浙江交通职业技术学院 机电学院 数控技术专业
电工电子技术实验报告 实验项目 姓名 实验二、日光灯电路连接及其功率因数的研究 班级 学号 地点 时间 电工技术实验室 一、实验目的要求: 1. 掌握日光灯电路的工作原理和接线方法。 2. 理解掌握如何提高电感性电路功率因数的方法。 3. 加深对交流电路中电压、电流相位关系的理解。 4. 熟悉用电安全知识和操作方法。 二、实验设备器材: 1．TKDG-2型 高级电工技术实验装置 2．交流数字电压表 0～500V分4档 1 (试验台上) 3．交流数字电流表 ０～5A分4档 1 (试验台上) 4．单相功率表 另配 1台 (本次实验未用) 5．镇流器、启辉器 与40W灯管配用 各1 (试验台上) 6．日光灯灯管 40W （试验台顶部） 7．电容器 1μF,2.2μF,4.7μF/500V 各1 只(试验台上) 三、实验原理: 日光灯电路由灯管、镇流器和启辉器三部分组成。灯管为一根均匀涂有荧光物质的玻璃管，管内充有少量水银蒸气和惰性气体，灯管两端装有灯丝电极。镇流器为一个铁心线圈，其作用是日光灯启辉时，产生高压将灯管点亮；在日光灯管工作时，限制电流。启辉器是一个充有氖气的玻璃泡，内装有双金属片和定片两个电极。灯管在工作时可以认为是一个电阻负载。镇流器是一个铁心线圈，可以认为是一个电感很大的感性负载。二者串联构成一个RL串联电路。当接通电源后，启辉器内双金属片与定片之间的氖气隙被击穿导电发热并产生辉光，双金属片受热伸张而与定片接触连通，于是灯管的灯丝接通而流过较大电流。灯丝被加热后发射电子，这时双金属片逐渐冷却而与定片分开。镇流器线圈因灯丝电路突然断开而产生很高的自感应电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使管内气体电离产生辉光放电。这时，启辉器停止工作。电源电压大部分降在镇流器上，镇流器起降压限流作用，30W或40W的灯管点燃后的管压降仅100V左右。 镇流器是一个铁心线圈，可用一个无铁心的电感和电阻串联成的电路来等效，如图2-2中虚线框所示。镇流器工作时有两部分的功率损耗。一部分是线圈电阻rCu的损耗(铜耗) PCu=I2rCu；另一部分是铁心损耗PFe(铁耗)。为了简化分析，用一个等效电阻r的代替这两部分功率损耗，即 I2r＝PFe＋PCu ，则镇流器的等效感抗为 X?(UrL22X，式中，L为等效电感，)?r??L 。L?I2?ff＝50Hz；ω＝2πf；UrL为镇流器的端电压。 所以，正常工作中的日光灯电路，可以用图2-2所示的等效RL串联电路来表示，其中R为灯管的等效电阻。 电路所消耗的功率为 P＝UIcosφ1 cosΦ1为电路的功率因数。 因此，测出电路的电压、电流和功率的数值 后，即可求得电路的功率因数cosφ，的值。 功率因数较低的感性负载，并联适量的电容器可以提高电路的功率因数。当功率因数等于l时，电路处于并联谐振状态，这时，电路的总电流最小。
如果欲将功率因数从cosφ1，提高到cosφ，所需并联电容器的电容值可按下式计算： C?P(tan?1?tan?) 2?fU2式中，P为电路所消耗的功率(W)。 ②在这个实验中，用日光灯电路模拟RL串联电路，用并联电容的方法可以提高电路的功率因数。但因实际日光灯的电压波形不是正弦波，按正弦交流电路的估算结果，会存在较大误差。另外，用万用表的交流电压挡测量非正弦电压，亦会引入一定误差。 1. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即?＝0和?U?＝0 。 ?I 2.日光灯线路如图3-1所示，图中A是日光灯管，L 是镇流器， S是启辉器，C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数(cosφ)。详细工作原理见教材。 图3-1
四、实验注意事项： 1. 本实验使用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。通电后，手切勿接触金属裸露部分！ 2. 线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。 3. 镇流器不能短路，否则将导致灯管损坏。 4. 注意仪表的量程，正确使用仪表，。 5. 实验线路连接完成后，需经老师检查同意，才能加电实验。 6 功率表的同名端按标准接法联结在一起，否则功率表中模拟指针表反向偏转，数字表则无显示。 7. 使用功率表测量必须按下相应电压、电流量限开关，否则可能会有不适当显示。 五、实验内容与步骤： 1.最低工作电压测试： 按图3-2所示日光灯线路连接好电路，图中A是日光灯管，L 是镇流器， S是启辉器，电路连接检查无误后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直图3-2 到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。 2.正常工作电压下的工作状态测试： 将自耦调压器的输出电压调节为220V，记录功率表读数P、电压表读数U，UL，UA。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，记入表3-1，验证电压、电流相量关系。 3. 并联电容器改善功率因数的研究： ii在以上电路中分别并联C1、C2或C3功率补偿电容器（如图3-3所示）。研究电路的功率因数(cosφ)的改善情况。电源电压为220V，测量功率P，电流I，电压U，UL，UA等值，测试值记入表，验证电压、电流相量关系。 图3-3 按图3-3组成实验线路。经检查无误后，接通实验台电源，调节自耦调压器的输出电压为220V，记录功率表、电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量并记录
六、实验数据及结果分析： 表2-1 不加补偿电容时的工作状态测量值 电源供电情况 最低工作电压条件下 表2-2 并联补偿电容后的测量值 补偿电容值 (μF) 1 2.2 4.7 4.7+2.2 测 量 值 U(V) 36 38 45 56 I(A) 13 18 20 16 IL(A) 18 25 18 25 IC(A) 10 30 12 32 I’(A) 12 18 5 48 I(A) 13.3A U(V) 36V 230V UL(V) 2.71V 5.90V UA(V) 16V 45V 220V电压正常供电时 39A 并4.7μF电容后，I由20 A减小到了 5A，说明功率因数提高了；继续加大电容到4.7+2.2μF后，I反而又由16A增加到了 48 A。由此现象可分析出，此时电路已进入过补偿状态，总电流呈电容性。继续加大电容量，I还将继续增大。 成绩： 教师签名： 日期：