日光燈電路的組裝與測(cè)試

1、實(shí)驗(yàn)二 日光燈電路的組裝與測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 掌握日光燈電路的組成、工作原理及接線。2) 提高學(xué)生對(duì)交流電路中的諧振、功率等知識(shí)的理解及綜合運(yùn)用能力。3) 學(xué)習(xí)提高功率因數(shù)的方法，理解提高功率因數(shù)的實(shí)際意義。4) 進(jìn)一步掌握電壓表、電流表、功率表的使用方法。二、預(yù)習(xí)要求1) 閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，了解本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和步驟，熟悉日光燈電路的組成及工作原理。2) 復(fù)習(xí)并聯(lián)電路電壓和電流的相量關(guān)系及提高功率因數(shù)的意義和方法。3) 根據(jù)所給設(shè)備設(shè)計(jì)出合理的安裝和測(cè)試電路。三、實(shí)驗(yàn)原理1提高功率因數(shù)的意義和方法在正弦交流電路中，一個(gè)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)(通常指負(fù)載)如圖2la所示，其吸收的有功功率P一般不等于視在功率

2、S，只有對(duì)純電阻網(wǎng)絡(luò)兩者才能相等只要網(wǎng)絡(luò)中存在電抗，電路中就存在磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量與電源能量之間的交換過(guò)程有功功率與視在功率的關(guān)系為式中，cos稱為功率因數(shù)，是功率因數(shù)角，即負(fù)載的阻抗角。越大。cos越小。對(duì)供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，用電設(shè)備大部分是感性的如工礦企業(yè)中用的電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電爐、家 庭生活中用的日光燈、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)等，都是感性負(fù)載，一般功率因數(shù)都較低當(dāng)電源電 壓負(fù)載功率一定時(shí)，功率因數(shù)低，一方面使發(fā)電設(shè)備的容量不能充分利用，另外還使輸電 線路電流較大（），從而引起線路損耗的增加，降低了輸電效率，因此提高用電負(fù)載的功率因數(shù)，對(duì)于降低電能損耗提高電源設(shè)備的利用率和供電質(zhì)量具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。要提高

3、感性負(fù)載的功率因數(shù)，又不能改變負(fù)載的工作狀態(tài)，可采用在感性負(fù)載兩端并聯(lián) 適當(dāng)大小的電容器的辦法，如圖21b所示并聯(lián)電容后的相量圖如圖5lC所示由于電容支路的電流超前電壓U90°。抵消了一部分感性負(fù)載電路電流中的無(wú)功分量，使電路總電流I減小，從而提高了電路的功率因數(shù)當(dāng)電容量增加到一定值時(shí)，電容支路電流等于感性無(wú)功電流，總電流下降到最小值，此時(shí)，整個(gè)電路相當(dāng)于電阻性，cos1。若再繼續(xù)增加電容量，總電流I反而增大，整個(gè)電路相當(dāng)于容性負(fù)載，功率因數(shù)反而下降。在實(shí)際中，并不要求將功率因數(shù)提高到1。因?yàn)檫@樣將增加電容設(shè)備的投資，而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益并不顯著。功率因數(shù)提高到什么數(shù)值為宜，應(yīng)根據(jù)具體的

4、技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)來(lái)決定。提高功率因數(shù)時(shí)所需并聯(lián)電容器的電容值可由圖2lC所示相量圖得出設(shè)將功率因數(shù)從cos提高到cos，則所需電容值： 2、日光燈電路的組成及工作原理本實(shí)驗(yàn)以日光燈電路作為感性負(fù)載。日光燈電路由燈管、鎮(zhèn)流器和啟輝器三部分組成。燈管是一根內(nèi)壁涂有熒光粉的細(xì)長(zhǎng)(或環(huán)形)玻璃管。在管的兩端各裝一個(gè)燈絲電極，電極上涂有受熱后易于發(fā)射電子的氧化物，管內(nèi)抽成真空后再充入氧氣和少量水銀蒸汽鎮(zhèn)流器是一個(gè)繞在用硅鋼片疊成的鐵心上的電感線圈它起調(diào)整燈管電壓和限制燈管電流以及有利于燈管啟動(dòng)的作用。啟輝器是一只充有氖氣的玻璃泡泡內(nèi)有一對(duì)觸片，一個(gè)是不動(dòng)的靜片，另一個(gè)是由熱膨脹系數(shù)不同的雙金屬片制成的u

