日光灯电路与功率因数的提高
实验五日光灯电路及功率因数的提高
实验五 日光灯电路与功率因数的提高一、 实验目的1． 了解日光灯电路的结构、工作原理和线路的联接。
2． 把握提高功率因数的方式，熟悉提高功率因数的意义。
3． 进一步熟练交流电压表、电流表和功率表的利用。
二、 实验仪器交流电流表 交流电压表 功率表 日光灯电路组件 可变电容器 自耦变压器 三、 预习要求1． 温习有关正弦交流电路功率和谐振电路的内容。
2． 温习功率表的利用方式。
3． 了解日光灯电路的组成和工作原理。
四、 实验原理1． 提高功率因数的意义。
在正弦电路中，一端口上有功功率与视在功率之间的关系为：φφcos cos S UI P == 式中：φcos 为功率因数，φ是电压与电流的相位差，也是无独立源一端口的阻抗角。
当功率因数较低时，一方面会使设备的容量无法被充分利用；另一方面，当电源电压和负载功率一按时端线电流较大，功率损耗增加。
因此，提高负载的功率因数，关于降低电能损耗，提高输电效率具有重要的经济意义。
2． 提高功率因数的方式提高功率因数，能够依照负载的性质在电路中接入适当的电抗元件。
在实际电路中，用电负载多为感性，如电动机、电器、日光灯等，它们的等效电路相当于电阻与电感元件的串联。
在不改变负载的结构和工作状态的前提下，简单易行的方式是在这种感性负载两头并联补偿电容器，如图1-32所示。
图1-32 提高功率因数实验电路 图1-33 相量图U I ..由于感性负载中的感性无功电流，与并联电容中的容性无功电流，二者彼此补偿，相当于提高了功率因数。
由图1-33所示相量图分析可知，并联电容后，使电路的总电压与总电流之间的相位差减小，即提高了并联电路的功率因数，而负载本身仍能够正常工作。
固然，所并联的电容值应该有一个适当的范围，若是太大可能会使整个并联电路呈现容性，达不到提高功率因数的目的。
通过对相量图的分析，还能够看出，功率因数增大时，电路中的总电流减小，功率因数减小时，总电流增大。
日光灯电路及功率因数的提高
实验1.8 日光灯电路及功率因数的提高第一部分 实验指导书(本实验2学时)1. 实验目的（1） 了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接；（2） 熟悉正弦交流电路的主要特点：1） 掌握交流串联电路中总电压与各部分电压的关系；2） 掌握交流并联电路中总电流与支路电流的关系；3） 了解感性负载电路提高功率因数的方法；4） 学习正确使用交流电流表、交流电压表和功率表。
2. 实验器材与设备日光灯电路实验装置、交流电流表、电压表和功率表、耐压400V 以上的电容器等。
3. 实验内容与要求（1） 实验线路见图1-11。
把日光灯管看成电阻，把镇流器看成感性元件。
（2） 连接实验线路，进行测试，记录数据：1） 首先点亮日光灯，按所设计的表格测试电源电压U ，灯管电压U R 、镇流器电压U L 、电流I 及功率P ，计算功率因数；2） 并联不同的电容（1μF -5μF ），再分别测试各电压及灯管电流I R 、电容电流I C 、总电流I 及功率P ，并计算功率因数。
图1-11 日光灯实验电路4. 预习要求（1） 在开放实验室时提前进行调研，了解日光灯电路实验装置的结构及使用方法。
（2） 画出日光灯电路的实验线路图（画出功率表、电压表、电流表的连接方法）。
（3） 自拟实验步骤并设计出测量数据的表格。
1） 日光灯正常工作后，不并联电容所应测试和计算的数据表格。
2） 并联不同容量的电容后所应测试和计算的数据表格。
测电流插座（4）了解功率表的使用方法。
5. 实验注意事项（1）日光灯起动电流较大，起动时要小心电流表的量限，以防损坏电流表。
（2）不能将220V的交流电源不经过镇流器而直接接在灯管两端，否则将损坏灯管。
（3）在拆除实验线路时，应先切断电源，稍后将电容器放电，然后再拆除。
