基于Multisim和Excel的日光灯功率因数提高仿真分析
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１日光灯 电路
日光 灯 电路 主 要 由灯 管 、 镇 流 器 及 启辉 器 三 部 分 组 成 。 其 电路 图 如 图 １ 所 示。灯管在 工作时可认 为是一 个 电阻负载 Ｒ （ 约几百欧 左右） ， 镇流器 是一个交流 铁心线 圈， 可 等 效 为 一 个
较大 电感 （ 约几亨利左右） 的感性负载 ， 启辉器是一个充有 氖气 的并装 有双金属 片的玻璃泡 开关， 灯 亮后 ， 启 辉 器 就 不 起 作 用
闵 卫锋
（ １ 西安科技 大学 陕西 西安 ７ １ （ １ ０ ５ ４ ； ２杨凌职业技 术学院 陕西 杨凌 ７ １ ２ １ ０ ０ ）
【 摘 要】 日光灯功率因数提 高作为 电路基础课程教学 中的重点和难点， 因其涉及到相关概 念和计算 量较 多， 学生往 往难 以深入理解和 掌握 。笔者在该教 学环节 ， 将 Ｍｕ ｌ ｄ ｓ ｉ ｍ和 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 引入 其 中， 先采 用 Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ虚拟仿真 实验 的同时利用
在 当今 家 用 目光灯 照 明 电 路 中 ， 已被 广 泛 的 采 用 是 在 日 光 灯 两 端 并 联 合 适 的 电 容 来 有 效 的提 高 功 率 因 数 以达 到 有 效 节 约 能 源 的 目的 。而 在 电路 基 础 课 程 的 日光 灯 功 率 因 数 提 高 的 教 学环节中， 大 多 依然 采 用 教师 先 对 功 率 因数 提 高 问题 进 行 理 论
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一
Ｄ Ｏ ｈ ｌ ０ ． １ ６ ７ ０ ７ ｌ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｆ ｊ ｐ ｃ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ４ ． ０ ０ ９
基于 Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ和 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 的 日光灯 功率 因数提 高仿真分析
分析教学 ， 后 让学生在实验 室验证的教 学模式 ； 加之 其涉及 到
较多的概念和计算 ， 使其 成 为 教学 和 学 习 的 难 点 。笔 者 在 日光 灯 功 率 因 数 提 高 教 学 环 节 ，将 虚拟 仿 真 软 件 Ｍ ｕ ｈ ｉ ｓ ｉ ｍ和 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 两者有机结合使用 ， 让学 生在 轻 松 操 作 仿真 软 件 和 数 据 处 理 的 过程中， 加 深 了相 关 概 念 的理 解 ， 掌 握 了 实验 操 作技 能 。
口● 蛔 Ｏ ｆ ． ∞０
０ ， ”５ ｌ ｎⅢ
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Ｏ ３ 【 ｌ ０ ｏ ３ Ｊ 柏 ０
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口４ ∞ ｌ 帅 ７ Ｏ ｌ ５ １ ０ Ｉ ｎ ９ ９ ６ 【 Ｉ Ｏ ５ ２
了 。故 实 际 wk.baidu.com 日光灯 电路 是 一 个 Ｒ、 Ｌ串 联 电 路 ， 等 效 电 路 如 图
２所 示 。
图 １ 日光 灯 电路 图
图 ３ 日光灯 功 率 因数提 高仿 真 电路 图 ２ 日光 灯 等 效 电路 图
其中ｒ 为镇 流 器 的等 效 损 耗 电阻 ， Ｌ为 镇 流 器 的等 效 电感 ， Ｒ 为灯 管 的等 效 负 载 电阻 。 日光 灯 的功 率 因数 较 低 ， 一般为不会超过 ０ ． ５ ， 为 了提 高 日 光 灯 电路 的功 率 因数 以达 到 节 约 能 源 的 目的 ， 我 们 通 常在 感 性
【 关键宇 】 功率因数 ； 日光灯； Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ ； Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ
