1.4.1 實驗目的
1． 掌握單相功率表的使用。
2． 了解日光燈電路的組成、工作原理和線路的連線。
3． 研究日光燈電路中電壓、電流相量之間的關係。
4． 理解改善電路功率因數的意義並掌握其應用方法。
1.4.2實驗原理
1． 日光燈電路的組成
日光燈電路是乙個rl串聯電路，由燈管、鎮流器、起輝器組成，如圖1.4.1所示。由於有感抗元件，功率因數較低，提高電路功率因數實驗可以用日光燈電路來驗證。
圖1.4.1日光燈的組成電路
燈管：內壁塗上一層螢光粉，燈管兩端各有乙個燈絲（由鎢絲組成），用以發射電子，管內抽真空後充有一定的氬氣與少量水銀，當管內產生輝光放電時，發出可見光。
鎮流器：是繞在矽鋼片鐵心上的電感線圈。它有兩個作用，一是在起動過程中，起輝器突然斷開時，其兩端感應出乙個足以擊穿管中氣體的高電壓，使燈管中氣體電離而放電。
二是正常工作時，它相當於電感器，與日光燈管相串聯產生一定的電壓降，用以限制、穩定燈管的電流，故稱為鎮流器。實驗時，可以認為鎮流器是由乙個等效電阻rl和乙個電感l串聯組成。
起輝器：是乙個充有氖氣的玻璃泡，內有一對觸片，乙個是固定的靜觸片，乙個是用雙金屬片製成的u形動觸片。動觸片由兩種熱膨脹係數不同的金屬製成，受熱後，雙金屬片伸張與靜觸片接觸，冷卻時又分開。
所以起輝器的作用是使電路接通和自動斷開，起乙個自動開關作用。
2．日光燈點亮過程
電源剛接通時，燈管內尚未產生輝光放電，起輝器的觸片處在斷開位置，此時電源電壓通過鎮流器和燈管兩端的燈絲全部加在起輝器的二個觸片上，起輝器的兩觸片之間的氣隙被擊穿，發生輝光放電，使動觸片受熱伸張而與靜觸片構成通路，於是電流流過鎮流器和燈管兩端的燈絲，使燈絲通電預熱而發射熱電子。與此同時，由於起輝器中動、靜觸片接觸後放電熄滅，雙金屬片因冷卻復原而與靜觸片分離。在斷開瞬間鎮流器感應出很高的自感電動勢，它和電源電壓串聯加到燈管的兩端，使燈管內水銀蒸氣電離產生弧光放電，並發射紫外線到燈管內壁，激發螢光粉發光，日光燈就點亮了。
燈管點亮後，電路中的電流在鎮流器上產生較大的電壓降（有一半以上電壓），燈管兩端（也就是起輝器兩端）的電壓銳減，這個電壓不足以引起起輝器氖管的輝光放電，因此它的兩個觸片保持斷開狀態。即日光燈點亮正常工作後，起輝器不起作用。
3．日光燈的功率因數
日光燈點亮後的等效電路如圖1.4.2 所示。
燈管相當於電阻負載ra，鎮流器用內阻rl和電感l 等效代之。由於鎮流器本身電感較大，故整個電路功率因數很低，整個電路所消耗的功率p包括日光燈管消耗功率pa和鎮流器消耗的功率pl。只要測出電路的功率p、電流i、總電壓u以及燈管電壓ur，就能算出燈管消耗的功率pa=i×ur，
鎮流器消耗的功率pl =ppa ，
圖1.4.2日光燈工作時的等效電路
2． 功率因數的提高
日光燈電路的功率因數較低，一般在0.5 以下，為了提高電路的功率因數，可以採用與電感性負載併聯電容器的方法。此時總電流i 是日光燈電流 il 和電容器電流 ic的相量和：
，日光燈電路併聯電容器後的相量圖如圖1.4.3 所示。
由於電容支路的電流ic 超前於電壓u 90°角。抵消了一部分日光燈支路電流中的無功分量，使電路的總電流i減小，從而提高了電路的功率因數。電壓與電流的相位差角由原來的減小為，故cos＞cos。
當電容量增加到一定值時，電容電流等於日光燈電流中的無功分量， = 0。cos=1，此時總電流下降到最小值，整個電路呈電阻性。若繼續增加電容量，總電流i反而增大，整個電路變為容性負載，功率因數反而下降。
圖1.4.3 日光燈併聯電容器後的相量圖
5．單相功率表及其用法
具體內容見1.3.2節中的(3)。
1.4.3實驗預習要求
1． 預習日光燈工作原理，併聯電容器對提高感性負載功率因數的原理、意義及其計算公式。
2． 如圖1.4.1所示電路中，日光燈管（ra）與鎮流器（rl、l）串聯後，接於220v、50hz的交流電源上，點亮後，測得其電流i=0.
