日光灯电路设计及功率因数的提高
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•
• 镇流器在工作时，它有两部分功率的损耗，一部分是线圈电阻rCu 的损耗：PCu I 2rCu （铜耗）；另一部
• 分是铁心损耗Pfe（铁耗）。用等效电阻r的功率损耗代
• 替这两部分损耗，即
则镇流器的等效感抗：
X
U rL
2
ຫໍສະໝຸດ Baidur2
L
I
L为等效电感，ω =2πf 所以，就整个日光灯电路来讲，可以用图6.2的等效串联电 路来表示，其中R为灯管的等效电阻。
图6.1 原理图
图6.2 等效电路
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气隙被击穿，连续 发生火花，使双金属片受热伸张而与定片接触．于是灯管的灯丝接 通。灯丝遇热后发射电子，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感应出很高的感应电动势，它 和电源电压串联加到灯管的两端，使管内气体电离产生光放电而 发光。这时，启动器则停止工作。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。
•
假定功率因数从cos 提高到 cos ，所需并联电
容器的电容值可按下式计算： • 其中： 2 f ( f 50Hz)
P——电路所消耗的功率(W)。
2、镇流器的等效电路和等效电感
• 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
• 2.16所示。所谓等效就是指这个电路中的功率和电流在相同的端电压情 况下分别与原有电路的功率和电流相等。根据这个原则，在日光灯电路 正常工作时，用低功率因数的功率表测得镇流器所消耗的功率也就是等 效电阻所消耗的功率。若用电流表测得通过镇流器的电流为I，则
PL I 2r
其中：PL——镇流器所消耗的功率。 r ——镇流器的等效电阻。
于是：
r PL I2
• 用万用表欧姆挡直接测得镇流器线圈的电阻 rcu.则镇流器的 • 铜耗为，铁耗为 PCu I 2rCu 。
• 用万用表测出镇流器的端电压UrL，则镇流器的等效电抗：
X
U rL
2
r2
L
I
•
其等效电感为
L X
2 f
,其中 f 50Hz 。
3、参考实验仪器与器材 通用电学实验台、交流毫伏表、交流电流表、低功率因数 表、数字万用表、镇流器、灯管、启辉器、电容器若干。
四、实验注意事项
1、正确使用仪表，注意仪表的量程；
2、镇流器不能短路，否则将导致灯管损坏；
3、安全用电，接通电源后，手切勿接触金属裸露部 分。
4、实验线路设计完后，需经老师检查同意，才能实 验。
五、实验报告要求
• 1、画出具体实验线路和记录表格，计算相应的 元件参数，拟出实验步骤；
• 2、整理实验数据并根据所测数据算出日光灯电 路的功率因数 cos 、等效电抗X、镇流器的等效 电阻R及等效电感L值、镇流器的铁耗和铜耗；
• 3、对实验结果出现的误差进行分析。
六、实验思考与总结
• 1、提高接有感性负载的线路的功率因数能否 改变感性负载本身的功率因数？为什么？
• 2、在感性负载的电路中串联适当的电容亦能 改变电流与电压之间的相位差，但为什么不串 联电容的方法来提高功率因数？
• ※ 说明
• 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。 但实际日光灯的电压波形不是正弦波，若按正 弦交流电路估算，误差较大，且不能用万用表 交流电压档测量其电压。
实验六
• 日光灯电路设计及功率因数的提高 • （设计性实验）
一、实验目的
• 1、掌握提高功率因数的意义及其方法 • 2、深刻理解交流电路中电压、电流的相
量关系， • 3、掌握实验设计的基本方法。
二、设计要求
• 以日光灯电路作为感性负载，要求电路 的功率因数由0.4左右提高到0.8左右。
三、设计提示
电路所消耗的功率为： P UI cos cos 为电路的功率因数。上式又可以写成：
cos P P
UI S
• 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 cos之值。
• 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1时，电路呈现并 联谐振，这时，电路的总电流最小。
• 1、日光灯电路原理 • 日光灯电路如图6.1所示，由灯管、镇流器和启动器
（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汽和惰性气体，灯 管两端装有灯丝电极。镇流器为一个铁心线圈，其作 用是日光灯起辉时，产生高压将灯管点亮；在日光灯 管工作时，限制电流。启动器是一个充有氖气的玻璃 泡并装有两个电极（双金属片和定片）。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
