《电工技术》任务4.4 荧光灯照明电路的安装与测试

耗能元件上 的瞬时功率
储能元件上的 瞬时功率
在每一瞬间，电源提供的功率一部分被耗能元件消耗掉,一 部分与储能元件进行能量交换。
2）平均功率P （有功功率）
P 1
T
pdt
T0
1
T
[UI cos(1 cos 2t) UI sin sin 2 ω t]d t
T0
UI cos 单位: W
所以P UI cos
4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试
实训4-13：悬吊式荧光灯的安装
（2）各部件安装。 ①将启辉器座固定在灯架的一端或一侧边上，两个灯座分别固定在灯架 的两端，中间的距离按所用灯管长度量好，使灯脚刚好插进灯座的插孔 中。 ②将镇流器用螺钉固定在灯架的中间位置。 ③安装好吊线盒和灯架的挂链吊钩，吊线盒固定在圆木上。圆木和挂链 吊钩应固定在平顶的木结构或木棒上，挂链也可挂在预制的吊环上，必 须牢固可靠。 ④将开关固定在侧墙的圆木上。控制荧光灯的开关应串接在相线上。一 般拉线开关的安装高度离地面2.5m，扳动开关（包括明装或暗装）离地 高度为1.4m。安装扳动开关时，方向要一致，一般向上为“合”，向下 为“断”。 （3）电路接线。各部件位置固定好后，进行接线。接线完毕要对照电 路图仔细检查，以防接错或漏接。然后把启辉器和灯管分别装入插座内。 接电源时，其相线应经开关连接在镇流器上，通电试验正常后，即可投 入使用。
图4.72 荧光灯电路原理图
4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试
2. 荧光灯的工作原理
静触片接触后，辉光放电消失，触片温度下降而恢复断开位置，将启辉电 路分断。此时，镇流器线圈中由于电流突然中断，在镇流器两端产生一个 很高的自感电动势，产生瞬时脉冲高压，它和电源电压叠加后加在灯管两 端，导致管内水银蒸气产生弧光放电，辐射出的紫外线激发管壁上的荧光 粉而发出近似日光的灯光。 灯管点亮后，荧光灯管内电阻下降，灯管回路通过的电流增加，镇流器电 感线圈两端电压降跟着增大，使灯管两端的电压比电源电压低得多，不足 以使启辉器放电，其触点不再闭合，电流由管内气体导电而形成回路，灯 管进入工作状态。 照明灯具安装的一般要求：各种灯具、开关、插座及所有附件，都必须安 装牢固可靠，应符合规定的要求。壁灯及吸顶灯要牢固地敷设在建筑物的 平面上；吊灯必须装有吊线盒，每只吊线盒一般只允许装一盏电灯（双管 荧光灯和特殊吊灯除外），荧光灯和较大的吊灯必须采用金属链条或其他 方法支持。灯具与附件的连接必须正确可靠。
4.4.2 功率的测试和功率因数的提高
2. 功率的测试
（2）正确连接测量线路 电动系测量机构的转动力矩方向和两线圈中的电流方向有关， 为了防止电动系功率表的指针反偏，接线时功率表电流线圈 标有“*”（或“• ”）记号的端钮必须接到电源的正极端， 而电流线圈的另一端则与负载相连，电流线圈以串联形式接 入电路中。功率表测量单相交流电时电压线圈标有“*” （或“• ”）的端钮可以接到电源端钮的任一端上，而另一电 压端钮则跨接到负载的另一端。 若接线正确，而功率表反转，表明该电路向外输出功率，这 时应将电流端钮换接一下。
Q>0，表示网络吸收无功功率； Q<0，表示网络发出无功功率。
U
U X
U R
Q 的大小反映网络与外电路交换功率的大小。是由储能元
件L、C的性质决定的
Q UI sin
(UL UC )I I 2 ( X L XC ) UL I UC I
QL -QC
单位：var
电感和电容 与电源之间 的能量互换 之和
cos 称为功率
因数，用来衡 量对电源的利 用程度。
总电压
总电流
u 与 i 的夹角
阻抗角 电压超前电流角
故 称为功率因数角
根据电压三角形可得：
P UI cos UR I I 2R
3） 无功功率Q
电阻消耗 的电能
储能元件上的瞬时功率的最大值
Q UI sin
U
U X
U R
表示交换功率的最大值，单位：var (乏)。
电工技术
项目4 荧光灯照明电路的安装
➢ 任务4.1 正弦交流信号的测试 ➢ 任务4.2 单一参数正弦交流电路的测试和分析 ➢ 任务4.3 多参数组合正弦交流电路的测试和分析 ➢ 任务4.4 荧光灯照明电路的安装与测试
