..實驗4.7日光燈電路與功率因數(shù)的提高實驗?zāi)康?．熟悉日光燈的接線方法。2．掌握在感性負載上并聯(lián)電容器以提高電路功率因數(shù)的原理。圖4-7圖4-7相線u1中性線RRL,L~380V1電容器組I*IU*UW.1基本實驗1．完成因無補償電容和不同的補償電容時電路中相關(guān)支路的電壓、電流以及電路的功率、功率因數(shù)的測量和電路的總功率因數(shù)曲線cosθ′=f<C>的測量。并測出將電路的總功率因數(shù)提高到最大值時所需補償電容器的電容值。<日光燈燈管額定電壓為220V,額定功率30W。>2．完成圖4-7-1所示點亮日光燈時所需電壓U點亮和日光燈熄滅時電壓U熄滅的測量。3．定量畫出電路的相量圖。完成鎮(zhèn)流器的等效參數(shù)RL、L的計算。.2擴展實驗保持U=220V不變,當(dāng)電路并聯(lián)最佳電容器后使得總功率因數(shù)達到最大時,在電容器組兩端并入20W燈泡,通過并入燈泡的個數(shù),使得總電流I與無并聯(lián)電容時的I值大致相同,記錄此時I、IC、IL、P以及流入燈泡的電流值。實驗設(shè)備1．三相自耦調(diào)壓器一套2.燈管一套3．鎮(zhèn)流器一只4.起輝器一只5.單相智能型數(shù)字功率表一只6.電容器組/500V一套7.電流插座三付8.粗導(dǎo)線電流插頭一付9.交流電壓表<0~500V>或數(shù)字萬用表一只10．交流電流表<0~5A>11．粗導(dǎo)線若干圖4-7圖4-7-2～220V燈管鎮(zhèn)流器RL、L啟輝器1．日光燈電路組成日光燈電路主要有燈管、啟輝器和鎮(zhèn)流器組成。聯(lián)接關(guān)系如圖4-7-2所示。2．日光燈工作原理接通電源后,啟輝器內(nèi)固定電極、可動電極間的氖氣發(fā)生輝光放電,使可動電極的雙金屬片因受熱膨脹而與固定電極接觸,內(nèi)壁涂有熒光粉的真空燈管里的燈絲預(yù)熱并發(fā)射電子。啟輝器接通后輝光放電停止,雙金屬片冷縮與固定電極斷開,此時鎮(zhèn)流器將感應(yīng)出瞬時高電壓加于燈管兩端,使燈管內(nèi)的惰性氣體電離而引起弧光放電,產(chǎn)生大量紫外線,燈管內(nèi)壁的熒光粉吸收紫外線后,輻射出可見光,發(fā)光后日光燈兩端電壓急劇下降,下降到一定值,如40W日光燈下降到110V左右開始穩(wěn)定工作。啟輝器因在110V電壓下無法接通工作而斷開。啟輝器在電路啟動過程中相當(dāng)于一個點動開關(guān)。─電源電壓─日光燈支路電流─補償后電路總電流─電容支路電流θ─補償前電路的電壓與電流間相位角─補償后電路的電壓與電流間相位角當(dāng)日光燈正常工作后,可看成由日光燈管和鎮(zhèn)流器串聯(lián)的電路,電源電壓按比例分配。鎮(zhèn)流器對燈管起分壓和限流作用。燈管相當(dāng)于一個電阻元件,而鎮(zhèn)流器是一個具有鐵心的電感線圈,但它不是純電感,我們可把它看成一個RL、L串聯(lián)的感性負載,電流為。設(shè)日光燈電路兩端電壓的相位超前于日光燈電路電流─電源電壓─日光燈支路電流─補償后電路總電流─電容支路電流θ─補償前電路的電壓與電流間相位角─補償后電路的電壓與電流間相位角θ圖θ圖4-7-33．提高功率因數(shù)的目的為了減少電能浪費,提高電路的傳輸效率和電源的利用率,須提高電源的功率因數(shù)。提高感性負載功率因數(shù)的方法之一,就是在感性負載兩端并聯(lián)適當(dāng)?shù)难a償電容,以供給感性負載所需的部分無功功率。