日光灯电路设计及功率因数的提高
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。
实验六 日光灯电路的接线及功率因数提高
实验六日光灯电路的接线及功率因数提高一、目的要求1．练习使用功率表。
2．学习日光灯电路的接线，并了解各元件的作用。
3．了解提高功率因数的意义和方法。
二、实验原理与方法1．日光灯电路及各元件作用日光灯电路见图1所示。
它是由日光灯管、镇流器、启辉器和开关组成。
图1 日光灯电路（1）日光灯管灯管两端引脚插入灯头的金属插孔，灯管引脚在灯管两端各有一对，对外连接交流电源，对内安装有灯丝，灯丝在交流电源作用下发射电子。
灯管内抽真空后充入少量的汞蒸汽和少量的惰性气体，例如氩、氪、氖等。
惰性气体的作用是减少阴极的蒸发和帮助灯管启动。
（2）镇流器镇流器是电感量较大的铁心线圈，它串联在灯管和电源之间，有单绕组的，也有双绕组的。
不论哪种结构的镇流器，都是配合启辉器产生瞬间高压使灯管发光。
在灯管正常发光后又能起到限制灯管电流的作用。
（3）启辉器启辉器底座上固定有两个螺帽形电极，使用时将其插钮在启辉器座上。
启辉器内有电容器（约0.005~0.02μF）并联在玻璃泡两极，玻璃泡内装膨胀系数不同的U 形双金属片，其内部充入惰性气体。
并联电容器可减弱日光灯启动时产生的无线电辐射，减小对邻近无线电音频、视频设备的干扰。
2．日光灯工作原理合上电源开关后，电压先加在启辉器的两个电极上，启辉器在进行辉光放电时产生大量的热。
U形双金属片受热膨胀变形，将启辉器的两电极接通，此时电流通路见图2（a）所示。
在此电流作用下，一方面灯丝被加热，发射大量电子。
另一方面，启辉器两个电极闭合后，辉光放电消失，电极很快冷却，双金属片恢复原始状态而导致电极断开，这段时间实际是灯丝预热过程，一般日光灯约需0.5秒~2秒。
当启辉器中电极突然切断灯丝预热回路时，镇流器上产生很高的感应电压（约800~1500V），叠加在电源电压上，使得灯管两端获得很高的电压，迫使日光灯进入发光工作状态。
如果启辉器经过一次闭合、断开，日光灯管仍然不能点亮，启辉器又二次、三次重复上述动作，直至点亮日光灯为止。
实验八-日光灯电路的连接及功率因数的提高
实验八 日光灯电路的连接及功率因数的提高一、实验目的1.学习功率表的使用；2.学会通过U 、I 、P 的测量计算交流电路的参数；3.掌握提高电感性电路功率因数的方法。
二、原理说明日光灯结构图如图8-1所示，K 闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启辉器两触片之间，使启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。
短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400至500V 高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯点燃发亮。
日光灯点燃后，灯管两端电压降为100V 左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中电流不会过大。
同时并联在灯管两端的启辉器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。
图8-1日光灯结构图 图8-2工作原理图日光灯工作后，启辉器断开，灯管相当于一电阻R ，镇流器可等效为电阻R L和电感X L 的串联，所以整个电路可等效为一R 、L 串联电路，其电路模型如图8-2所示。
在电路中日光灯管与镇流器串联构成一个电感性负载电路，由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低。
整个电路消耗的功率P 包括日光灯管消耗功率（P R =U 2I L ）以及镇流器所消耗的有功功率（P L =P-P R ），用功率表直接可以测量。
也可以用交流电压表，电流表及功率表，测出电路的总电压U 、电流I 和总功率P ，则电路的功率因数可用下式计算：UI PCOS =ϕ为了提高电路的功率因数，可以用并联电容器的办法，使流过电容器的无功电流分量与感性负载中的无功电流分量互相补偿，减少电压和电流之间的相位差，从而提高了功率因数。
由于电源的电压是固定的，所以并联电容器并不影响感性负载的正常工作，即感性负载支路的电流、功率和功率因数并不随并联电容量的多少而改变，仅仅是电路总电流及总功率因数发生变化。
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。
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。
实验3 日光灯电路及功率因数的提高
实验三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与接线。
2、了解提高功率因数在工程上的意义。
3、掌握提高感性负载功率因数的方法。