➢ 4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试 ➢ 4.4.2 功率的测试和功率因数的提高 ➢ 4.4.3 交流电路中的实际器件
图4.68 荧光灯照明电路实验电路图
4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试
实训4-12：荧光灯照明电路测试
表4-15 荧光灯照明电路测量表
启辉值 正常工作值
P（W）
Cosθ
I（A）
U（V）
UL（V）
UA（V）
1. 荧光灯的结构及各部分功能
荧光灯照明电路主要由荧光灯管、镇流器、辉光启动器、灯架和灯座等组 成。 灯管是内壁涂有荧光粉的玻璃管，灯管两端各有一个由钨丝绕成的灯丝， 灯丝上涂有易发射电子的氧化物。管内充有一定量的氩气和少量水银，氩 气具有帮助灯管点燃、保护灯丝，延长灯管使用寿命的作用。
1）功率表的结构和工作原理 电功率由电路中的电压和电流决定，因此功率表有两个线圈， 其中固定线圈导线较粗、匝数较少，称为电流线圈；而可动 线圈导线较细、匝数较多，并串有一定的分压电阻，称为电 压线圈。测量时电流线圈要与被测电路串联，通过线圈的电 流就是负载电流；电压线圈要与被测电路并联，电压支路的 端电压就是负载电压。图4.77（a）所示为功率表的结构示意 图，而图4.77（b）所示为功率表在电路图中的符号。
4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试
2. 荧光灯的工作原理
荧光灯的工作原理如图4.72所示。图4.72 荧光灯电路原理图 接通电源后，电源电压同时加在灯管和启辉器的两个电极上。电源电压太 低，不足以使灯管放电，而对启辉器来说，动、静触片间则会发生辉光放 电，使动触片的双金属片受热膨胀伸展与静触片接触，构成镇流器、灯管 灯丝和启辉器的启辉状态电流回路。电流流过灯丝，灯丝发热并发射电子， 启辉器的动、
4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试
实训4-12：荧光灯照明电路测试
当管内产生弧光放电时，水银蒸气受激发辐射大量紫外线，管壁上的荧光 粉在紫外线的激发下辐射出白色荧光。因为光色接近于日光，所以也称为 日光灯。
图4.69 灯管
图4.70 镇流器
图4.71 启辉器
4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试
图4.73 荧光灯的安装方式
4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试
实训4-13：悬吊式荧光灯的安装
实训流程： （1）安装前的检查。安装前先检查灯管、镇流器、启辉器等有无损坏， 镇流器和启辉器是否与灯管的功率相配合。特别注意，镇流器与日光灯 管的功率必须一致，否则不能使用。
图4.74 悬吊式荧光灯的安装
将电压三角形的有效值同除I得到阻抗三角形
将电压三角形的有效值同乘I得到功率三角形 S
U UR2 (UL UC )2
U
UR U cos U X U sin
Z
XL XC UL UC Q
Z R2 (XL XC )2
R Z cos X Z sin
R
U R P
S P2 Q2
P S cos
有功功率 P UIcosθ 220 2.750.96 580.8(W)
视在功率 S UI 220 2.75 605(VA)
无功功率 Q S2 P2 6052 580.82 169.4(var)
4.4.2 功率的测试和功率因数的提高
2. 功率的测试
测量电功率的仪表叫功率表，或者瓦特表。它既可以测量直 流功率，也可测量交流功率，而且接线和读数的方法完全相 同。
2. 功率的测试
2）功率表的使用 测量功率的仪表种类和形式很多，但它们一般都属于电动 系仪表，其使用方法如下。 （1）正确选择功率表的类型和量程 测直流或单相负荷的功率可用单相功率表，测三相负荷的 功率可用三相功率表，也可用单相功率表。 在测量功率前要根据负载的额定电压和额定电流来选择功 率表的量程。要保证功率表中的电流量程不小于负载电流， 电压量程不低于负载电压，而不能仅从功率量程来考虑。
有功功率 P
有功功率等于电路中各电阻有功功率之和，
或各支路有功功率之和。
i
i
P
I
2 i
Ri
或P
Ui Ii cos i
1
1
无功功率 Q
Ui 与 Ii 相位差