（4）线路接好后，必须经教师检查允许后方可接通电源，在操作过程中要注意人身及设备安全。
6. 实验报告要求（1）画出实验电路图并简述其工作原理。
（2）将所测得的实验数据和计算数据填写在所设计的表格内。
日光灯电路及功率因数的提高实验报告
日光灯电路及功率因数的提高实验报告1.实验目的：本实验主要是为了了解日光灯的电路原理，以及通过不同方式提高日光灯的功率因数，从而达到节能的目的。
2.实验原理：日光灯是一种比较常见的照明灯具，其原理是通过放电管中的气体放电来产生紫外线，同时紫外线通过荧光粉的激发产生可见光线。
在电路方面，日光灯的电路主要包括电源电路、点火电路和预热电路。
其中，电源电路主要是为了提供足够的工作电压和电流，电路中通常采用交流电源。
点火电路则是为了在启动时提供足够的高压，以便放电管内部形成气体放电和紫外线辐射，最终点亮日光灯。
预热电路则是为了提供足够的预热电流，以便减小放电管的点火电压。
在实验中，我们主要关注提高日光灯的功率因数，其中功率因数是指电路中所消耗的有用功率与视在功率之比。
功率因数越高，电路的能量利用效率也就越高。
在日光灯电路中，功率因数主要受到电容器的影响。
常规日光灯中的电容器通常采用交流电容器，其功率因数较低，只有0.5-0.7左右。
因此，为了提高日光灯的功率因数，我们需要通过改进电路中的电容器来实现。
有几种提高日光灯功率因数的方法，其中较为常见的包括：(1)更换电容器：我们可以通过更换高效的交流电容器或相控交流电容器来提高电路的功率因数。
相控交流电容器比较适合纠正交流电路因为电感而导致功率因数下降的问题。
(2)串联电感：我们可以在电路中增加合适的电感，以降低电路中负载电流的频率，从而提高功率因数。
(3)使用电子镇流器：电子镇流器相对传统的电子镇流器来说，具有更高的效率和功率因数，可以大大减小电路中的损耗和浪费。
3.实验过程：本次实验主要选用更换电容器和串联电感两种方法来提高日光灯的功率因数。
具体步骤如下：(1)连接电路：我们首先按照实验装置要求，连接好日光灯的电路。
(2)记录数据：我们记录下日光灯启动前和启动后的功率因数、功率、电流、电压等数据，作为基准数据。
(3)更换电容器：接下来我们将原来的电容器更换为高效的相控交流电容器，再次记录相关数据。
实验五日光灯电路与功率因数的提高
2
3
计算值 移相角φ
表5-2 电感与电容串联实验记录表记录表
串联器件 计算阻抗 （Ω）
测量 电压测量值 （V）
序次 U
UR
UC
Z= XC+ R Z
1
50
4.7uF电容 XC
2
升压比 UC/U
36V线圈 XL
3
7
三 实验内容—日光灯电路并联电容实验
3. 日光灯线路接线与电路参数测量 按图1-3接线,调节自耦调压器的输出,逐步提高电压,
12
特别提示：电感负载串联电容实验,电路的总阻抗会下降,属 于电压谐振性质,要防止器件过电压过电流！
6
三 实验内容—负载电路串联电容实验
表5-1电阻负载串联电容实 验记录表
串联器件
计算阻抗 （Ω）
Z= XC+ R Z 4.7u电容 XC 40W灯泡 R
测量 电压测量值 （V）
序次 U
UR
UC
1 220
2.负载电路的功率因数cosφ,反映负载对电源的利用 程度. φ的意义：电压与电流的相位差,阻抗的辐角.
视在功率S=U×I 有功功率P=U×I× cosφ 负载电路的功率因数低,会降低电源的利用率,还会 因电流增大而加大输电线路的损耗.
3.造成日光灯功率因数低原因,是电路中的电抗镇流 器电流的相位落后于电压.
（uf） (V) (V) (V)
0
UQ= V
ILR(A) IＣ(A) 计算S
（ＶＡ）
1.0
2.2 3.2
4.7
5.7
根据实验数据,验证电流相量关系并计算相应的视在功率S. 分析电路功率因数提高的原因. 说明：电子镇流器式日光灯的工作原理可另查有关资料.