０引 言
２日光 灯 功 率 因 数提 高仿 真 在 Ｍｕ ｈ ｉ ｓ ｉ ｍ 中 搭 建 如 图 ３所 示 的 电 路 ， 其 中信 号源 ｖ ｌ为 工 频 电压 源 ， 电 压 有 效值 ２ ２ ０ Ｖ ， 频率 ５ ０ Ｈ ｚ ， 初相 位 为 ０度 ； 可 变 电容 Ｃ １为 补 偿 电容 ； 从 基 本 元 件 库 中放 置 Ｌ ｌ ＝ １ ． １ Ｈ ， Ｒｌ ＝ ｌ ６ ０ Ｑ 用 来 等效 日光 灯 电路 。Ｘ ＷＨ１ 是 带 有 功 率 数测 量 功 能 的 功 率 表， 交 流 电流 表 Ｕ ｌ用 来 测 量 总 支 路 电 流 Ｉ ， 交流 电流表 Ｕ ２用 来 测 试 电 容 支 路 电流 Ｉ Ｃ ， 交流电流表 Ｕ ３用 来 测 试 日光灯 支 路 电流 Ｉ Ｌ ， 万用表 Ｘ Ｍ Ｍ１ 用 来 监 测 Ｈ光灯 两端 的 电压 。 同 时在 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 中创 建 如 图 ４所 示 的 表 格 ， 在 创 建 图 ４所 示 表格表头的过程中 ， 将 日光灯 功 率 数提 高环 节 中所 涉 及 到 的 有 关 的概 念利 用 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 公 式 中得 以再 现 ，让 学 生 在 测 试 相 关 实 验 数据 的过 程 中进 一 步 加 深 理解 。 在 图 ３中 ， 当开 关 Ｊ ２打 开 时 ， 补 偿 电容 为零 ， 既没有补偿 。 为 了 看到 补偿 电容 Ｃ１ 微 小 变 化 对 功 率 因 素 的 影 响 ， 通 过 双击 补 偿 电容 Ｃ １ ， 将其调节量 设置成每次± ｌ ％， 通 过 键 盘 大 写 字 母 Ａ来 增 大 或 减 小 （ ｓ ｈ ｉ ｆ ｔ ＋ Ａ ） 或 直 接 通 过 鼠标 拖 拽 改 变 电容 Ｃ １容 量。将对应数据记录于表 １ ， 随机调整补偿 电容 Ｃ １ 容量后 ， 记 录 对 应 的 各个 数据 如 图 ４所 示 。
Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 对 实验数 据分析处理 ， 再让 学生根据仿真分析和数据处理结果 ， 亲 自实际完成 实验操 作 学生在做 的过程 中深入地
理 解 了功 率 因数提 高 的相 关概 念 和 方 法 ， 提 高 了 实验 操 作 技 能 ， 培 养 学 生 的 学 习兴 趣 和 综 合 能 力 、
日光 灯 电路 主 要 由灯 管 、 镇 流 器 及 启辉 器 三 部 分 组 成 。 其 电路 图 如 图 １ 所 示。灯管在 工作时可认 为是一 个 电阻负载 Ｒ （ 约几百欧 左右） ， 镇流器 是一个交流 铁心线 圈， 可 等 效 为 一 个
较大 电感 （ 约几亨利左右） 的感性负载 ， 启辉器是一个充有 氖气 的并装 有双金属 片的玻璃泡 开关， 灯 亮后 ， 启 辉 器 就 不 起 作 用
闵 卫锋
（ １ 西安科技 大学 陕西 西安 ７ １ （ １ ０ ５ ４ ； ２杨凌职业技 术学院 陕西 杨凌 ７ １ ２ １ ０ ０ ）
【 摘 要】 日光灯功率因数提 高作为 电路基础课程教学 中的重点和难点， 因其涉及到相关概 念和计算 量较 多， 学生往 往难 以深入理解和 掌握 。笔者在该教 学环节 ， 将 Ｍｕ ｌ ｄ ｓ ｉ ｍ和 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 引入 其 中， 先采 用 Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ虚拟仿真 实验 的同时利用
在 当今 家 用 目光灯 照 明 电 路 中 ， 已被 广 泛 的 采 用 是 在 日 光 灯 两 端 并 联 合 适 的 电 容 来 有 效 的提 高 功 率 因 数 以达 到 有 效 节 约 能 源 的 目的 。而 在 电路 基 础 课 程 的 日光 灯 功 率 因 数 提 高 的 教 学环节中， 大 多 依然 采 用 教师 先 对 功 率 因数 提 高 问题 进 行 理 论