并聯(lián)電容器后,電路兩端的電壓與總電流<>的相位差為,相應(yīng)的向量圖如圖4-7-3所示。由圖可見,補償后的cos＞cosθ,即功率因數(shù)得到了提高。由圖4-7-3可得IC=ILsinθ-Isin=sin-sinθ=<tanθ-tan>又因IC==UωC所以UωC=<tanθ-tan>由此得出補償電容C的大小可按下式計算：〔4-7-14-7-1式中P─有功功率〔W；ω─電角度<rad/s>,ω=2πf<f=50Hz>。4．在日光燈實驗中,由于燈管內(nèi)的氣體放電電流不是正弦波,且在一周期內(nèi)形成不連續(xù)的兩次放電。所測量的有功功率應(yīng)是50Hz基波電流與同頻率的電源電壓的乘積。所以在正弦波的電壓與非正弦波的電流的電路中,因高次諧波電流的存在,功率因數(shù)只能小于1,而不能達到1。所以我們可利用式4-7-1來計算理論上cos=1時所對應(yīng)的補償電容值。4．過補償現(xiàn)象。從圖4-7-3看出,隨著并聯(lián)電容不斷地增加,電容電流IC也隨之增大,使得||逐漸變小,過0后,又逐漸變大,此后電容越大,功率因數(shù)反而下降,此現(xiàn)象就稱為過補償。在過補償?shù)那闆r下,系統(tǒng)中由感性轉(zhuǎn)變?yōu)槿菪?。出現(xiàn)容性的無功電流,不僅達不到補償?shù)念A(yù)期效果,反而會使配電線路各項損耗增加,在工程應(yīng)用中,應(yīng)避免過補償。預(yù)習(xí)提示1．日光燈電路的工作原理是怎樣的？2．日光燈電路的性質(zhì)是阻性、感性還是容性？3．為什么要提高電路的功率因數(shù)？4．怎樣根據(jù)實測值來計算當(dāng)cosθ′=1時,補償電容C的值？5．忽略電網(wǎng)電壓波動,當(dāng)改變電容時,功率表的讀數(shù)和日光燈支路的電流IL是否變化？請分別說明原因。實驗步驟1．檢測功率表和日光燈熔斷器的通斷情況。用萬用表的二極管檔,判斷單相交流功率表〔以下簡稱功率表的電流線圈中的熔斷器以及燈管的熔斷器導(dǎo)通情況。2．按圖4-7-1所示電路聯(lián)接線路。將功率表標有"I*"的電流線圈與標有"U*"電壓線圈同名端短接,并與三相自耦調(diào)壓器的輸出端某個相線相聯(lián)。按照先串聯(lián)回路聯(lián)接,后并聯(lián)回路聯(lián)接的原則接線,將標有"U"電壓線圈與中性線N相聯(lián)。〔有功功率的概念及功率表的使用說明參見《實驗4.6電感線圈參數(shù)測量》。并將燈管、啟輝器、鎮(zhèn)流器和電容器組按圖接入電路。將各電容器組的開關(guān)斷開。3．完成因無補償電容和不同的補償電容時電路的電壓、電流以及電路的功率、功率因數(shù)的測量和電路的總功率因數(shù)曲線cosθ′=f<C>的測量。并測出將電路的總功率因數(shù)提高到最大值時所需補償電容器的電容值。<日光燈額定電壓為220V,額定功率30W>〔1按"開機操作"程序進行操作。檢查線路無誤后,緩慢轉(zhuǎn)動三相自耦調(diào)壓器同軸旋鈕,將三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓調(diào)高至交流電壓表有效值示數(shù)為日光燈額定電壓220V。保持三相自耦調(diào)壓器輸出電壓220V不變,通過開關(guān)控制接入不同的電容,測量相關(guān)數(shù)據(jù)并記錄于表4-7-1中。