4、熟悉功率表、功率因数表的使用方法。
二、实验内容1、日光灯电路及其功率因数的改善。
2、感性负载功率因数的提高。
四、实验原理1、日光灯电路原理日光灯电路由灯管、镇流器及启辉器三部分组成。
其原理如图3.1所示。
灯管在工作时可认为是一个电阻负载R。
镇流器是一个交流铁心线圈，可等效为一个电感很大的感性负载（r、L串联）。
灯亮后，启辉器就不起作用了。
故实际上是一个R、L串联电路，等效电路如图3.2所示。
其工作原理如下：当接通220V交流电源时，电源电压通过镇流器施加于启辉器两电极上，使极间气体导电，可动电极（双金属片）与固定电极接触。
由于两电极接触不再产生热量，双金属片冷却复原使电路突然断开，此时镇流器产生一较高的自感电动势经回路施加于灯管两端，而使灯管迅速起燃，电流经镇流器、灯管而流通。
灯管起燃后，两端压降较低，启辉器不工作，日光灯正常工作。
图3.1 日光灯原理电路 图3.2日光灯等效电路2、 功率因数的提高电力系统中的大多数负载，如异步电动机、日光灯等都是感性负载，功率因数较低，对电力系统的运行不利。
一是使电源设备的利用率减低，二是降低了输电线路的输电功率。
也就是说，负载的有功功率一定时，有关系式I=P/UC osφ，可见，功率因数低，线路电流就大，输电线路上的功率消耗I 2r 也就增大（r 为线路等值电阻），使输电功率降低。
因此提高负载的功率因数有着重要的经济意义。
提高功率因数即在不改变原负载工作状态的条件下，设法减小线路电流。
常用的方法是感性负载并联电容补偿之，容性负载并联电感补偿之。
图3.3感性负载电路 图3.4相量图在感性负载两端并联电容器后的相量图如图3.4所示。
若忽略线路阻抗，并联电容后并不改变原负载的工作状况，但却通过容性电流对感性电流的补偿，提高了功率因数，降低了对电源输出电流的要求，可增加一定容量电源的带载能力。
日光灯电路的安装及功率因数的提高
2、在严格遵守安全规范的前提下，能与小组成员协作共同完
成本学习任务。
任务三：日光灯电路功率因数的提高
【任务描述】
在实际的交流电路中，大多数交流负载都是感性的，由 于感性负载的存在使得电路的功率因数较低。请了解提高功率 因数的意义，并提高日光灯电路的功率因数。
任务三：日光灯电路功率因数的提高
【任务准备】 课前预习相关知识部分。理解提高功率因数的意义及方 法。学会使用交流电压表、电流表、功率表、功率因数表，并 独立回答下列问题。 1、提高功率因数有什么意义？ 2、能否采用电容器和负载串联的方法来提高功率因数？ 3、试用相量图说明在感性负载处并联电容器可以提高功率因 数的理由。 4、与感性负载并联的电容量C越大，功率因数就越高吗？为 什么？ 5、一台单相感应电动机接到 50Hz、220V 正弦交流电源上， 吸收功率为 700W，功率因数为 0.7，欲将功率因数提高到0.9， 试求所需并联的电容。
任务二：日光灯电路的安装
【相关知识】 日光灯的结构 日光灯电路由灯管、镇流器和启辉器三部分组成，如图 所示。
任务二：日光灯电路的安装
【任务实施】 1、按图接线。经教师检查后，合上电源，调节调压器，使其 输出电压从零开始慢慢增大，观察日光灯的启动过程。
任务二：日光灯电路的安装
2、将调压器的输出电压调至220V，使日光灯正常工作后， 测量各电流、电压及功率值记入表4－2。
任务一：线圈参数的测量 【相关知识】 电感线圈可用RL串联电路为模型，如图4-1所示。采用电 压表、电流表和功率表可以测量出电感线圈的参数 R和L，这种 方法称为三表法。
任务一：线圈参数的测量
P R 2 I
XL
Z R
2
2
XL L 2f
日光灯电路的接线及功率因素的提高
一、目的要求1. 练习使用功率表。
2.学习日光灯电路的接线。
3.了解提高功率因素的意义和方法。
二、实验原理（略）三、实验仪器设备1.功率表2.日光灯管3.镇流器4.启辉器5.电容相6.交流电压表7.交流电流表 四、实验步骤1.连接日光灯电路按照如图连接电路图闭合开关S 1日光灯管正常发光，如果不发光检查电路是否正常连接。
并测出电路中总电流和路端电压。
2.并联电容提高功率因素在日光灯正常的时候并联如一个电容，然后测出各支路电流和干路电流。
并与上面测得的数据相比较.五、分析讨论1.日光灯正常发光后，是否能够拆除启辉器？为什么？日光灯电路的接线及功率因素一只 一只 一只 一只 一只 一只 一只解析：可以拆除，启辉器在日光灯管启动的时候相当于一个自动开关的作用，当电路稳定后启辉器是不起作用的。
所以日光灯发光后可以拆除启辉器。
2.感性负载并联电容为什么可以提高功率因素？并联电阻是否也可以？解析：感性负载中电感辉产生一个无功功率，并联入电容后电容的无功功率与电感的无功功率相互抵消，使Q↓提高了功率因素ϕ。
并联电阻不会提高功率因素。
3.怎样才能正确的接入电路以及怎样提高连接电路的速度？解析：可以先选取一条干路出来，把主干路连接好了之后再连接支路，最后在串入电流表和并入电压表。
4.并入电容的时候功率表的值会发生一定的变化会影响实验结果吗？为什么？解析：由公式2P I R=可知并入电阻后有功功率不会发生改变，所以应该是应该是由于仪器引起的系统误差，在我们认定的误差范围内不会影响实验的结果。