实验六 日光灯电路及功率因数的提高
实验六 日光灯电路及功率因数的提高一、实验目的1.验证单相交流电路中的电流、电压和功率关系的理论；2.了解日光灯电路的组成，工作原理和安装方法；3.了解用电容器改善功率因数的方法和意义；4.学习功率表的使用方法。
二、实验原理电力系统中的负载大部分是感性负载，其功率因数较低，为提高电源的利用率和减少供电线路的损耗，往往采用在感性负载两端并联电容器的方法，来进行无功补偿，以提高线路的功率因数。
日光灯电路为感性负载，其功率因数一般在0.3～0.4左右，在本实验中，利用日光灯电路来模拟实际的感性负载观察交流电路的各种现象。
1.日光灯的工作原理如图6-1所示，日光灯电路由荧光灯管、镇流器和启辉器三部分组成：(1)灯管：日光灯管是一根玻璃管，它的内壁均匀地涂有一层薄薄的荧光粉，灯管两端各有一个阳极和一根灯丝。
灯丝由钨丝制成，其作用是发射电子。
阳极是两根镍丝，焊在灯丝上，与灯丝具有相同的电位，其主要作用是当它具有正电位时吸收部分电子，以减少电子对灯丝的撞击。
此外，它还具有帮助灯管点燃的作用。
灯管内还充有惰性气体(如氮气)与水银蒸汽。
由于有水银蒸汽，当管内产生辉光放电时，就会放射紫外线。
这些紫外线照射到荧光粉上就会发出可见光。
(2)镇流器：它是绕在硅钢片铁芯上的电感线圈，在电路上与灯管相串联。
其作用为：在日光灯启动时，产生足够的自感电势，使灯管内的气体放电；在日光灯正常工作时，限制灯管电流。
不同功率的灯管应配以相应的镇流器。
(3)启辉器：它是一个小型的辉光管，管内充有惰性气体，并装有两个电极：一个是固定电极，一个是倒“U ”形的可动电极，如图6-3所示。
两电极上都焊接有触头。
倒“U ”形可动电极由热膨胀系数不同的两种金属片制成。
点燃过程：日光灯管、镇流器和启辉器的联接电路如图6-1所示。
刚接通电源时，灯管内气体尚未放电，电源电压全部加在启辉器上，使它产生辉光放电并发热，倒“U ”形的金属片受热膨胀，由于内层金属的热膨胀系数大，双金属片受热后趋于伸直，使金属片上的触点闭合，将电路接通。
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
日光灯电路是利用线圈产生的磁场去振荡电容，从而产生交流电子供电。
它可以实现
电源节省，减少维护费用，延长寿命，同时提高质量。
首先要提高日光灯电路的功率因数，就要充分利用电容和磁场的峰值。
当磁场的能量
大于电容的电荷时，需要在线圈上加电容，这样可以使电路的功率因数得到提高。
另一部分是采用电容式滤波器来降低共振频率和降低电磁兼容性。
对于逆变器来说，
可以采用拓扑电路，加大线圈抗线圈电容的电容，使逆变器线圈的抗热能力变得越来越高。
此外，还可以使用变频技术，使振荡电路的周期性变化。
由于变频波形的功率因数小，所以可以提高整个系统的稳定性，减少热散离的发生，同时满足灯具的质量要求。
最后要考虑的是，应该采用适宜的驱动电压，选择外部组件，如电容器、开关设备、
控制电路和散热器等，以提高电路发挥的能力。
调节电压和电流，使日光灯具的电流得到
控制，减少日光灯电路中电池的功耗，进一步提升日光灯电路的功率因数。
总之，想要提高日光灯电路的功率因数，就要通过利用线圈滤波器、变频技术以及外
部组件的优势来加强对磁场和电容的利用，使整个系统的能力不断提升，从而达到提高功
率因数的有效目的。
3.6日光灯电路及功率因数的提高
纯电阻电路
cos=1 (=0°)
纯电感电路及纯电容电路
cos=0 (=±90°)
RLC串联电路
0 cos 1 90 90
电动机
空载 满载
Байду номын сангаас
日光灯电路（RL串联电路）
cos 0.2～0.3
cos 0.7～0.9
cos 0.45～0.6
3、交流电路中的功率因数 在交流供电系统的负载中，多为电感性负载，其
日光灯的工作原理：
当接通电源瞬间，由于启辉
器没工作，电源电压都加在
启辉器内氖泡的两电极之间.
