实验六 日光灯电路的接线及功率因数提高.docx

一、目的要求1．练习使用功率表 2．学习日光灯电路的接线，并了解各元件的作用 3．了解提高功率因数的意义和方法二、实验原理与方法 1．日光灯电路及各元件作用 日光灯电路见图1 所示它是由日光灯管、镇流器、启辉器和开关组成图 1 日光灯电路（1）日光灯管 灯管两端引脚插入灯头的金属插孔，灯管引脚在灯管两端各有一对，对外连接交流电源，对内安装有灯丝，灯丝在交流电源作用下发射电子灯管内抽真空后充 入少量的汞蒸汽和少量的惰性气体，例如氩、氪、氖等惰性气体的作用是减少阴极的蒸发 和帮助灯管启动2）镇流器 镇流器是电感量较大的铁心线圈，它串联在灯管和电源之间，有单绕组的，也有双绕组的不论哪种结构的镇流器，都是配合启辉器产生瞬间高压使灯管发光 在灯管正常发光后又能起到限制灯管电流的作用3）启辉器 启辉器底座上固定有两个螺帽形电极，使用时将其插钮在启辉器座上启辉器内有电容器（约0.005〜0.02“F）并联在玻璃泡两极，玻璃泡内装膨胀系数不同的U 形双金属片，其内部充入惰性气体并联电容器可减弱日光灯启动时产生的无线电辐射，减 小对邻近无线电音频、视频设备的干扰2．日光灯工作原理 合上电源开关后，电压先加在启辉器的两个电极上，启辉器在进行辉光放电时产生大 量的热。

U形双金属片受热膨胀变形，将启辉器的两电极接通，此时电流通路见图2 （a） 所示在此电流作用下，一方面灯丝被加热，发射大量电子另一方面，启辉器两个电极闭 合后，辉光放电消失，电极很快冷却，双金属片恢复原始状态而导致电极断开，这段时间实 际是灯丝预热过程，一般日光灯约需0.5秒〜2秒当启辉器中电极突然切断灯丝预热回路时，镇流器上产生 很高的感应电压（约 800〜1500V）,叠加在电源电压上，使得灯管两端获得很高的电压，迫使日光灯进入发光工 作状态如果启辉器经过一次闭合、断开，日光灯管仍然不能点亮，启辉器又二次、三次重 复上述动作，直至点亮日光灯为止灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生很大电压降，使灯管两端电压迅速降低， 当其小于启辉器的启动电压，启辉器不再动作，灯管正常发光，此时电路电流通路如图 2（b） 所示a)灯丝预热时(b)灯丝点燃后图 2 日光灯的电流通路3．并联电容提高功率因数 对于一般的感性负载，可以通过并联合适电容的方法来提高整个电路的功率因数日 光灯电路由于其具有镇流器的原因，因而是一个功率因数较低的电感性负载，一般情况下 cosP约为0.5并联不同容量的电容器，可以改善日光灯电路的功率因数，并联电容器提高 功率因数的电路图和相量图如图3所示。

图中L、R等效为镇流器，R等效为灯管a)电路图 (b)相量图图 3 日光灯并联电容前后电路图和相量图由相量图可见并联电容器前，日光灯电路功率因数为PI URLP1Ucos申RL式中 P 为日光灯支路有功功率；IR L 为日光灯支路电流；R LU 为电路总电压并联电容器以后，整个电路功率因数为cos申式中 P 为整个电路有功功率；I 为整个电路总电流；U 为电路总电压并联电容器功率因数提高后，其功率因数角减少(9〈 p R L)，整个电路所需的一RL 部分无功电流分量由电容器提供，从而提高了整个电路的功率因数三、实验仪器表与设备1．单相功率表 1 只2．单相功率因数表 1 只3．交流电流表1只4．交流电压表1只5．电容箱1只6．日光灯实验板1块7．开关2只四、实验内容与步骤1．组装日光灯电路按图 4 接线（也可先连接电流表、电压表、功率表、功率因数表、电容器和开关 S2， 待需测量电路数据时再插入）在合上电源开关S1前，检查开关S2应闭合，防止日光灯较 大的启动电流冲击功率表和电流表电容器箱开关全部打开，不要并联电容器在电路上S2电容箱图 4 日光灯并联电容器电路开关S］闭合，日光灯应能正常发光，如果不能正常发光，应仔细检查电路连接是否正 确，也可参照本实验附表3 进行故障排除。

2．并联电容器提高功率因数 在日光灯能正常发光的基础上，对日光灯（没有并联电容器）电路功率因数进行测量 和计算断开S2,读取功率因数表、电流表、功率表、电压表数值记录于表1中接入电容器，逐次增加电容量，读取功率因数表、电流表、功率表、电压表的数值， 记录于表 1 中改变不同电容器值，重复测量记录功率因数、电流、功率和电压数值记录于表1 中表 1 并联电容器提高功率因数实验数据电容量测 量值计算值UIRL/IPcosP RL/cosPcosP RL /cosP0五、注意事项普通功率表是按cosP =1来刻度的，如果负载的cosP很低，普通功率表指针偏转角太 小无法读数，而且误差也大，因此要用低功率因数功率CosP =0.1或0.2）表进行测量，它 可以测量小功率，接线和普通功率表一样1．功率因数表 功率因数表也称为相位表，它可以测出负载的功率因数，也可以测量交流电路中电压 和电流的相位差功率因数表的接线方法与功率表一样使用时要注意它的电压、电流额定值2．电容箱电容器在实验前应处于断开状态，根据实验情况逐步增大并联电容值电容箱中电容 器的耐压要符合要求3．日光灯线路连接要正确，防止损坏灯管。

六、实验报告要求1．在按照图4 所示线路安装时，若发现问题，填入表2 中3．回答下列思考题：（1）日光灯正常发光后，能否拆除启辉器？为什么？（2）感性负载并联电容器为什么能提高功率因数？并联电阻能否提高功率因数？（3）日光灯并联电容器后其自身的功率因数是否得到提高？附：表3 日光灯的常见故障及其排除方法序号故 障原 因排 除 方 法1灯管和启辉器都不亮电源电压过低检查线路镇流器不合格换合格的镇流器接线错误、断线或接触不良纠正接线、修理断线处，矫正接触簧片灯丝断换灯管启辉器不良或不合格换启辉器2灯管不亮，启辉器亮电压低或有超负荷使电源正常或配线正规接线错误纠正接线灯管已坏换灯管3灯管两端发 红，启辉器亮接线错误纠正接线灯管寿命终结换灯管4启辉器不亮而灯管两端亮启辉器或与其并联的电容器短 路换启辉器电源电压低使配线正规灯一半亮光线呈蛇形状起伏灯管与灯座接触不良灯管寿命终结好灯暂时有起伏，若始终有起 伏，则电压偏高或灯管不好纠正安装状态换灯管开、关数次或隔数分钟再开灯，即消除 异常如无改进，应调整电压或换灯管灯具过热，有沥青味在较短的时间内灯管两端变黑电压错误电源频率错误（低于48Hz） 散热不充分电压太高、电流过大 镇流器不合格或有局部短路 接线错误接线接触不良灯管不良检查电源检查频率调整镇流器安装位置换合格的镇流器 纠正接线 纠正安装状态 换灯管。