实验六

1. 实验六 • 日光灯电路设计及功率因数的提高 • （设计性实验）

2. 一、实验目的 • 1、掌握提高功率因数的意义及其方法 • 2、深刻理解交流电路中电压、电流的相量关系， • 3、掌握实验设计的基本方法。

3. 二、设计要求 • 以日光灯电路作为感性负载，要求电路的功率因数由0.4左右提高到0.8左右。

4. 三、设计提示 • 1、日光灯电路原理 • 日光灯电路如图6.1所示，由灯管、镇流器和启动器（启辉器）三部分组成。灯管为一根均匀涂有荧光物质的玻璃管，管内充有少量水银蒸汽和惰性气体，灯管两端装有灯丝电极。镇流器为一个铁心线圈，其作用是日光灯起辉时，产生高压将灯管点亮；在日光灯管工作时，限制电流。启动器是一个充有氖气的玻璃泡并装有两个电极（双金属片和定片）。灯管在工作时，可以认为是一个电阻负载。镇流器是一个铁心线圈，可以认为

5. 图6.1 原理图 图6.2 等效电路 是一个电感很大的感性负载。二者串联构成一个RL串联电路。当接通电源后，启辉器内双金属片与定片之间的气隙被击穿，连续发生火花，使双金属片受热伸张而与定片接触．于是灯管的灯丝接通。灯丝遇热后发射电子，这时双金属片逐渐冷却而与定片分开。镇流器线圈因灯丝电路突然断开而感应出很高的感应电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使管内气体电离产生光放电而发光。这时，启动器则停止工作。电源电压大部分降在镇流器上，镇流器起降压限流作用，30W或40W的灯管点燃后的管压降仅100V左右。

6. 镇流器在工作时，它有两部分功率的损耗，一部分是线圈电阻rCu的损耗： （铜耗）；另一部 • 分是铁心损耗Pfe（铁耗）。用等效电阻r的功率损耗代 • 替这两部分损耗，即 则镇流器的等效感抗： L为等效电感，ω =2πf 所以，就整个日光灯电路来讲，可以用图6.2的等效串联电路来表示，其中R为灯管的等效电阻。 电路所消耗的功率为： 为电路的功率因数。上式又可以写成：

7. 因此，测出电路的电压、电流和功率的数值后，即可求得电路的功率因数 之值。 • 功率因数较低的感性负载，并联适量的电容器可以提高电路的功率因数。当功率因数等于1时，电路呈现并联谐振，这时，电路的总电流最小。 • 假定功率因数从 提高到 ，所需并联电 容器的电容值可按下式计算： 其中： P——电路所消耗的功率(W)。

8. 2、镇流器的等效电路和等效电感 • 镇流器是一个铁心线圈，可用一个无铁心的电感和电阻串联成的电路来等效，如图 • 2.16所示。所谓等效就是指这个电路中的功率和电流在相同的端电压情况下分别与原有电路的功率和电流相等。根据这个原则，在日光灯电路正常工作时，用低功率因数的功率表测得镇流器所消耗的功率也就是等效电阻所消耗的功率。若用电流表测得通过镇流器的电流为I，则 其中：PL——镇流器所消耗的功率。 r ——镇流器的等效电阻。 于是：

9. 用万用表欧姆挡直接测得镇流器线圈的电阻 rcu.则镇流器的 • 铜耗为，铁耗为 。 • 用万用表测出镇流器的端电压UrL，则镇流器的等效电抗： • 其等效电感为 ,其中 。 3、参考实验仪器与器材 通用电学实验台、交流毫伏表、交流电流表、低功率因数表、数字万用表、镇流器、灯管、启辉器、电容器若干。

10. 四、实验注意事项 1、正确使用仪表，注意仪表的量程； 2、镇流器不能短路，否则将导致灯管损坏； 3、安全用电，接通电源后，手切勿接触金属裸露部分。 4、实验线路设计完后，需经老师检查同意，才能实验。

11. 五、实验报告要求 • 1、画出具体实验线路和记录表格，计算相应的元件参数，拟出实验步骤； • 2、整理实验数据并根据所测数据算出日光灯电路的功率因数 、等效电抗X、镇流器的等效电阻R及等效电感L值、镇流器的铁耗和铜耗； • 3、对实验结果出现的误差进行分析。

12. 六、实验思考与总结 • 1、提高接有感性负载的线路的功率因数能否改变感性负载本身的功率因数？为什么？ • 2、在感性负载的电路中串联适当的电容亦能改变电流与电压之间的相位差，但为什么不串联电容的方法来提高功率因数？

13. ※ 说明 • 在这个实验中，用日光灯电路模拟RL串联电路，用并联电容的方法可以提高电路的功率因数。但实际日光灯的电压波形不是正弦波，若按正弦交流电路估算，误差较大，且不能用万用表交流电压档测量其电压。