实验八日光灯电路和功率因数的提高（综合性）
一、实验目的
（1） 熟悉日光灯的接线，做到能正确迅速联接电路 （2） 通过实验了解功率因数提高的意义 （3） 熟练功率表的使用 二、实验原理 ⒈日光灯工作原理
日光灯电路由灯管、镇流器和启辉器等元件组成（图6-1）：
灯管：灯管外壳是一玻璃管，两端装有灯丝，管壁涂有荧光粉，
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管内充以惰性气体（氩气或氦气）和少量水银，点燃灯管需两个条件：一是预热灯丝使其发射电子；二是要有一个瞬时高电压使管内气体击穿放电。当管内产生弧光放电时，水银蒸汽受激光辐射出大量紫外线，紫外线又激发管壁上的荧光粉而发出白色的荧光。
镇流器又叫扼流圈，是一有铁芯的电感线圈，它在电路中有两个作用：一是起动瞬间能产生高电压帮助“点燃”灯管，二是在灯丝预热和灯管正常工作时，限制电流在一定范围内。
启辉器（图6—2）是一充有氖气的玻璃泡，内装两个电极：一为固定电极；二是双金属片制成“∩”形可动电极，它在电路中起一自动开关的作用。
日光灯的工作过程大体如下：
电源接通时，电源电压同时加到灯管和启辉器两个电极上，对灯管来说，这个电压太低不能使之放电。但对启辉器，这个电压可以使它产生辉光放电，双金属片因放电受热膨胀伸直，与静触片接触而接通电路，使电流流过镇流器、启辉器和灯丝，灯丝被预热，约1—3秒后，启辉器放电停止，双金属片冷却而与静触片分开，又使电流突然中断。这样，就在镇流器两端感应出一个瞬时高电压，迭加在电源电压上后形成一个更高的电压加在灯管两端，使管内气体击穿，产生弧光放电而被“点燃”，灯管点燃后，一半以上的电压降落在镇流器上，使灯管两端的电压比电源电压低得多（具体数值与灯管功率有关，一般在50V~110V范围内），不足以使启辉器放电，其触点始终断开，在灯管内部，两端的电极交替起着阳极和阴极的作用，当一端
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电位为正时，另一端发射电子而正端吸收电子；当另一端电位为正时，原来为正的那一端变负而发射电子。
由此可见，日光灯电路中的启辉器相当于一个自动开关，它是在灯管启动时作用，镇流器在启动时能产生一个瞬时高电压，而在启动前预热灯丝和启动后灯管正常工作时，起限制电流的作用，灯管则能把电能转化为热能和光能，发出柔和的白光。
由于电路中串联着镇流器，它是一个电感量较大的线圈，因而整个电路的功率因数不高。
负载功率因数过低，一方面没有充分利用电源容量，另一方面又在输电电路中增加损耗。为了提高功率因数，一般最常用的方法是在负载两端并联一个补偿电容器，抵消负载 * UL W IG * L C3 IGL+ II3 IC S I2 = IGR IC2 220V C1 +IUA A ~ I1 C I Ic1 Ic2 Ic3 (b)
(a)
电流的一部分无功分量。在日光灯接电源两端并联一个可变电容器，当电容器的容量逐渐增加时，电容支路电流IC也随之增大，因IC导前电压U90°，可以抵消电流IG的一部分无功分量IGL，结果总电流I逐渐减小，但如果电容器C增加过多（过补偿）。ICS>IGL总电 流又将增大（I3>I2）。 ⒉测量电功率
在交流电路中，平均功率P?UIcos?,直接用功率表（瓦特表）测量。
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⒊功率表的使用
功率表用于测量交流电路的有功功率。功率表由电流线圈和电压线圈组成，共有四个接线柱，标有*号的两个接头要接在一起，再接到电源端，称为同名端接线规则。
其接线如图5-1所示，图中，圆圈内的水平线圈表示电流线圈，竖直线圈表示电压线圈。
电流线圈要与负载串联，电压线圈要与负载并联。
若接头接错，例如电流线圈的两个头接反，则电压的相位要改变180?，电流与电压的相位差变为
180???，则 功率表的偏转角为负值：
a?KUIcos(180???)??KUIcos?
即 功率表指针将发生反转。
三、实验内容和步骤
（1）将D04日光灯及D06可变电容箱元件按实验图a所示电路连接。在各支路串联接入电流表插座，再将功率表接入线路，按图接线并经检查后，接通电源，电压增加至220V。
（2）改变可变电容箱的电容值，先使C=0，测日光灯单元（灯管、镇流器）二端的电压及电源电压，读取此时灯管电流IG及功率表
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读数P。
（3）逐渐增加电容C的数值，测量各支路的电流和总电流。电容值不要超过6?f，否则电容电流过大。
表一 实验数据 电容 总电镇流器（?f） 压 电压ULU（V） （V） 0 0.47 1.0 1.47 2.0 2.47 3.0 3.47 4.0 4.47 5.0 5.47 6.0 灯管电总电电容日关灯总功功率因数 压UA流 IC IG 率Pcos??P/UI （V） I（m（mA） （W） （mA） A） 四、实验报告
（1） 完成上述数据测试，并列表记录，计算功率因数。 （2） 绘出总电流I=f（c）曲线，并分析讨论。
（3） 计算未并联电容时电路的功率因数，试设计需要并联多
大的电容器可以将功率因数提高到0.9？ 五、注意事项
（1） 日光灯电路是一个复杂的非线性电路，原因有二，其一
是灯管在交流电压接近零时熄灭，使电流间隙中断，其二是镇流器为非线性电感。
（2） 日光灯管功率（本实验中日光灯标称功率20W）及镇流
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