发布时间 : 星期三 文章实验指导RLC串联谐振电路的研究更新完毕开始阅读
实验三 日光灯电路和功率因数的提高
一、实验目的
1. 进—步理解交流电路中电压、电流的相量关系。 2. 进一步理解感性负载电路提高功率因数的意义和方法。 3. 熟悉日光灯的工作原理，学会联接日光灯电路。 4. 学习交流电压表、电流表、功率表的使用。
二、实验原理
1．日光灯电路及工作原理
日光灯电路由日光灯灯管、镇流器、启动器等元件组成。电路如图3.1所示。 镇流器 S FU R UR 灯管 ~220V
RL U
URL XL 启动器
图3.1 日光灯电路
图3.2 日光灯等效电路
日光灯管的内壁涂有一层荧光粉，灯管两端各有一组灯丝，灯丝上涂有易使电子发射的金属粉末。管内抽成真空，填充氩气和少量的汞。它的启动电压是400—500V，启动后管压降只有80V左右。因此，日光灯灯管不能直接接在220V的电源上使用，而且启动时需要高于220V的电压。镇流器和启动器就是为满足这个要求而设计的。
镇流器是—个铁心线圈。启动器内有两个电极，一个是双金属片，另一个是固定片，两极之间有一个小容量电容器。一定数值的电压加在启动器两端时，启动器产生辉光放电。双金属片因放电而受热伸直，并与定片接触。而后启动器因动片与定片接触，放电停止，冷却且自动分开。日光灯起辉过程如下：当接通电源后，启动器内双金属动片与定片间的气隙被击穿，连续发生火花，双金属片受热伸长，使动片与定片接触。灯管灯丝接通，灯丝预热而发射电子，此时启动器两端电压下降，双金属片冷却，因而动片与定片分开。镇流器线圈因灯丝电路断电而感应出很高的感应电动势，与电源电压串联加到灯管两端，使管内气体电离产生弧光放电而发光。因此时启动器两端所加电压值等于灯管点燃后的管压降，这个80V左右的电压不再使双金属片打火，故启动器停止工作。所以启动器在电路中的作用相当于一
个自动开关，镇流器在灯管启动时产生高压，有启动前预热灯丝及在正常工作时限流的作用。
日光灯工作时，灯管可以认为是一电阻负载，镇流器可以认为是一个电感量较大的感性负载，两者串联构成一个R、L串联电路。日光灯工作时的整个电路可用图3.2等效串联电路来表示。
2．功率因数的提高
正弦交流电路中所消耗的平均功率：P?UIcos?，其中cos?称作电路的功率因数。 功率因数的高低反映了电源容量利用率的大小。电路功率因数低，说明电源容量没有被充分利用。同时，无功电流在输电线路上造成无为的损耗。因此，提高电路的功率因数成为电力系统的重要课题。
在实际电路中，负载常为感性。如日光灯电路因串联镇流器，它是一个电感较大的线圈，故日光灯整个电路的功率因数只有0.5左右。感性负载功率因数较低时，可在负载两端并联适当容量的电容器来提高电路的功率因数。
三、实验仪器和设备
1. 日光灯电路板 1套 2. 交流电压表 1块 3. 交流电流表 1块 4. 电流插口 3只 5. 单相功率表 1块 6. 电容 若干 7．导线 若干
四、预习要求
1．预习日光灯的工作原理。
2．熟悉R、L串联电路中电压与电流的相量关系。
3．在R、L串联与C并联的电路中，你准备如何求cos?值？ 4．感性负载如何提高功率因数？
5．在感性负载两端并联适当电容后，电路中哪些量发生了变化，如何变？哪些量不变，为什么？
五、实验内容及步骤
1．按图3.3 接好电路，其中瓦特表电压线圈与电路并联，电流线圈与电路串联，并注意其同名端。合上电源开关S1，断开S2，接通电源，观察日光灯的启动过程。
2．测量日光灯电路的端电压U、灯管两端电压UD、镇流器两端电压URL、电路电流I即日光灯电流ID和电路总功率P，并计算功率因数cos?，将数据填入表3.1中。
3．合上开关S2，将日光灯电路两端并联电容C。逐渐加大电容量，每改变一次电容量，都要测量端电压U、灯管两端电压UD、镇流器两端电压URL、电路电流I、日光灯电流ID、电容器电流IC和电路总功率P，并计算功率因数cos?，。将测量数据填入表3.1中。
S1 * I * W ID IC 镇流器 灯管 URL UD 启动器
表3.1 电容 （μF） 0 1.0 2.2 4.7 I ~220V U S2 C 图3.3 日光灯并联电容电路
测 量 数 据 ID IC U UD URL P 计算 cos? 六、实验报告要求
1．选择适当比例，依据表3.1中的数据绘出电压三角形，并由三角形计算出镇流器的电阻压降Ur、电感压降UL各是多少伏？
2．测得的UD + URL ≠ U，为什么？
3．画出并联电容C后一组数据的电流相量图，分析在感性负载并联适当电容后为何可以提高功率因数。
4．在并联电容提高电路的功率因数时，电容的选择应考虑哪些原则? 5．并联电容前后测得P的大小不变，为什么？