【模电实验】日光灯电路及功率因数的提高

实验日光灯电路及功率因数的提高

一、实验目的

1.理解提高功率因数的意义并掌握其方法。

2.掌握日光灯电路的联接。

二、原理说明

日光灯电路结构及工作原理

日光灯电路如图4-1所示,日光灯由灯管、镇流器和启辉器三部分组成。

(1)灯管。灯管是一根内壁涂有荧光物质的玻璃管,在管的两端各装一组灯丝电极,电极上涂有受热后易发射电子的氧化物,管内抽真空后注入微量惰性气体和汞。

灯管可近似认为是一个电阻元件。

(2)镇流器。镇流器是一个带有铁心的电感线圈。电路接通过程产生高压点燃灯管,启动后可限制灯管电流。

(3)启辉器。启辉器俗称跳泡,在充气的玻璃泡内装有两个电极,一个为固定电极,一个为双金属片制成的可动电极。启动过程中,通过可动电极的变形与复位,使两电极接通然后分离,相当于一个自动开关。

(4)日光灯工作过程。当接通电源时,日光灯尚未工作,电源电压全部加在启辉器上,使启辉器内气体放电,导致双金属可动电极变形从而两电极接通。此时,镇流器、灯管两组灯丝、启辉器通有电流,此电流加热灯丝为日光灯启辉创造条件。两电极接通后,启辉器内停止放电,可动电极冷却到一定程度后收缩复位,把刚才接通的电路突然切断。电路切断的一瞬间,镇流器两端产生一个较大的自感电压,此自感电压与电源电压叠加作用于灯管,使灯管放电导通。灯管导通后,镇流器起限流作用,维持灯管两端一稳定的电压,此电压低于启辉器的启辉电压,启辉器不再动作,日光灯正常工作。

日光灯属电感性负载。日光灯工作时,不仅从电源吸收有功,还要吸收无功,且电路的功率因数较低。为提高功率因数,可并联电容器C,当并联的电容C值合适时,可使电路的总功率因数提高到1,如果并联电容C值过大,将引起过补偿而使整个电路成为电容性电路。

【模电实验】日光灯电路及功率因数的提高_第1张图片

图4-1日光灯电路

三、实验内容

1.日光灯电路的联接及其测量

(1)检查日光灯管、镇流器和启动器的结构、规格。

(2)在电源关断的情况下,按图4-1所示联接日光灯电路(注意:在需串联电流表的位置,接线时以电流插口代替)。

(3)经指导教师检查线路无误后合上电源,使日光灯起辉工作。

(4)断开电容,测量电源电压U、镇流器两端电压UL、灯管两端电压UD、总电流I及总功率P。根据测量结果计算线路总阻抗|Z|、总电阻R、总功率因数cosj 等有关参数。将测量与计算结果一并记录于表4-1中。

表4-1

测量值

计算值

U(V)

UL(V)

U灯管(V)

I(mA)

P(W)

Q(var)

S(VA)

cosj

j

|Z|(W)

R(W)

L(H)

(5)在并联电容C的情况下,通过改变电容C值的大小,观察并测量总电流I、总有功功率P, 总无功功率Q, 总视在功率S, 总阻抗角j 和总功率因数cosj 以及电容电流IC、灯管支路电流ID,将测量数据记录于表4-2中。测量时,观察一下总电流的变化规律,找到其中最小的一点(谐振点)。

2.渐加大电容容量过程中,注意观察并联谐振现象,并找到谐振点。

表4-2

C (mF)

0

1

2

3

3.7

4.7

5.7

6.7

I (mA)

U

P(有功)

Q(无功)

S (视在)

j(阻抗角)

cosj(功率因数)

IC (mA)

ID (mA)

五、实验注意事项

1.本实验用交流电220V,务必注意用电安全。

2.日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。

3.测量功率时,要注意正确读数和换算。

六、预习思考题

1.预习感性负载提高功率因数的有关理论知识,明确欠补偿、完全补偿和过补偿的概念。

  2.并联电容提高cosφ时,电容的选择应考虑哪些原则?

   3.并联电容后,单相功率表有何变化?为什么?

  

七、实验报告要求

1.根据表1测量数据,画各电压、电流相量图。

2.根据表2测量数据,画I=f (C) , IC=f (C) ,Q=f (C), cosj=f (C)曲线,并解释现象。

3.说明电容C改变时,对灯管支路的电流和灯管支路的功率因数有无影响?

4.用相量图说明,并联电容C过多时,将产生什么后果?


参考数据:

 【模电实验】日光灯电路及功率因数的提高_第2张图片

 【模电实验】日光灯电路及功率因数的提高_第3张图片

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