• 镇流器在工作时，它有两部分功率的损耗，一部分是线圈电阻rCu 的损耗：PCu I 2rCu （铜耗）；另一部
• 分是铁心损耗Pfe（铁耗）。用等效电阻r的功率损耗代
• 替这两部分损耗，即
则镇流器的等效感抗：
X
U rL
2
ຫໍສະໝຸດ Baidur2
L
I
L为等效电感，ω =2πf 所以，就整个日光灯电路来讲，可以用图6.2的等效串联电 路来表示，其中R为灯管的等效电阻。
图6.1 原理图
图6.2 等效电路
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气隙被击穿，连续 发生火花，使双金属片受热伸张而与定片接触．于是灯管的灯丝接 通。灯丝遇热后发射电子，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感应出很高的感应电动势，它 和电源电压串联加到灯管的两端，使管内气体电离产生光放电而 发光。这时，启动器则停止工作。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。
•
假定功率因数从cos 提高到 cos ，所需并联电
容器的电容值可按下式计算： • 其中： 2 f ( f 50Hz)
P——电路所消耗的功率(W)。
2、镇流器的等效电路和等效电感
• 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
• 2.16所示。所谓等效就是指这个电路中的功率和电流在相同的端电压情 况下分别与原有电路的功率和电流相等。根据这个原则，在日光灯电路 正常工作时，用低功率因数的功率表测得镇流器所消耗的功率也就是等 效电阻所消耗的功率。若用电流表测得通过镇流器的电流为I，则
PL I 2r
其中：PL——镇流器所消耗的功率。 r ——镇流器的等效电阻。
于是：
r PL I2
• 用万用表欧姆挡直接测得镇流器线圈的电阻 rcu.则镇流器的 • 铜耗为，铁耗为 PCu I 2rCu 。
• 用万用表测出镇流器的端电压UrL，则镇流器的等效电抗：
X
U rL
2
r2
L
I
•
其等效电感为
L X
2 f
,其中 f 50Hz 。
3、参考实验仪器与器材 通用电学实验台、交流毫伏表、交流电流表、低功率因数 表、数字万用表、镇流器、灯管、启辉器、电容器若干。
四、实验注意事项
1、正确使用仪表，注意仪表的量程；
2、镇流器不能短路，否则将导致灯管损坏；
3、安全用电，接通电源后，手切勿接触金属裸露部 分。
4、实验线路设计完后，需经老师检查同意，才能实 验。
五、实验报告要求
• 1、画出具体实验线路和记录表格，计算相应的 元件参数，拟出实验步骤；
• 2、整理实验数据并根据所测数据算出日光灯电 路的功率因数 cos 、等效电抗X、镇流器的等效 电阻R及等效电感L值、镇流器的铁耗和铜耗；
• 3、对实验结果出现的误差进行分析。
六、实验思考与总结
• 1、提高接有感性负载的线路的功率因数能否 改变感性负载本身的功率因数？为什么？
• 2、在感性负载的电路中串联适当的电容亦能 改变电流与电压之间的相位差，但为什么不串 联电容的方法来提高功率因数？
• ※ 说明
• 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。 但实际日光灯的电压波形不是正弦波，若按正 弦交流电路估算，误差较大，且不能用万用表 交流电压档测量其电压。
实验六
• 日光灯电路设计及功率因数的提高 • （设计性实验）
一、实验目的
• 1、掌握提高功率因数的意义及其方法 • 2、深刻理解交流电路中电压、电流的相
量关系， • 3、掌握实验设计的基本方法。
二、设计要求
• 以日光灯电路作为感性负载，要求电路 的功率因数由0.4左右提高到0.8左右。
三、设计提示
电路所消耗的功率为： P UI cos cos 为电路的功率因数。上式又可以写成：
cos P P
UI S
• 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 cos之值。
• 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1时，电路呈现并 联谐振，这时，电路的总电流最小。
• 1、日光灯电路原理 • 日光灯电路如图6.1所示，由灯管、镇流器和启动器
（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汽和惰性气体，灯 管两端装有灯丝电极。镇流器为一个铁心线圈，其作 用是日光灯起辉时，产生高压将灯管点亮；在日光灯 管工作时，限制电流。启动器是一个充有氖气的玻璃 泡并装有两个电极（双金属片和定片）。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