无功功率等于电路中各电感、电容无功功率之
和，或各支路无功功率之和。
∑ i
i
Q
I
2 i
(X
Li
X Ci )
或Q
Ui Ii sin i
1
1
4.4.2功率的测试和功率因数的提高
1、正弦交流电路中的功率
1） 瞬时功率
设： i Im sin ω t
u Umsin(ω t )
p u i Um sin (ω t ) Imsin ω t
UI cosUI cos(2ωt )
UIcos(1 cos 2ω t) UIsin sin 2ω t
镇流器是具有铁芯的电感线圈，如图4.70所示。它的作用主要有三个： 在接通电源的瞬间，使流过灯丝的预热电流受到限制，防止预热过高而 烧断灯丝，同时也保证灯丝稳定放电；荧光灯启动时，与辉光启动器配 合产生瞬间高压点燃灯管；灯管发光工作后，维持灯管的工作电压和限 制灯管的工作电流，以保证灯管稳定工作。
辉光启动器俗称启辉器，由氖泡、纸质电容、出线脚和外壳等组成，如 图4.71所示。氖泡内装有静触片和U形动触片。纸质电容与氖泡并联， 其作用是：与镇流器线圈形成LC振荡电路，延长灯丝预热时间和维持脉 冲放电电压；吸收干扰电子设备的杂波信号。当电容因击穿而被剪除后， 启辉器仍可继续使用，但失去了吸收干扰杂波的功能。
4） 视在功率 S 电路中总电压与总电流有效值的乘积。
S UI Z I 2 单位：V·A
注： SN＝UN IN 称为发电机、变压器 等供电设备
的容量，可用来衡量发电机、变压器可能提供的最 大有功功率。
S P2 Q2 S PQ
注意：P、Q、S 都不是正弦量，不能用相量表示。
阻抗三角形、电压三角形、功率三角形
Q S sin
5）功率因数
cos ：功率因数（用λ表示）。
cos P S
cos 1, 纯电阻
0， 纯电抗
一般地 , 有 0cos 1
4.4.2 功率的测试和功率因数的提高
【 例 4-15】 在 如 图 4.76 所 示 的 交 流 电 路 中 ， 已 知 R=30Ω ， L=127mH，C=40μF，U• 22030V 。求：电流，电源向电 路提供的有功功率P、无功功率Q、视在功率S及功率因数λ。
4.4.2 功率的测试和功率因数的提高
2. 功率的测试
（a）结构示意图 （b）符号 图4.77 功率表的结构与符号
当测量直流电路功率时，功率表指针的偏转角度取决于负载电 流和电压的大小；当测量交流电路时，指针的偏转角度是与负 载电压、负载电流和功率因数成正比。
4.4.2 功率的测试和功率因数的提高
2
2020/7/12
4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试
实训4-12：荧光灯照明电路测试
实训流程： 按图4.68所示接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器 的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下电压 表、电流表和功率表的指示值。然后将电压调至220V，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。
解：感抗、容抗、阻抗分别为
XL 2πfL 2 π 50127 103 40（Ω）
XC
1 2πfC
1 2 π 50 40106
80（Ω）
Z
（R
jXL）/ /(
jXC
)
R jXL ( jXC
R jXL jXC
)
（3300jj（404）0(j8800）)
10053.1 8090 10053.1
Hale Waihona Puke Baidu 4.4.1 荧光灯照明电路的安装与测试
3. 荧光灯等照明灯具安装的要求
荧光灯的安装方式有吸顶式和悬吊式，如图4.73所示。悬吊式安装时， 应将镇流器用螺钉固定在灯架的中间位置；吸顶式安装时，灯架与天花 板之间应留15mm 的间隙，以利通风，不能将镇流器放在灯架上，以免 散热困难，可将镇流器放在灯架外的其他位置。
图4.76
例4-15电路图
8016.2(Ω)
4.4.2 功率的测试和功率因数的提高
1. 正弦交流电路中的功率
•
交流电源电压 U 22030V
•
电路中的电流
•
I
U
22030
2.7513.8（ A）
Z 8016.2
功率因数角就是阻抗角，即 θ 16.2
电路的功率因数 λ cosθ cos16.2 0.96