日光燈電路實驗指導書

4.2日光燈電路與功率因數(shù)提高4.2.1實驗目的1.掌握日光燈電路的工作原理和電路連接方法。2.掌握功率因數(shù)補償原理和電路測試方法。4.2.2實驗預習要求1.預習日光燈電路的工作原理、功率因數(shù)補償原理。2.熟悉電路的連接及測試方法。4.2.3日光燈電路的構(gòu)成及其工作原理1.日光燈電路的組成（圖4.2-1（a）所示）日光燈電路是由日光燈管、啟輝器（開關(guān)）、鎮(zhèn)流器（電感器）及部分導線連接組成。日光燈管是一根內(nèi)壁均勻涂有熒光物質(zhì)的細長玻璃管，管內(nèi)充有稀薄的惰性氣體（氬氣）和水銀蒸汽，在管的兩端各有一段燈絲電極。啟輝器的構(gòu)造如圖4.2-2所示，在充滿氖氣的小玻璃泡里有兩個電極，焊上了一對倒U字形的金屬片。玻璃泡外并聯(lián)一個紙質(zhì)電容器，其作用是消除日光燈啟輝時對周圍通訊信號的干擾。鎮(zhèn)流器是一個帶有鐵心的電感線圈。2.日光燈電路的工作過程（大體可分為啟輝前、啟輝過程、啟輝后共三個階段）啟輝前：當日光燈電路加上220V交流電壓后，由圖4.2-1（a）可以看出電壓全部加在燈管兩端，同時也加在啟輝器的兩端電極上，此時日光燈管亦不發(fā)亮。啟輝過程：啟輝器的電極加上電壓以后，泡內(nèi)氖氣在電場作用下發(fā)生電離形成氣體導電的離子流，隨著電壓的升高離子流也不斷增大，電流的增大伴隨著泡內(nèi)溫度上升。U字形的雙金屬片溫度系數(shù)不同，當溫度上升到一定程度（此時電壓約170V），雙金屬片會彎曲接觸短接，形成了燈絲→啟輝器→燈絲→鎮(zhèn)流器一條電流回路。燈絲短接后接觸電阻很小，觸點的熱功率較快的下降圖4.2-2使得雙金屬片斷開，也使得回路電流幾乎為零。根據(jù)電感器（鎮(zhèn)流器）的特點，電流的突變使電感器兩端產(chǎn)圖4.2-2生的瞬時脈沖高壓與220V電源疊加，共同加在燈管兩端使燈管導通。啟輝后：兩端燈管燈絲在啟輝過程中所產(chǎn)生的熱電子在強電場的作用下帶動管內(nèi)氬氣運動并使其電離，形成了弧光放電過程?；」夥烹娺^程使電流增大，溫度上升，兩端電壓下降。溫度上升使水銀蒸汽游離并與氬氣分子碰撞產(chǎn)生紫外線（人眼看不見），紫外線打在燈管內(nèi)壁的熒光物質(zhì)上使其激發(fā)產(chǎn)生可見光。由于鎮(zhèn)流器是一個電感器件，它的阻抗限制了電流的繼續(xù)增長，使日光燈電路的電流和燈管兩端的電壓穩(wěn)定到一定的范圍內(nèi)（約90V左右）。這時并聯(lián)在燈管兩端的啟輝器上的電壓值遠遠低于它的啟輝電壓值，因此完成其工作使命。日光燈工作時氣體導電的阻抗特性是純阻性狀態(tài)，此時日光工作電路（圖4.2-1（b）所示）就相當于一個純電阻器和電感器串聯(lián)的形式。3.功率因數(shù)直流電路的功率；交流電路的功率；式中稱為功率因數(shù)，其值介于0與±1之間，日光燈電路的功率因數(shù)為0.5左右。4.功率因數(shù)降低的危害（1）發(fā)電設(shè)備的容量不能充分利用發(fā)電機發(fā)出的功率額定、發(fā)電機的輸出的電壓和電流不允許超過額定值，當時就使發(fā)電機發(fā)出的有功功率減小了。（2）增加線路和發(fā)電機繞組的功率損耗負載上消耗的有功功率，當P、U一定時，流過負載回路的電流如當與時相比較，。4.2.4功率因數(shù)的提高提高功率因數(shù)，通常是根據(jù)負載性質(zhì)在電路中接入適當?shù)碾娍乖?，由于實際負載（電動機、變壓器、日光燈）大多為感性，常用的方法就是在電感負載兩端并聯(lián)電容器（如圖4.2-3所示）。并聯(lián)電容器之后，負載的狀態(tài)未發(fā)生改變；總電路的電壓與電流之間的相位差減小了，即增大了，也就提高了電網(wǎng)的功率因數(shù)。由于并聯(lián)電容器以后總線路電流減小了，因而也就減小了線路的損耗。（分析過程參見圖4.2-4）圖4.2-4圖4.2-3圖4.2-4圖4.2-34.2.5實驗任務1.按圖4.2-5接線，掌握日光燈電路的連接和工作過程。要求接線完成后，注意在檢查合格才允許通電。圖4.2-5圖4.2-52.按表4.2-1給定的并聯(lián)電容器要求完成實驗，并把所測量的值填入表中。表4.2-1C（μF）U（V）UL（V）UA（V）I（A）IL（A）IC（A）cosφP（W）0220——2.22204.72206.92204.2.6實驗注意事項1.關(guān)斷電源輸出及調(diào)壓器調(diào)零后再接線或拆線。2.電壓表、電流表的正確連接及檔位切換。3.接線完成后，要先經(jīng)老師檢查方可通電。4.2.7思考題1.鎮(zhèn)流器在電路工作中有哪幾種作用？2.啟輝器的工作原理是什么？3.為了提高電路的功率因數(shù)，常在感性負載上并聯(lián)電容器，此時增加了一條電流支路，試問電路的總的電流是增大還是減小，此時感性元件上的電流和功率是否改變？4.提高線路功率因數(shù)為什么只用并聯(lián)電容而不用串聯(lián)法？所并電容值是否越大越好？4.2.8實驗報告要求1.根據(jù)所測的U、I、P值，完成當C=0及C=4.7時總負載值的計算。2.根據(jù)所測參數(shù)，畫出C=0及C=4.7時的矢量圖。3.說明改善