35a，功率p=40w，燈管兩端電壓ua=100v。要求寫出下列各待求量的計算式。
①求cosφ1=？、φ1=？、ra =？、rl =？、l=？、燈管消耗的功率和鎮流器消耗的功率。
②併聯c=3μf 後，求ic=？、i=？、cosφ=？。
③按比例畫出併聯電容器後的相量圖。（如圖1.4.3，計算出電壓與總電流的相位差角φ）
3．熟悉交流電壓表、電流錶和單相自耦調壓器的主要技術特性，並掌握其正確的使用方法。
1.4.4 實驗裝置與器件
1． 交流電壓表
2． 交流電流錶
3． 功率表
4． 自耦調壓器
5． 鎮流器
6． 電容器
7． 起輝器
8． 日光燈管
9． 電流錶插座
1.4.5 實驗內容與步驟
日光燈實驗線路如圖1.4.4所示。
圖1.4.4日光燈交流電路
1．提高感性負載功率因數實驗
如圖1.4.4所示的實驗線路中，按2.
2μf、4.7μf、6.9μf、依次並上電容器c1、c2、c3。
當電容變化時，分別記錄功率表及電壓表讀數，測得三條支路電流、il、ic的值。測量資料記入表1.4.
2。表1.4.2日光燈功率因數提高實驗引數測量
注：表中為的計算值，，其中il和ic為上表中測量值。
1.4.6 實驗思考題
1．給出實驗內容（1）中計算ra、rl、l的計算過程及公式，將結果填入表1.4.1中。
2．計算出本實驗中燈管消耗的功率pa和鎮流器消耗的功率pl。
3．畫出實驗內容（2）當電容為0、2.2、4.7、6.9時類似圖1.4.3的電壓電流相量圖，要求計算出各總電流與總電壓的相位差角，給出公式及計算過程。
4．若要使本實驗中日光燈電路完全補償（也就是功率因數提高到1），需要併聯多大容值的電容？請給出計算式並計算出最後結果。
5．是否併聯電容越大，功率因數越高？為什麼？
6．當電容量改變時，功率表有功功率的讀數、日光燈的電流、功率因數是否改變？為什麼？
1.4.7 實驗注意事項
1．本實驗用交流市電220v，用單相自耦調壓器來實現電壓調節，當供電電源電壓為220v時，調壓器的輸出可在0~250v之間連續調節，務必注意人身和裝置的安全。注意電源的火線和地線，在實際安裝日光燈時，開關應接在火線上。
2．在使用自耦調壓器過程中，接通電源前，都必須將電壓調至零電壓處（即逆時針旋轉到頭，然後再合上電源，逐漸增大電壓至需要值。
3．不能將220 v 的交流電源不經過鎮流器而直接接在燈管兩端，否則將損壞燈管。
4．功率表、電壓表、電流錶要正確接入電路，電流錶應串入電路中測量電流。
5．電路接線正確，日光燈不能起輝時，應檢查起輝器及其接觸是否良好。
6．每次改接線路，一定要在斷開電源的情況下進行，以免發生意外。
1.4.8 實驗報告要求
1．結合實驗思考題，完成表1.4.1和表1.4.2的資料計算。
2．根據實驗資料說明日光燈電路併聯電容器後總電流變化與電容量的關係，電容量過大對電路性質有什麼影響。
3．以電容c的值為自變數繪製曲線。
4．小結本實驗得到的結論和心得體會。
*5. 根據實驗資料，分別繪出電壓、電流相量圖，驗證相量形式的基爾霍夫定律。
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實驗題目 日光燈電路改善功率因數實驗 一 實驗目的 1 了解日光燈電路的工作原理及提高功率因數的方法 2 通過測量日光燈電路所消耗的功率，學會電工電子電力拖動實驗裝置 3 學會日光燈的接線方法。二 實驗原理 用p s i v分別表示電路的有功功率 視在功率 總電流和電源電壓。按定義電路的功率因數。由...
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