电极瞬间击穿，管内的气体
导电，使“U”型的双金属
片受热膨胀伸直而与固定电
极接通.这时日光灯的灯丝 通过电极与电源构成一个闭 合回路 ，见图3-2a所示。 灯丝因有电流（称为启动电 流或预热电流）通过而发热， 从而使灯丝上的氧化物发射
镇流器：又称限流器，是一个带有铁心的电感线 圈，其作用是： a 、在灯管启辉瞬间产生一个比电源电压高的 多的自感电压帮助灯管启辉。 b、灯管工作时限制通过灯管的电流不致过大而 烧毁灯丝。
启辉器：它由一个启辉管（氖泡）和一个小容量 的电容组成。 氖泡内充有氖气，并装有两个电极，一个是固定 的静触片，另一个是用膨胀系数不同的双金属片 制成的倒“U”型可动的动触片，启辉器在电路 中起自动开关作用。电容是防止灯管启辉时对无 线电接收机的干扰。
由图中看到i﹤i1，在相位上
，所以
COSφ>COSφ1，即功率因数提高了。
在此注意，并联电容以后有功率并未改变，因 为电容器是不消耗电能的。
提高感性负载功率因数的方法是，在感性负载 （或设备）两端并联适当大小的电容器（欠补 偿）。
日光灯电路及功率因数的提高
精品资源日光灯电路及功率因数的提高一、实验目的1、了解日光灯电路的工作原理及其接线方法。
2、掌握提高感性负载（RL电路）功率因数的方法。
3、通过实验分析阻抗的串联并联电路，并了解电容与电感的互补作用。
4、进一步掌握功率表。
功率因数表的使用方法。
二、实验任务1、了解日光灯电路的工作原理。
日光灯电路由灯管、启动器和镇流管三个元件组成，接线方式如图2－1－1所示。
(1)日光灯管：灯管是内壁涂有荧光物质的细长玻璃瞥，管的两端装有灯丝电极，灯丝上涂有受热后易发射电子的氧化物，管内充有稀薄的惰性气体和少量的水银蒸汽。
它的起辉电压是400~600v，起辉后管压降只有90V左右。
因此，日光灯不能直接接在220v电源上使用。
(2)启动器：它相当于—个自动开关，是由—个充有氖气的辉光管和一个小容量的电容器组成。
辉光管的两个金属电极离得相当远，当接通电源时，由于日光灯没有点亮，电源电压全部加在启动器辉光管的两个电极之间，使辉光管放电放电产生的热量使u形电极受热趋于伸直，两电极接触，这时日光灯的灯丝通过两电极与镇流器及电源构成—个回路。
灯丝因有电流通过而发热，从而使氧化物发射电子。
同时，辉光管两电极接通时，电极间的电压为零，辉光放电停止，u形双金属片因温度下降而复原，使两电极分开，这时回路中的电流突然切断，于是在镇流器两端产生—个瞬时高压。
这个高电压和电源电压全部加在灯管两端，使热灯丝之间产生弧光放电并辐射紫外线，管内壁的荧光粉因受紫外线激发而发出可见光。
(3)镇流器：它是一个铁心线圈。
作用一是在订管起燃瞬间产生一高电压，帮助灯管起燃：二是在灯管点燃后，起着限流或分压作用。
灯管点燃后，可以认为是电阻性负载，镇流器是感性负载。
因此日光灯电路可看成是RL串联的交流电路，它的功率因数较低。
2．正确连接日光灯电路，接通电源，电压调至220v，使日光灯电路正常工作。
(灯管、镇流器和启动器都在实验台内部)测量电源电压U(v)、镇流器电压U1(v)、灯管电压U2(v)；电源电流I(mA)、灯管电流12(A)；日光灯电路的有功功率P1(w)和功串因数cos13．提高日光灯电路(RL串联电路或感性负载)的功率因数。
日光灯电路与功率因数的提高实验报告
日光灯电路与功率因数的提高实验报告日光灯电路与功率因数的提高实验报告引言：在现代社会中，电能的消耗已成为一个重要的问题。
为了提高能源利用率和减少能源浪费，我们需要关注电路的功率因数。
本实验旨在研究日光灯电路中功率因数的提高方法，以期能为实际应用提供一定的参考。
一、实验目的本实验的主要目的是探究日光灯电路中功率因数的提高方法，并通过实验验证相关理论。
二、实验原理1. 功率因数的定义功率因数是指电路中有用功与视在功之比，用来衡量电路的有效使用程度。
功率因数的理论范围在0到1之间，数值越接近1，说明电路的有用功越高，能源利用效率越好。
2. 日光灯电路日光灯电路是一种常见的照明电路，由电源、镇流器和灯管组成。
在传统的日光灯电路中，功率因数通常较低，这会导致电能的浪费。
三、实验步骤1. 搭建传统日光灯电路按照传统的日光灯电路连接方式，搭建一个基础电路，包括电源、镇流器和灯管。
2. 测量功率因数使用功率因数测试仪，测量传统日光灯电路的功率因数，并记录测量结果。
3. 安装功率因数改善装置在电路中加入功率因数改善装置，该装置可以通过电容器或电感器来提高电路的功率因数。
根据实验要求选择合适的装置并进行安装。
4. 测量改进后的功率因数使用功率因数测试仪，再次测量改进后的日光灯电路的功率因数，并记录测量结果。
四、实验结果与分析通过实验测量，我们得到了传统日光灯电路和改进后电路的功率因数。
根据测量结果，我们可以得出以下结论：1. 传统日光灯电路的功率因数较低，通常在0.5左右。
这是由于电路中存在电感元件，导致电流与电压之间存在相位差，使得功率因数降低。
2. 安装功率因数改善装置后，电路的功率因数得到了明显提高。
改进后的电路功率因数通常能达到0.9以上，有些甚至可以接近1。
这是因为功率因数改善装置通过补偿电路中的电感元件，使得电流与电压之间的相位差减小，从而提高了功率因数。
3. 通过对比传统电路和改进后电路的功率因数，我们可以明显看出功率因数改善装置的有效性。
日光灯电路与功率因数的提高
实验4.7 日光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。
