日光燈電路功率因數(shù)的提高

實驗：日光燈電路功率因數(shù)的提高一、實驗目的:1．研究正弦穩(wěn)態(tài)交流電路中電壓、電流相量之間的關(guān)系。2.掌握日光燈線路的接線。3.理解改善電路功率因數(shù)的意義并掌握其方法。二、原理說明:1.日光燈線路日光燈電路由燈管、鎮(zhèn)流器及啟輝器三部分組成，線路如圖1所示。燈管在工作時可認為是一個電阻負載R。鎮(zhèn)流器是一個交流鐵心線圈，可等效為一個電感很大的感性負載（r、L串聯(lián)）。燈亮后，啟輝器就不起作用了。故實際上是一個R、L串聯(lián)電路，等效電路如圖2所示。有關(guān)日光燈的工作原理請自行翻閱有關(guān)資料。圖1日光燈電路圖2日光燈等效電路2.功率因數(shù)的提高電力系統(tǒng)中的大多數(shù)負載，如異步電動機、日光燈等都是感性負載，功率因數(shù)較低，對電力系統(tǒng)的運行不利。一是使電源設備的利用率減低，二是降低了輸電線路的輸電功率。也就是說，負載的有功功率一定時，有關(guān)系式I=P/UCosφ，可見，功率因數(shù)低，線路電流就大，輸電線路上的功率消耗I2r也就增大（r為線路等值電阻），使輸電功率降低。因此提高負載的功率因數(shù)有著重要的經(jīng)濟意義。提高功率因數(shù)即在不改變原負載工作狀態(tài)的條件下，設法減小線路電流。常用的方法是感性負載并聯(lián)電容補償，如圖3所示。圖3感性負載電路圖4相量圖在感性負載兩端并聯(lián)電容器后的相量圖如圖4所示。若忽略線路阻抗，并聯(lián)電容后并不改變原負載的工作狀況，但卻通過容性電流對感性電流的補償，提高了功率因數(shù)，降低了對電源輸出電流的要求，可增加一定容量電源的帶載能力。三、實驗設備:序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1交流電壓表0～450V1D332交流電流表０～5A1D323功率表1D344自耦調(diào)壓器1DG015鎮(zhèn)流器、啟輝器與30W燈管配用各1DG096日光燈燈管30W1屏內(nèi)7電容器1μF,2.2μF,4.7μF/500V各1DG098單相交流電源0～220V1四、實驗內(nèi)容:1.日光燈線路接線與測量。圖5按圖5接線。經(jīng)指導教師檢查后接通實驗臺電源，調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器的輸出，使其輸出電壓緩慢增大，直到日光燈剛啟輝點亮為止，記錄此時的U、UL、UA、I的值。然后將電壓調(diào)至220V，測量U，UL，UA、I等值，驗證電壓、電流相量關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)記入表1。表1測量數(shù)值計算值工作狀態(tài)I(A)U(V)UL(V)UA(V)P(W)Cosφ啟輝值正常工作值2.并聯(lián)電路──電路功率因數(shù)的改善。按圖6組成實驗線路。經(jīng)指導老師檢查后，接通實驗臺電源，將自耦調(diào)壓器的輸出調(diào)至220V，記錄功率表、電壓表讀數(shù)。通過一只電流表和三個電流插座分別測得三條支路的電流，改變電容值，進行三次重復測量。數(shù)據(jù)記入表2中。五、實驗注意事項:1.本實驗用交流市電220V，務必注意用電和人身安全。2.在接通電源前，應將自耦調(diào)壓器手柄置零位上。3.線路接線正確，日光燈不能啟輝時，應檢查啟輝器及其接觸是否良好。iic圖6表2電容值(μF)測量數(shù)值計算值U(V)I（A）IL(A)IC(A)UA(V)P(W)Cosφ12.24.7六、預習思考題:1.參閱課外資料，了解日光燈的啟輝原理。2.在日常生活中，當日光燈上缺少了啟輝器時，人們常用一根導線將啟輝器的兩端短接一下，然后迅速斷開，使日光燈點亮（DG09實驗掛箱上有短接按鈕，可用它代替啟輝器做一下試驗。）或用一只啟輝器去點亮多只同類型的日光燈，這是為什么？3.為了改善電路的功率因數(shù)，常在感性負載上并聯(lián)電容器，此時增加了一條電流支路，試問電路的總電流是增大還是減小，此時感性元件上的電流和功率是否改變？4.提高線路功率因數(shù)為什么只采用并聯(lián)電容器法，而不用串聯(lián)法？所并的電容器是否越大越好？七、實驗報告:1.完成數(shù)據(jù)表格中的計算，進行必要的誤差分析。