资源描述
实验,1.4,日光灯电路与功率因数的提高,电路分析基础实验,1,.,熟悉日光灯的接线方法。学习功率表的使用方法。,一、实验目的,2,.,掌握在感性负载上并联电容器以提高电路功率因数的原理。,1,.,完成日光灯电路的测量。,(,日光灯灯管额定电压为,220V,，,额定功率,40W,),。,二、实验任务,2.,完成因补偿电容改变而引起的功率因数改变的曲线,=,f,(,C,),的测试，根据装置上现有的电容,，,求出将日光灯功率因数提高到最大值时所需补偿电容器的电容值。,三相自耦调压器、灯管、,XD06,挂箱中起辉器、镇流器、电容器组、交流电流表、电流插座、插头、智能型数字功率表、数字万用表、导线。,三、实验设备,镇流器是一个带铁芯的电感线圈，它相当于一个电阻与电感串联的元件,。,L,，,r,交流电源,220V,熔断器,灯管,起辉器,日光灯电路接线图,四、实验原理及步骤,日光灯电路主要有,灯管,、,起辉器,和,镇流器,组成。,灯管：内有灯丝、灯头。玻璃管被抽成真空后，充入少量惰性气体并注入微量的液态水银，其内壁涂有一层匀薄的荧光粉。两端灯丝上涂有可发射电子的物质,(,电子粉,),称为阴极。灯头与管内灯丝相连。,镇流器是一个具有铁心的电感线圈，但它不是纯电感，它相当于一个电阻与电感相串联的元件。,其作用是限制和平稳通过灯管的电流，并产生较高的自感电动势以点亮日光灯。,熔断器是为了避免过电流损坏灯管,启辉器：在日光灯接通过程中起,点动开关,作用。启辉器内有一个充有氖气的氖泡，氖泡内有两个电极，一个是固定电极，另一个是由两片热膨胀系数相差较大的金属片辗压而成的可动电极。在两电极的引出端并联一个电容,C,，用以消除对无线电设备的干扰。,当日光灯电路接通电源后，因灯管尚未导通，故电源电压全部加在启辉器两端，使氖泡的两电极之间发生辉光放电，使可动电极的双金属片因受热膨胀而与固定电极接触，于是电源、镇流器、灯丝和启辉器构成一个闭合回路，所通过的电流使灯丝得到预热而发射电子。在氖泡内，两电极接触后辉光放电熄灭，随之双金属片冷缩与固定电极断开，断开的瞬间使电,日光灯的工作原理：,路的电流突然消失，瞬时在电感上产生一个比电源电压高得多的感应电动势，连同电源电压一起加在灯管的两端，使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收紫外线后，辐射出可见光，日光灯,就开始正常工作。在正常状态下,，镇流器对灯管起分压和限流作用，使灯管电流不致太大。,日光灯正常工作后，可看成由日光灯管和镇流器串联的电路。灯管相当于一个电阻元件，前面已经提到镇流器相当于一个电阻、电感相串联的元件。这样，日光灯电路就可看成一个,RL,串联的感性负载，电流为,，,设该负载两端电压相位超前于电流相位,角，则电路的功率因数为,cos,。,为了提高电源的利用率和电路的传输效率，须提高电路的功率因数。提高感性负载功率因数的方法之一，就是在感性负载两端并联适当的补偿电容，以供给感性负载所需的部分无功功率,。,并联电容器后，负载两端的电压 与总电流 的相位差为 ，电路图、向量图如下图所示。,R,日光灯电路,L,C,提高电路功率因数的原理图与向量图,由图可见，并联电容器后，,cos,，即功率因数得到了提高。补偿电容,C,大小可按下式计算：,P,为有功功率,为,2,f,(,f,=50Hz),为电源电压,L,为补偿前日光灯支路电流,为电容支路电流,为补偿后电路总电流,及 为补偿前、后电压与电流的相位角,电路的有功功率,P=,UIcos,，它表明了二端网络实际吸,收能量的大小，功率因数越接近,1,，吸收的有功功率就越,大。有功功率是由电阻元件消耗的。,无功功率,Q=,UIsin,，它是由电感或电容元件消耗的。,视在功率,S=UI=,，,功率因数,cos,=,。,从理论上说，肯定能找到一个补偿电容，使得经电容补偿后电路的,=1,，,但由于装置的限制，实验时调不到,=,1,，所以需根据测试数据，计算出,=,1,时,C,的,值。,功率表接线应按照同名端相连，电流线圈串联在回路中，电压线圈并联在回路中的原则,接线,。如上图所示。,功率表的说明,(,见动画,),P=,UI,cos,R,L,功率表测量的是有功功率。,P,负载,R,L,功率表接线示意图,它有两个线圈，一个是电流线圈,I,*,一个是电压线圈,为了保证两个线圈的电流流入,(,或流出,),方向一致,对于电流流进的接线端钮仪表面板上均已标注“,*,”或“,+,”,，即同名端。功率表在接线时，应使电流线圈和电压线圈的同名端接到电源同一极性的端子上。,U*,智能型数字功率表示意图,智能型数字功率表使用简介,打开电源，循环显示 ，,表示测试系统已准备就绪，,进入初始状态。,按“,功能,”键，出现固定 ，则测试有功功率，读取时只需按“确认”键即可；按“功能”键，出现 ，则测试功率因数，读取时只需按“确认”键即可。,复位,功能,确认,同名端相连,电压线圈,电流线圈,若显示 代表感性负载，若显示 代表容性负载。在任何状态下按“,复位,”键系统恢复到初始状态。,3.,通过调节柜体左侧三相调压器同轴旋钮，观察并测量未加电容补偿时日光灯,点亮,所需的电源,电压,。,4.,将该三相调压器同轴旋钮调至日光灯额定工作电源,220V,，完成表中电压、电流、功率与功率因数,记录,。,1.,用万用表的 档，判断功率表的电流线圈中的熔断器与日光灯管的熔断器的导通情况。,2.,将电流线圈与电压线圈同名端相联。按照先串联回路联接，后并联回路联接的原则，按后面实验电路图的动画演示进行接线。经检查无误后方可通电。,步骤,:,日光灯测试电路接线图,I,RL,I,点亮电压,U,220V,零线,相线,不要带电接、拆线,I,c,W,日光灯点亮所需的电源电压,U,(V),C,(,F),U,(,V,),U,rL,(,V,),U,R,(,V,),I,(,A,),I,RL,(,A,),I,c,(,A,),P,(,w,),cos,0,额定电压,1,F,2.2,F,C=?,cos,max,5.7,F,6.9,F,7.9,F,9.87,F,日光灯电路的测量,记录功率因数提高到最大时所需补偿电容器值,C,5.,改变电容,，,在,1F,9.87F,之间均匀取,10,个值，通过观察智能型数字功率表中功率因数的感性、容性显示变化，记录相应的功率与功率因数。,五、实验报告要求,1,.,画出实验电路与表格，写出实验的简要过程与步骤。,2,.,记录,点亮,日光灯所需的电源,电压,，并完成在额定电压下,，,电容从,0,9.87F,之间变化时电路的相关参数的表格记录。,六、注意事项,日光灯供电电源从相线和零线引出。,对于强电实验决不允许带电接、拆线。,发生异常现象，立即断开电源开关。,3.,利用实验装置中电容，记录将日光灯功率因数提高到最大时所需补偿电容器的电容值。,5.,根据测试数据，得出结论。完成思考题。,4.,根据实验测得的数据，计算,=,1,时补偿电容值,。,完成补偿电容大小与功率因数之间的关系曲线,=,f,(,C,),。,
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