4.7.2实验任务 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总功率因数曲线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R L 、L 的计算。
4.7.2.2扩展实验保持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 与无并联电容时的I 值大致相同，记录此时I 、I C 、I L 、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 一只 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) 一只 11．粗导线 若干图4-7-14.7.4 实验原理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。
2．日光灯工作原理接通电源后，启辉器内固定电极、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热并发射电子。
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。
日光灯电路及功率因素的提高
日光灯电路及功率因素的提高实验报告班级: _______________姓名: _______________学号: _______________指导老师: _______________组长: ______________武汉交通职业学院机电工程系2009年10月实验三日光灯电路及功率因素的提高一、实验目的1、掌握日光灯线路的接线。
2、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明日光灯线路如图3-1所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（COSΦ）。
有关日光灯的工作原理见附说明。
三、实验设备四、实验内容1、日光灯线路接线与测量。
按图3-2接线。
经指导教师检查后接通实验台电源，日光灯应立即发光，记下三表的指示值。
测量功率P，电流I，电压U，UL ，UA等值，验证电压、电流相量关系。
2、并联电路———电路功率因数的改善。
按图（3-3）组成实验线路。
经指导教师检查后，接通实验台电源，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。
数据记入下页表中。
五、实验注意事项1、本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。
2、功率表要正确接入电路。
3、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。
六、预习思考题1、在日常生活中，当日光灯上缺少启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？2、为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电路器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？3、提高线路功率因数为什么只采用并联电容法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？七、实验报告1、完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。
2、根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式基尔霍夫定律。
日光灯电路及功率因数的提高
它反映了电力设备在消耗有功功 率的同时，对无功功率的消耗情 况。
功率因数低的影响
增加输配电线路的电能损耗
由于电流的有效值不变，功率因数越低，线路中的电压降越大， 导致电能损耗增加。
降低供电设备的利用率
由于无功功率的存在，使得变压器、发电机等设备的容量不能得到 充分利用。
增加电费支出
电力公司通常会对功率因数进行考核，对功率因数低的用户实行罚 款或加价。
日光灯电路及功率因数的 提高
• 引言 • 日光灯电路原理 • 功率因数提高的意义 • 无功补偿原理及方法 • 实际应用与案例分析 • 结论与展望
01
引言
主题简介
日光灯电路
日光灯电路是一种常见的照明电路，由日光灯管、镇流器、启辉器和灯座等部 分组成。
功率因数提高
功率因数是电力系统中一个重要的技术参数，反映了电力设备在消耗电能时的 效率。提高功率因数对于节约能源、降低损耗和改善电网质量具有重要意义。
日光灯的电感性负载会导致功率因数降低，增加 线路损耗和电网负担。
案例分析
某工厂的日光灯电路问题
该工厂大量使用日光灯照明，但由于电路设计不当，导致能 源浪费和灯光质量不稳定。
某家庭的日光灯使用情况
家庭用户在使用日光灯时，由于缺乏相关知识，也常常面临 功率因数低下和能源浪费的问题。
解决方案
采用电子镇流器
展望
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，日光灯电路及功率因数的 提高将成为一个持续的研究方向。未来，我们可以从以下几个方面进一 步研究和探索
深入研究和开发新型的镇流器技术，以提高日光灯电路的功率因数和能 效。例如，研究基于电力电子技术的智能控制策略，实现对日光灯电路 的实时监测和控制，以达到更好的节能效果。
日光灯电路及功率因数的提高实验报告
