找到一个补偿电容，使得经电容补偿后电路的=1，但由于装置的限制，实验时调不到=1，所以需根据测试数据，计算出=1时C的值。功率表接线应按照同名端相连，电流线圈串联在回路中，电压线圈并联在回路中的原则接线。如上图所示。功率表的说明(见动画)P=UIcosθRL功率表测量的是有功功率。P负载RL功率表接线示意图它有两个线圈，一个是电流线圈I*一个是电压线圈,为了保证两个线

7、圈的电流流入(或流出)方向一致,对于电流流进的接线端钮仪表面板上均已标注“*”或“+”，即同名端。功率表在接线时，应使电流线圈和电压线圈的同名端接到电源同一极性的端子上。U*智能型数字功率表示意图智能型数字功率表使用简介打开电源，循环显示，表示测试系统已准备就绪，进入初始状态。按“功能”键，出现固定，则测试有功功率，读取时只需按“确认”键即可；按“功能”键，出现，则测试功率因数，读取时只需按“确认”键即可。复位功能确认同名端相连电压线圈电流线圈若显示代表感性负载，若显示代表容性负载。在任何状态下按“复位”键系统恢复到初始状态。3.通过调节柜体左侧

8、三相调压器同轴旋钮，观察并测量未加电容补偿时日光灯点亮所需的电源电压。4.将该三相调压器同轴旋钮调至日光灯额定工作电源220V，完成表中