注意：在接入不同的電容時,隨著總功率因數(shù)變化,不要遺漏電路的總功率因數(shù)提高到最大值時所需補償電容器的電容值的測量?！?將三相自耦調(diào)壓器調(diào)至零。表4-7-1提高感性負載電路的功率因數(shù)測試C/μFU/VUR/VUL/VI/AIL/AIC/AP/Wcos電路性質(zhì)022012.23.24.75.76.97.98.99.410.4U點亮=VU熄滅=V4．完成圖4-7-1所示點亮日光燈時所需電壓U點亮和日光燈熄滅時電壓U熄滅的測量。〔1斷開所有的電容開關(guān)。緩慢轉(zhuǎn)動三相自耦調(diào)壓器,當(dāng)調(diào)至日光燈管剛剛點亮?xí)r,停止調(diào)壓。用交流電壓表測量此時調(diào)壓器輸出電壓有效值,該電壓即為日光燈的最低啟輝電壓U點亮。將該數(shù)據(jù)記錄于表4-7-1中。〔2繼續(xù)轉(zhuǎn)動三相自耦調(diào)壓器同軸旋鈕,將其輸出電壓調(diào)高至交流電壓表有效值示數(shù)為220V。然后緩慢轉(zhuǎn)動三相自耦調(diào)壓器同軸旋鈕,降低其輸出電壓,當(dāng)調(diào)至日光燈管剛剛熄滅時,停止調(diào)壓,用交流電壓表測量此時三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓有效值,記錄于表4-7-1中?！?將三相自耦調(diào)壓器調(diào)至零,并按下紅色"停止"按鈕,紅燈亮,綠燈滅。拆除線路。將鑰匙式總開關(guān)置于"關(guān)"位置,此時紅色按鈕滅。實驗結(jié)束。畫出cos=f<C>曲線。〔注意繪制cos=f<C>曲線時,由于受裝置的限制,實驗時調(diào)不到cos=1,但仍需將cos=1的這點虛擬畫出?！?參考《實驗4.5簡單交流電路》等效參數(shù)R1、L1的計算法,完成鎮(zhèn)流器的等效參數(shù)RL、L值的計算。5.實驗的注意事項：〔1線路接線正確,但日光燈不能啟輝時,應(yīng)檢查啟輝器接觸是否良好。〔2在接入不同的電容時,不要遺漏電路的總功率因數(shù)提高到最大值時所需補償電容器的電容值的測量?！?本實驗是強電實驗,務(wù)必注意用電和人身安全。供電電源從相線和零線引出。每一次實驗電路測試完畢后,在三相自耦調(diào)壓器調(diào)至零的前提下方可斷開電源開關(guān),然后進行拆線或接線。報告要求1.畫出實驗電路與表格,簡要寫出電路原理和實驗步驟。2．完成任務(wù)1中日光燈在額定電壓下,電容從0～10.4μF之間變化時表4-7-1實測記錄和總功率因數(shù)提高到最大值<cosmax>時所需補償電容器的電容值的實測記錄3．完成任務(wù)2的日光燈的最低啟輝電壓U點亮和熄滅時電壓U熄滅的記錄。4.根據(jù)測試數(shù)據(jù),畫出cos=f<C>曲線。由于受裝置的限制,實驗時調(diào)不到cos=1,在根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制cos=f<C>曲線時,仍需將cos=1的這點虛擬畫出。將相關(guān)的實測數(shù)據(jù)代入公式4-7-1,計算cos=1時補償電容的理論值。并將cos=1時補償電容的理論值與cos=f<C>曲線cos=1的虛擬點對應(yīng)的補償電容值進行誤差計算。5．定量畫出電路的相量圖。6．完成任務(wù)3鎮(zhèn)流器的等效參數(shù)RL、L的計算。7．根據(jù)測試結(jié)果,得出日