日光灯电路及功率因数的提高实验报告一、实验目的本次实验旨在掌握日光灯电路的基本原理，研究不同电路对功率因数的影响，并探究提高功率因数的方法。
二、实验原理1. 日光灯电路日光灯电路主要由镇流器、启动器和灯管组成。
镇流器是将交流电转换为直流电，并限制通电时的电流大小。
启动器则是在通电时提供高压，使灯管放出气体，点亮灯管。
灯管则是利用气体放电来产生紫外线，从而激发荧光粉发出可见光。
2. 功率因数功率因数是指有功功率与视在功率之比，其值在0到1之间。
当负载为纯阻性负载时，功率因数为1；当负载为纯感性负载时，功率因数为0；当负载为混合负载时，功率因数介于0和1之间。
3. 提高功率因数的方法提高功率因数可以采用补偿电容法或补偿线圈法。
补偿电容法是通过并联一个适当大小的电容器来抵消感性元件带来的无功功率；补偿线圈法则是通过串联一个适当大小的线圈来抵消电容元件带来的无功功三、实验器材1. 镇流器2. 启动器3. 灯管4. 电容器5. 电阻箱6. 万用表四、实验步骤及数据处理1. 将电路连接如图1所示，记录灯管亮度和功率因数。
2. 分别改变电容器的大小，记录灯管亮度和功率因数。
3. 将电路连接如图2所示，记录灯管亮度和功率因数。
4. 分别改变电阻箱的大小，记录灯管亮度和功率因数。
5. 根据实验数据绘制出不同电路下的功率因数曲线图，并分析不同电路对功率因数的影响以及提高功率因数的方法。
五、实验结果与分析1. 不同电容器对功率因数的影响根据实验数据绘制出不同电容器下的功率因数曲线图（见图3），可以发现随着电容器大小增加，功率因数也随之增加。
这是由于补偿电容法能够抵消感性元件带来的无功功率，从而提高了整个系统的功率因2. 不同电阻箱对功率因数的影响根据实验数据绘制出不同电阻箱下的功率因数曲线图（见图4），可以发现随着电阻箱大小增加，功率因数也随之增加。
这是由于在串联补偿线圈法中，电阻箱能够抵消电容元件带来的无功功率，从而提高了整个系统的功率因数。
日光灯电路及功率因数的提高-日光灯功率因数提高
实验4.7 日光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。
4.7.2实验任务 4.7.2.1根本实验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总功率因数曲线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R L 、L 的计算。
4.7.2.2扩展实验保持U =220V 不变，当电路并联最正确电容器后使得总功率因数到达最大时，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 与无并联电图4-7-1容时的I值大致一样，记录此时I、I C、I L、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. 起辉器一只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)一只11．粗导线假设干4.7.4实验原理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。
2．日光灯工作原理图4-7-2 日光灯电路图•U～接通电源后，启辉器内固定电极、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热并发射电子。
启辉器接通后辉光放电停顿，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 左右开场稳定工作。
实验六 日光灯电路及功率因数的提高
实验六 日光灯电路及功率因数的提高一、实验目的1.验证单相交流电路中的电流、电压和功率关系的理论；2.了解日光灯电路的组成，工作原理和安装方法；3.了解用电容器改善功率因数的方法和意义；4.学习功率表的使用方法。
二、实验原理电力系统中的负载大部分是感性负载，其功率因数较低，为提高电源的利用率和减少供电线路的损耗，往往采用在感性负载两端并联电容器的方法，来进行无功补偿，以提高线路的功率因数。
日光灯电路为感性负载，其功率因数一般在0.3～0.4左右，在本实验中，利用日光灯电路来模拟实际的感性负载观察交流电路的各种现象。
1.日光灯的工作原理如图6-1所示，日光灯电路由荧光灯管、镇流器和启辉器三部分组成：(1)灯管：日光灯管是一根玻璃管，它的内壁均匀地涂有一层薄薄的荧光粉，灯管两端各有一个阳极和一根灯丝。
灯丝由钨丝制成，其作用是发射电子。
阳极是两根镍丝，焊在灯丝上，与灯丝具有相同的电位，其主要作用是当它具有正电位时吸收部分电子，以减少电子对灯丝的撞击。
此外，它还具有帮助灯管点燃的作用。
灯管内还充有惰性气体(如氮气)与水银蒸汽。
由于有水银蒸汽，当管内产生辉光放电时，就会放射紫外线。
这些紫外线照射到荧光粉上就会发出可见光。
(2)镇流器：它是绕在硅钢片铁芯上的电感线圈，在电路上与灯管相串联。
其作用为：在日光灯启动时，产生足够的自感电势，使灯管内的气体放电；在日光灯正常工作时，限制灯管电流。
不同功率的灯管应配以相应的镇流器。
(3)启辉器：它是一个小型的辉光管，管内充有惰性气体，并装有两个电极：一个是固定电极，一个是倒“U ”形的可动电极，如图6-3所示。
两电极上都焊接有触头。
倒“U ”形可动电极由热膨胀系数不同的两种金属片制成。
点燃过程：日光灯管、镇流器和启辉器的联接电路如图6-1所示。