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基于 Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ和 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 的 日光灯 功率 因数提 高仿真分析
分析教学 ， 后 让学生在实验 室验证的教 学模式 ； 加之 其涉及 到
较多的概念和计算 ， 使其 成 为 教学 和 学 习 的 难 点 。笔 者 在 日光 灯 功 率 因 数 提 高 教 学 环 节 ，将 虚拟 仿 真 软 件 Ｍ ｕ ｈ ｉ ｓ ｉ ｍ和 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 两者有机结合使用 ， 让学 生在 轻 松 操 作 仿真 软 件 和 数 据 处 理 的 过程中， 加 深 了相 关 概 念 的理 解 ， 掌 握 了 实验 操 作技 能 。
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了 。故 实 际 wk.baidu.com 日光灯 电路 是 一 个 Ｒ、 Ｌ串 联 电 路 ， 等 效 电 路 如 图
２所 示 。
图 １ 日光 灯 电路 图
图 ３ 日光灯 功 率 因数提 高仿 真 电路 图 ２ 日光 灯 等 效 电路 图
其中ｒ 为镇 流 器 的等 效 损 耗 电阻 ， Ｌ为 镇 流 器 的等 效 电感 ， Ｒ 为灯 管 的等 效 负 载 电阻 。 日光 灯 的功 率 因数 较 低 ， 一般为不会超过 ０ ． ５ ， 为 了提 高 日 光 灯 电路 的功 率 因数 以达 到 节 约 能 源 的 目的 ， 我 们 通 常在 感 性
【 关键宇 】 功率因数 ； 日光灯； Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ ； Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ
０引 言
２日光 灯 功 率 因 数提 高仿 真 在 Ｍｕ ｈ ｉ ｓ ｉ ｍ 中 搭 建 如 图 ３所 示 的 电 路 ， 其 中信 号源 ｖ ｌ为 工 频 电压 源 ， 电 压 有 效值 ２ ２ ０ Ｖ ， 频率 ５ ０ Ｈ ｚ ， 初相 位 为 ０度 ； 可 变 电容 Ｃ １为 补 偿 电容 ； 从 基 本 元 件 库 中放 置 Ｌ ｌ ＝ １ ． １ Ｈ ， Ｒｌ ＝ ｌ ６ ０ Ｑ 用 来 等效 日光 灯 电路 。Ｘ ＷＨ１ 是 带 有 功 率 数测 量 功 能 的 功 率 表， 交 流 电流 表 Ｕ ｌ用 来 测 量 总 支 路 电 流 Ｉ ， 交流 电流表 Ｕ ２用 来 测 试 电 容 支 路 电流 Ｉ Ｃ ， 交流电流表 Ｕ ３用 来 测 试 日光灯 支 路 电流 Ｉ Ｌ ， 万用表 Ｘ Ｍ Ｍ１ 用 来 监 测 Ｈ光灯 两端 的 电压 。 同 时在 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 中创 建 如 图 ４所 示 的 表 格 ， 在 创 建 图 ４所 示 表格表头的过程中 ， 将 日光灯 功 率 数提 高环 节 中所 涉 及 到 的 有 关 的概 念利 用 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 公 式 中得 以再 现 ，让 学 生 在 测 试 相 关 实 验 数据 的过 程 中进 一 步 加 深 理解 。 在 图 ３中 ， 当开 关 Ｊ ２打 开 时 ， 补 偿 电容 为零 ， 既没有补偿 。 为 了 看到 补偿 电容 Ｃ１ 微 小 变 化 对 功 率 因 素 的 影 响 ， 通 过 双击 补 偿 电容 Ｃ １ ， 将其调节量 设置成每次± ｌ ％， 通 过 键 盘 大 写 字 母 Ａ来 增 大 或 减 小 （ ｓ ｈ ｉ ｆ ｔ ＋ Ａ ） 或 直 接 通 过 鼠标 拖 拽 改 变 电容 Ｃ １容 量。将对应数据记录于表 １ ， 随机调整补偿 电容 Ｃ １ 容量后 ， 记 录 对 应 的 各个 数据 如 图 ４所 示 。
Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 对 实验数 据分析处理 ， 再让 学生根据仿真分析和数据处理结果 ， 亲 自实际完成 实验操 作 学生在做 的过程 中深入地
理 解 了功 率 因数提 高 的相 关概 念 和 方 法 ， 提 高 了 实验 操 作 技 能 ， 培 养 学 生 的 学 习兴 趣 和 综 合 能 力 、