日光灯电路和功率因数提高（项目编号：061427-1）

日光灯电路和功率因数提高（项目编号：061427-1）1、实验目的：（1）了解日光灯电路的工作原理，测量电路的元件参数。（2）了解提高功率因数的方法和意义。（3）学会使用功率因数表等测量仪表。2、实验原理：电力系统中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，往往采用在感性负载两端并联电容器的方法，来进行无功补偿，以提高线路的功率因数。日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，利用日光灯电路来模拟实际的感性负载观察交流电路的各种现象。1.日光灯的工作原理如图6-1所示，日光灯电路由荧光灯管、镇流器和启辉器三部分组成：(1)灯管：日光灯管是一根玻璃管，它的内壁均匀地涂有一层薄薄的荧光粉，灯管两端各有一个阳极和一根灯丝。灯丝由钨丝制成，其作用是发射电子。阳极是两根镍丝，焊在灯丝上，与灯丝具有相同的电位，其主要作用是当它具有正电位时吸收部分电子，以减少电子对灯丝的撞击。此外，它还具有帮助灯管点燃的作用。灯管内还充有惰性气体(如氮气)与水银蒸汽。由于有水银蒸汽，当管内产生辉光放电时，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)镇流器：它是绕在硅钢片铁芯上的电感线圈，在电路上与灯管相串联。其作用为：在日光灯启动时，产生足够的自感电势，使灯管内的气体放电；在日光灯正常工作时，限制灯管电流。不同功率的灯管应配以相应的镇流器。(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”形的可动电极，如图6-3所示。两电极上都焊接有触头。倒“U”形可动电极由热膨胀系数不同的两种金属片制成。点燃过程：日光灯管、镇流器和启辉器的联接电路如图6-1所示。刚接通电源图3启辉器的结构US-.220V灯管镇流器启辉器图1日光灯电路C+US-.图2日光灯等效电路C+I..+--+ULrUR..+--+rLUrUL.R..ILIC时，灯管内气体尚未放电，电源电压全部加在启辉器上，使它产生辉光放电并发热，倒“U”形的金属片受热膨胀，由于内层金属的热膨胀系数大，双金属片受热后趋于伸直，使金属片上的触点闭合，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，而当启辉器的触点闭合后，两电极间的电压降为零，辉光放电停止，双金属片经冷却后恢复原来位置，两触点重新分开。为了避免启辉器断开时产生火花，将触点烧毁，通常在两电极间并联一只极小的电容器。在双金属片冷却后触点断开瞬间，镇流器两端产生相当高的自感电势，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，就发出可见光。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，它的触点不能闭合。这时，日光灯电路因有镇流器的存在形成一个功率因数很低的感性电路。日光灯电路的等效电路如图6-2所示。2.日光灯电路原理分析日光灯电路可以看成R、L串联的感性电路（见图6-2）。以电流İL为参考相量，则电压、电流关系为U=Ur+UL+UR=İ(r+jXL+R)=İZ其相量图如图6-4所示。3.功率因数的提高如果负载功率因数低（日光灯电路的功率因数在0.3~0.4），一是电源利用率不高，二是供电线路损耗加大，因此供电部门规定，当负载（或单位供电）的功率因数低于0.85时，必须对其进行改善和提高。提高功率因数的方法，除改善负载本身的工作状态、设计合理外，由于工业负载基本都是感性负载，因此常用的方法是在负载两端并联电容器组（接线方法如图6-1），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6-5所示。3、实验仪器：TS-B型通用电工实验台，单元板4、仪器介绍：U.图4日光灯电路相量图..UR.UrULr..ILULU图5提高功率因数相量图..ILr..ICI（1）空气开关电源开关兼做短路过载保护（2）电源输入指示灯（3）漏电保护开关一个带自动脱扣装置的四极断路器，当对地漏电流大于30mA时，保护开关自动脱扣，断开电路。保护开关上有一试验按钮，检验漏电开关时，按下此按钮电开关应自动脱扣，否则需检修。平时使用时，不要按动此钮。（4）电源输出指示指示灯分红、绿、黄三色，灯亮时表示三相电源已接通，各电源输出接口可以输出单、三相电压。（5）三相螺旋熔断器（6）交流电压表指示输出线电压（7）电压转换开关与电压表配合使用，监视输出线电压的大小及对称情况。（8）三相四线制电源输出接插口（左侧组）（9）信号源提供脉冲源和正弦信号源（10）急停按钮此按钮是自锁式，遇有紧急情况发生，按下此按钮，切断总控制柜接触器线圈电路，切断总电源。按钮按下后即锁位，不会自动复位，只有当故障排除后，沿顺时针方向转动此按钮，方可复位。特别注意：正常使用时，不要按动此钮！（11）三相四线电源及地线输出接插口（右侧组）（12）带灯电源开关它是交、直流可调电源的开关（13）熔断器用以保护电压可调电源，2A保险管（14）电压调节旋钮此旋钮是500VA单相自耦调压器的电压调节旋钮，用以提供可调的交流电压，与整流桥相接，可以提供可调的直流电压。（15）交流电压表用以监视可调交流电源的输出电压（16）实验台日光灯照明和实验转换开关，含启辉器（17）交流可调电源输出接插口实验屏：实验屏由实验单元板及铁铝结构的框架组成。框架由方钢管L型支架及三条带有滑道的铝型材经螺栓组合成，安放在铝型材滑道中的单元板上，上、下取用方便，位置移动滑快。5、实验内容：1、熟悉仪器。2、连接日光灯电路，同时接上测量仪器。镇流器日光灯管220V启辉器3、检查无误后，接通电源，测量有关数据。4、测量电源电压、灯管电压、整流器电压、各支路电流。5、并联电容，观察功率因数的变化并记录数据数据表格如下电容项目IIDICUUDULPPDcosφ=P/UI并联前（0）并联侯（4uF）实验中要注意：1、不要暴露电线接头，以防触电。2、电路连接要准确，以防烧坏仪器3、测量时要注意电表的量程。[思考与讨论]1、UD和UL的代数和为什么大于U?2、并联电容后，总功率P是否变化？为什么？3、为什么并联电容后总电流会减小？