实验1.6 日光灯电路与功率因数的提高

实验1.6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。cos三相自耦调压器、灯管、挂箱上的起辉器、镇流器、电容器组及电流插座、交流电流表、电流插头、智能型数字功率表、数字万用表、导线。三、实验设备四、实验原理与步骤日光灯电路主要有灯管、起辉器和镇流器组成。镇流器是一个带铁芯的电感线圈，它相当于一个电阻与电感串联的元件。L，r交流电源～220V灯管起辉器日光灯电路接线图保险丝是为了避免过电流损坏灯管日光灯灯管接启辉器电工台XD06镇流器启辉器点动开关启辉器镇流器点动开关灯管：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。启辉器：在日光灯接通过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。RLI为了提高电源的利用率和电路的传输效率，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。UIR日光灯电路LCRLIICIUθCIUIRLICI提高电路功率因数的原理图与向量图)tan(tan2UPCcos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URICII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coscos=1，所以需根据测试数据，计算出=1时C的值。cos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，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=。22QPSP断通cos电容组电流插座挂箱指针式交流电流表数字式交流电流表0～5A1A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)RL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。智能型数字功率表功能确认复位同名端相连保险丝电压线圈电流线圈按“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。若数字前显示代表感性负载，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。日光灯测试电路图IRLI点亮电压U~220V零线相线IcWULrUR不要带电接、拆线日光灯电路的测试表记录功率因数提高到最大时所需补偿电容值C日光灯点亮所需的电源电压U(V)C(μF)U(V)ULr(V)UR(V)I(A)IRL(A)Ic(A)P(w)cosθ′0额定电压1μF2.2μF…C=?cosθ′max…5.7μF6.9μF7.9μF9.87μF3.通过调节柜体左侧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.将三相调压器同轴旋钮调至日光灯额定工作电压220V，完成表中电压、电流、功率与功率因数记录。1.用万用表的档，判断功率表的电流线圈中的熔断器与日光灯管的熔断器的导通情况。2.将电流线圈与电压线圈同名端相联。按照先串联回路联接，后并联回路联接的原则，按前面实验电路图的动画步骤进行接线。经检查无误后方可通电。5.改变电容，在1μF～9.87μF之间均匀取10个值，通过观察智能型数字功率表中功率因数的感性、容性显示变化，完成日光灯电路的测量表记录。从理论上说，肯定能找到一个补偿电容，使得经过电容补偿后电路的=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。coscoscos6.利用实验装置中的独立电容，尽可能地调出功率因数的最大值。五、实验报告要求1.画出实验电路与表格，写出实验的简要过程与步骤。2.记录点亮日光灯所需的电源电压，并完成在额定电压下，电容从0～9.87μF之间变化时电路的相关参数的表格记录。3.利用实验装置中的独立电容，尽可能地调出功率因数的最大值。并记录功率因数最大值及所对应的补偿电容器的电容值。六、注意事项日光灯供电电源从相线和零线引出。对于强电实验决不允许带电接、拆线。发生异常现象，立即断开电源开关。5.根据测试数据，得出结论。完成思考题。cos4.根据实验测得的数据，计算=1时补偿电容值。完成补偿电容大小与功率因数之间的关系曲线=f(C)。coscos