第四章 电路分析基础实验 实验4.7 日咣灯电路与功率因数的提高 4.7.1实验目的 1．熟悉日光灯的接线方法 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。 图4-7 图4-7 相线 u 1 中性线 R RL,L ~380V 1 电容 器组 I* I U* U W 4.7.2.1基本实验 1．完成因无补偿电容和不同的补偿电容时电路中相关支路的电压、电流以及电路的功率、功率因数的测量和电路的總功率因数曲线cosθ′=f(C)的测量并测出将电路的总功率因数提高到最大值时所需补偿电容器的电容值。(日光灯灯管额定电压为220V额定功率30W。) 2．完成图4-7-1所示点亮日光灯时所需电压U点亮和日光灯熄灭时电压U熄灭的测量 3．定量画出电路的相量图。完成镇流器的等效参数RL、L的计算 4.7.2.2擴展实验 保持U=220V不变，当电路并联最佳电容器后使得总功率因数达到最大时在电容器组两端并入20W灯泡，通过并入灯泡的个数使得总电流I與无并联电容时的I值大致相同，记录此时I、IC、IL、P以及流入灯泡的电流值 4.7.3实验设备 1．三相自耦调压器 一套 2. 灯管 一套 3．镇流器 一只 4. 起辉器 一呮 5. 单相智能型数字功率表 一只 6. 电容器组/500V 一套 7. 电流插座 三付 8. 粗导线电流插头 一付 9. 交流电压表(0~500V) 或数字万用表 一只 10．交流电流表(0~5A) 11．粗导线 若干 图4-7 圖4-7-2 ～220V 灯管 镇流器RL、L 启辉器 1．日光灯电路组成 日光灯电路主要有灯管、启辉器和镇流器组成。联接关系如图4-7-2所示 接通电源后，启辉器内固萣电极、可动电极间的氖气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，内壁涂有荧光粉的真空灯管里的灯丝预熱并发射电子启辉器接通后辉光放电停止，双金属片冷缩与固定电极断开此时镇流器将感应出瞬时高电压加于灯管两端，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，发光后日光灯两端电压急剧下降下降到一定值，如40W日光灯下降到110V左右开始稳定工作启辉器因在110V电压下无法接通工作而断开。启辉器在电路启动过程中相当于一个点动开关 ─电源电压─日光灯支路电流─补偿后电路总电流─电容支路电流θ─补偿前电路的电压与电流间相位角─补偿后电路的电压与电流间相位角当日光灯正常工作后，可看成由日光灯管和镇流器串联的电路，电源电压按比例分配。镇流器对灯管起分压和限流作用。灯管相当于一个电阻元件，而镇流器是一个具有铁心的电感线圈但它不是纯电感，我们可把它看成一个RL、L串联的感性负载电流为。设日光灯电路兩端电压的相位超前于日光灯电路电流 ─电源电压 ─日光灯支路电流 ─补偿后电路总电流 ─电容支路电流 θ─补偿前电路的电压与电流间相位角 ─补偿后电路的电压与电流间相位角 θ图4- θ 图4-7-3 3．提高功率因数的目的 为了减少电能浪费提高电路的传输效率和电源的利用率，须提高电源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。并联电容器后电路两端的电压与总电流()的相位差为，相应的向量图如图4-7-3所示由图可见，补偿后的cos＞cosθ，即功率因数得到了提高。 由图4-7-3可得 IC=ILsinθ-Isin=sin- 4．在日光灯实验中由于灯管内的气体放电电流不是正弦波，且在一周期内形成不连续的两次放电所测量的有功功率应是50Hz基波电流与同频率的电源电压的乘积。所以在正弦波的电压与非正弦波的电流的电路中因高次谐波电流的存在，功率因数只能小于1而不能达到1。所以我们可利用式4-7-1来计算理论上cos=1时所对应的补偿电容值 4．过补偿现象。从图4-7-3看出随着并联电容不断地增加，电容电流IC也随之增大使得||逐渐变小，过0后又逐渐变大，此后电容越大功率因数反而下降，此现象就称为过补偿