5、形動(dòng)觸片當(dāng)觸片間電壓大于某一數(shù)值時(shí)，動(dòng)靜觸片接通；否則斷開，起自動(dòng)開關(guān)作用。兩個(gè)觸片間并聯(lián)一個(gè)小電容器，是為了消除兩觸片斷開瞬間產(chǎn)生的電火花對(duì)附近無(wú)線電設(shè)備的干擾。在正常工作時(shí)，燈管可以認(rèn)為是一個(gè)電阻負(fù)載，鎮(zhèn)流器是一個(gè)鐵心線圈，可以認(rèn)為是一個(gè)電感很大的感性負(fù)載。二者串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)電感性負(fù)載電路，如圖22所示。剛接通電源時(shí)，電壓不足以使燈管放電，它通過(guò)鎮(zhèn)流器和燈管兩端的燈絲加到啟輝器上，因啟輝器啟輝電壓低(燈管啟輝電壓約500V，啟輝器啟輝電壓約140V)，引起輝光放電雙金屬片受熱，由于內(nèi)層金屬片膨脹系數(shù)較大，使雙金屬片伸直，動(dòng)靜觸片接觸，形成通路。此時(shí)，啟輝器、鎮(zhèn)流器和燈管兩端的燈絲流過(guò)啟動(dòng)電流

6、，該電流加熱了燈管燈絲，產(chǎn)生熱電子發(fā)射同時(shí)，由于啟輝器兩觸片已經(jīng)接觸，電壓為零，放電結(jié)束，雙金屬片冷卻依復(fù)原狀，使電路斷開電路中的電流突然中斷，使鎮(zhèn)流器兩端感應(yīng)出高壓，它與電源電壓一起加到燈管兩端(約500V)，使管內(nèi)自由電子與水銀蒸汽碰撞電離，產(chǎn)生弧光放電，放電時(shí)發(fā)出的紫外線射到燈管內(nèi)壁，激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光，日光燈被點(diǎn)燃了。這時(shí)，燈管兩端電壓較低約50100V之間，電源電壓大部分降在鎮(zhèn)流器上。因此啟輝器不能再發(fā)生輝光放電。也就是說(shuō)，在燈管正常工作時(shí)，啟輝器是斷開的，不起作用，而鎮(zhèn)流器起限流作用，井維持燈管穩(wěn)定工作理想的電感線圈不消耗功率但鎮(zhèn)流器是鐵心線圈，所以在工作時(shí)，它有兩部分功率損耗，一部

7、分是線圈電阻r的損耗，稱為鋼耗，另一部分是鐵心損耗，稱為鐵心損耗。即鎮(zhèn)流器所消耗的功率為，日光燈電路的功率因數(shù)約為0.50.6。四.實(shí)驗(yàn)設(shè)備高級(jí)電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1電感性負(fù)載支路的測(cè)量按圖22連接實(shí)驗(yàn)電路斷開電容箱上所有開關(guān)，測(cè)量電感性負(fù)載支路的電流，電壓U，燈管兩端電壓、鎮(zhèn)流器兩端電壓及負(fù)載總功率，燈管消耗的功率、鎮(zhèn)流器消耗的功率。并由此計(jì)算出負(fù)載支路的功率因數(shù)cos值將數(shù)據(jù)記入表2l。表 21測(cè)量值計(jì)算值電流/A電壓/V功率/W功率因數(shù)UP2并電容提高功率因數(shù)按表22所列數(shù)值接入電容測(cè)量并聯(lián)不同電容時(shí)，相應(yīng)的負(fù)載支路電流、電容支路電流，線路總電流I、總電壓U及總消耗功率P值，并計(jì)算對(duì)應(yīng)的cos值，將數(shù)據(jù)記入表22中。表 22電容值測(cè)量值計(jì)算值C/FU/VI/A/A/AP/W1344.5579六、思考題為什么用并聯(lián)電容器的方法提高功率因數(shù)?串聯(lián)電容行不行?為什么?并入電容后，感性負(fù)載支路的電流和有功功率是否改變?七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟1測(cè)得的數(shù)據(jù)，計(jì)算將功率因數(shù)提高到1時(shí)所需的并聯(lián)電容值C。2) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟l、2測(cè)得的數(shù)據(jù)按比例畫出、及的相量圖(以為參考相量)驗(yàn)證是否符合=+和=+的相量關(guān)系。3) 根據(jù)表22所測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算值，在同一坐標(biāo)紙上面出cos=f(c)及If（c）曲線；找出最佳并聯(lián)電容值，并和計(jì)算值比較。4) 回答思考題。八、