刚接通电源时，灯管内气体尚未放电，电源电压全部加在启辉器上，使它产生辉光放电并发热，倒“U ”形的金属片受热膨胀，由于内层金属的热膨胀系数大，双金属片受热后趋于伸直，使金属片上的触点闭合，将电路接通。
实验二日光灯电路及其功率因数的提高
实验二日光灯电路及其功率因数的提高一、实验目的1．了解日光灯电路的工作原理2．掌握功率因数的测定方法以及提高功率因数的意义与方法二、实验器材1．实验电路板，含有镇流器、启辉器、电容器组2． 40W日光灯灯管3．交流电压／电流表三、实验内容1、实验原理在正弦交流电路中，功率因数的高低关系到交流电源的输出功率和电力设备能否得到充分利用。
为了提高交流电源的利用率，减少线路的能量损耗，可采取在感性负载两端并联适当容量的补偿电容，以改善电路的功率因数。
并联了补偿电容器C 以后，原来的感性负载取用的无功功率中的一部分，将由补偿电容提供，这样由电源提供的无功功率就减少了，电路的总电流Ỉ也会减小，从而使得感性电路的功率因数cos φ得到提高。
图2-1 日光灯电路原理图2、日光灯没有并联电容时功率因数的测定（1）先切断实验台的总供电电源开关，按照实验电路图2-1来连线。
（2）将电容器组中各电容器的控制开关均置于断开位置。
（3）实验电路接线完成后，需经过实验指导教师检查无误，方可进行下一步操作。
（4）闭合实验台的总供电电源开关，按下启动按键。
这时安装在实验台内部的日光灯灯管将会点亮，日光灯电路开始正常工作。
（5）使用交流电压表、交流电流表，按表2-1中的顺序测量电路总电压U、电路总电流I、日光灯灯管电压U R，将测量结果记入表2-1中。
（6）根据表2-1中的实验数据，计算日光灯电路的功率因数cosφ值。
表2-1 日光灯电路的测量3. 日光灯并联电容时的功率因数的测定按照表2-2中列出的电容器容量值，逐项测量电路总电流I、日光灯支路电流I L、电容器支路电流I C的数值，并将测量结果记入表2-2中。
根据表2-2中的实验数据，计算在并联不同容量值的电容器时日光灯电路的功率因数cosφ值。
表2-2 并联电容提高功率因数四、注意事项(1)实验前需要做充分的准备：预习实验内容，写出预习报告。
无预习报告者不得进入实验室做实验。
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实验 日光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。
4.7.2实验任务 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总功率因数曲线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R L 、L 的计算。
4.7.2.2扩展实验保持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 与无并联电容时的I 值大致相同，记录此时I 、I C 、I L 、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 一只 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) 一只 11．粗导线 若干图4-7-14.7.4 实验原理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。
2．日光灯工作原理接通电源后，启辉器内固定电极、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热并发射电子。
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。
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R L 、L 串联的感性负载，电流为L I •。
设日光灯电路两端电压•U 的相位超前于日光灯电路电流L I •相位θ角，则日光灯电路的功率因数为cosθ。
如图4-7-3所示。
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•U 与总电流(C L I I I •••+=)的相位差为θ'，相应的向量图如图4-7-3所示。
由图可见，补偿后的cos θ'＞cosθ，即功率因数得到了提高。
•U ─电源电压 ─日光灯支路电流 L I •─补偿后电路总电流 •I CI •─电容支路电流 θ─补偿前电路的电压与电流间相位角 θ'─补偿后电路的电压与电流间相位角图4-7-2 日光灯电路图•U ～•U I •图4-7-3 提高电路功率因数的相量图由图4-7-3可得I C =I L sin θ-I sin θ'=⎪⎭⎫⎝⎛θcos U P sin θ'-⎪⎭⎫ ⎝⎛'θcos U P sin θ=U P (tan θ-tan θ')又因I C =CX U=U ωC 所以U ωC =UP(tan θ-tan θ') 由此得出补偿电容C 的大小可按下式计算：)tan (tan 2θθω'-=UP C （4-7-1） 4-7-1式中 P ─有功功率（W ）；ω─电角度(rad/s)，ω=2πf (f =50Hz)。
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 θ'=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I C也随之增大，使得|θ'|逐渐变小，过0后，θ'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。