5.是否是并入的电容越大功率因素就越大呢？为什么？解析：随着我们并入的电容容量的增加，功率因素逐渐增大。
当122fLfCππ=成立时电容的无功功率与电感的无功功率之和为0。
当并入的电容超过这个值的时候功率因素反而会减小。
6.电路正常接入，日光灯管两端为红色，但是灯管只是一直闪无法点亮，为什么？怎么解决？解析：日光灯管发出红光证明线路连接没有问题，这个时候就应该是启辉器的问题。
日光灯电路设计及功率因数的提高
• 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
r2
L
I
L为等效电感，ω =2π f 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。
•
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ຫໍສະໝຸດ ： 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
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）
日光灯的安装与功率因数的提高
日光灯电路的安装与功率因数的提高1．实验目的（1）了解荧光灯的工作原理，学习荧光灯的安装方法。
（2）掌握提高功率因数的方法，理解提高功率因数的意义。
（3）熟悉交流仪表的使用方法。
2．实验原理（1）日光灯电路的组成电路由日光灯管、镇流器、启辉器组成，原理电路图如图1所示。
图1：日光灯电路图图2 启辉器结构1）荧光灯管荧光灯管是一支细长的玻璃管，其内壁涂有一层荧光粉薄膜，在荧光灯管的两端装有钨丝，钨丝上涂有受热后易发射电子的氧化物。
荧光灯管内抽成真空后，充有一定量的惰性气体和少量的汞气（水银蒸汽）。
惰性气体有利于荧光灯的启动，并延长灯管的使用寿命；水银蒸汽作为主要的导电材料，在放电时产生紫外线激发荧光灯管内壁的荧光粉转换为可见光。
2）启辉器启辉器主要由辉光放电管和电容器组成，其内部结构如图9.18所示。
其中辉光放电管内部的倒U形双金属片（动触片）是由两种热膨胀系数不同的金属片组成；通常情况下，动触片和静触片是分开的；小容量的电容器，可以防止启辉器动、静触片断开时产生的火花烧坏触片。
3）镇流器镇流器是一个带有铁心的电感线圈。
它与启辉器配合产生瞬间高电压使荧光灯管导通，激发荧光粉发光，还可以限制和稳定电路的工作电流。
（2）荧光灯的工作原理如图1和2所示，在荧光灯电路接通电源后，电源电压全部加在启辉器两端，从而使辉光放电管内部的动触片与静触片之间产生辉光放电，辉光放电产生的热量使动触片受热膨胀趋向伸直，与静触片接通。
于是，荧光灯管两端的灯丝、辉光放电管内部的触片、镇流器构成一个回路。
灯丝因通过电流而发热，从而使灯丝上的氧化物发射电子。
与此同时，辉光放电管内部的动触片与静触片接通时，触片间电压为零，辉光放电立即停止，动触片冷却收缩而脱离静触片，导致镇流器中的电流突然减小为零。
于是，镇流器产生的自感电动势与电源电压串联叠加于灯管两端，迫使灯管内惰性气体分子电离而产生弧光放电，荧光灯管内温度逐渐升高，水银蒸汽游离，并猛烈地撞击惰性气体分子而放电，同时辐射出不可见的紫外线激发灯管内壁的荧光粉而发出近似荧光的可见光。
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-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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•
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
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。
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
实验六
• 日光灯电路设计及功率因数的提高 • （设计性实验）
பைடு நூலகம்、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
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。
•
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。
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
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。
• 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
r2
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。