在过补偿的情况下，系统中由感性转变为容性。
出现容性的无功电流，不仅达不到补偿的预期效果，反而会使配电线路各项损耗增加，在工程应用中，应避免过补偿。
4.7.5 预习提示1．日光灯电路的工作原理是怎样的2．日光灯电路的性质是阻性、感性还是容性 3．为什么要提高电路的功率因数4．怎样根据实测值来计算当cosθ′=1时，补偿电容C 的值5．忽略电网电压波动，当改变电容时，功率表的读数和日光灯支路的电流I L 是否变化请分别说明原因。
4.7.6 实验步骤1．检测功率表和日光灯熔断器的通断情况。
用万用表的二极管档，判断单相交流功率表（以下简称功率表）的电流线圈中的熔断器以及灯管的熔断器导通情况。
2．按图4-7-1所示电路联接线路。
将功率表标有“I *”的电流线圈与标有“U *”电压线圈同名端短接，并与三相自耦调压器的输出端某个相线相联。
按照先串联回路联接，后并联回路联接的原则接线, 将标有“U”电压线圈与中性线N相联。
（有功功率的概念及功率表的使用说明参见《实验电感线圈参数测量》）。
并将灯管、启辉器、镇流器和电容器组按图接入电路。
将各电容器组的开关断开。
3．完成因无补偿电容和不同的补偿电容时电路的电压、电流以及电路的功率、功率因数的测量和电路的总功率因数曲线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。
(日光灯额定电压为220V，额定功率30W)（1）按“开机操作”程序进行操作。
检查线路无误后，缓慢转动三相自耦调光灯额定电压220V。
保持三相自耦调压器输出电压220V不变，通过开关控制接入不同的电容，测量相关数据并记录于表4-7-1中。
注意：在接入不同的电容时，随着总功率因数变化，不要遗漏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的测量。
（2）将三相自耦调压器调至零。
表4-7-1提高感性负载电路的功率因数测试点亮熄灭的测量。
（1）断开所有的电容开关。
缓慢转动三相自耦调压器，当调至日光灯管刚刚点亮时，停止调压。
用交流电压表测量此时调压器输出电压有效值，该电压即为日光灯的最低启辉电压U点亮。
将该数据记录于表4-7-1中。
（2）继续转动三相自耦调压器同轴旋钮，将其输出电压调高至交流电压表有效值示数为220V。
然后缓慢转动三相自耦调压器同轴旋钮，降低其输出电压，当输出电压有效值，记录于表4-7-1中。
（3）将三相自耦调压器调至零，并按下红色“停止”按钮，红灯亮，绿灯灭。
拆除线路。
将钥匙式总开关置于“关”位置,此时红色按钮灭。
实验结束。
画出cosθ'=f(C)曲线。
（注意绘制cosθ'=f(C)曲线时，由于受装置的限制，实验时调不到cosθ'=1，但仍需将cosθ'=1的这点虚拟画出。
）（4）参考《实验简单交流电路》等效参数R1、L1的计算法，完成镇流器的等效参数R L、L值的计算。
5. 实验的注意事项：（1）线路接线正确，但日光灯不能启辉时，应检查启辉器接触是否良好。
（2）在接入不同的电容时，不要遗漏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的测量。
（3）本实验是强电实验，务必注意用电和人身安全。
供电电源从相线和零线引出。
每一次实验电路测试完毕后，在三相自耦调压器调至零的前提下方可断开电源开关，然后进行拆线或接线。
4.7.7报告要求1. 画出实验电路与表格，简要写出电路原理和实验步骤。
2．完成任务1中日光灯在额定电压下，电容从0～μF之间变化时表4-7-1实测记录和总功率因数提高到最大值(cosθ'max)时所需补偿电容器的电容值的实测记录。
3．完成任务2的日光灯的最低启辉电压U点亮和熄灭时电压U熄灭的记录。
4.根据测试数据，画出cosθ'=f(C)曲线。
由于受装置的限制，实验时调不到cosθ'=1，在根据实验数据绘制cosθ'=f(C)曲线时，仍需将cosθ'=1的这点虚拟画出。
将相关的实测数据代入公式4-7-1，计算cosθ'=1时补偿电容的理论值。
并将cosθ'=1时补偿电容的理论值与cosθ'=f(C)曲线cosθ'=1的虚拟点对应的补偿电容值进行误差计算。
5．定量画出电路的相量图。
6．完成任务3镇流器的等效参数R L、L的计算。
7．根据测试结果，得出日光灯电路并联电容前后，功率因数变化的特点。
8．根据4.7.2.2的扩展实验，测出总功率因数达到最大时，且总电流I与无并联电容时的I值大致相同时的I、I C、I L、P以及流入灯泡的电流值。
根据测试结果，总结提高功率因数，从而提高电源利用率的结论。
9．完成思考题。
4.7.8思考题1．并联电容器后，提高了电路的总功率因数，而日光灯本身的功率因数是否也改变为什么2. 给感性负载串联适当容量的电容值也能改变总电压与电流的相位差，从而提高电路的功率因数，但一般不采用这种方法，为什么3．如果电路不接镇流器，直接将220V电压接在日光灯灯管上，试说出实验的现象，并分析原因。
4．补偿电容值是否越大越好为什么请说出过补偿的危害。
补偿电容除有容量的要求外，还有什么其它要求5．某同学直接将补偿电容并联在灯管R两端来提高电路的功率因数。
试说出实验的现象，并分析原因。
6. 如果智能型数字功率表坏了，如何得到负载功率因数最大时的并联电容值。
7. 当启辉器坏了，手头暂时没有好的启辉器，可以用一个什么样的开关来代替应如何联接和操作8. 计算镇流器的感抗X L=U L/I对否为什么。