1、實(shí)驗(yàn)六,日光燈電路設(shè)計(jì)及功率因數(shù)的提高 （設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、掌握提高功率因數(shù)的意義及其方法 2、深刻理解交流電路中電壓、電流的相量關(guān)系， 3、掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法。,二、設(shè)計(jì)要求,以日光燈電路作為感性負(fù)載，要求電路的功率因數(shù)由0.4左右提高到0.8左右。,三、設(shè)計(jì)提示,1、日光燈電路原理 日光燈電路如圖6.1所示，由燈管、鎮(zhèn)流器和啟動(dòng)器（啟輝器）三部分組成。燈管為一根均勻涂有熒光物質(zhì)的玻璃管，管內(nèi)充有少量水銀蒸汽和惰性氣體，燈管兩端裝有燈絲電極。鎮(zhèn)流器為一個(gè)鐵心線圈，其作用是日光燈起輝時(shí)，產(chǎn)生高壓將燈管點(diǎn)亮；在日光燈管工作時(shí)，限制電流。啟動(dòng)器是一個(gè)充有氖氣的玻璃泡并裝有兩個(gè)電極

2、（雙金屬片和定片）。燈管在工作時(shí)，可以認(rèn)為是一個(gè)電阻負(fù)載。鎮(zhèn)流器是一個(gè)鐵心線圈，可以認(rèn)為,圖6.1 原理圖 圖6.2 等效電路,是一個(gè)電感很大的感性負(fù)載。二者串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)RL串聯(lián)電路。當(dāng)接通電源后，啟輝器內(nèi)雙金屬片與定片之間的氣隙被擊穿，連續(xù)發(fā)生火花，使雙金屬片受熱伸張而與定片接觸于是燈管的燈絲接通。燈絲遇熱后發(fā)射電子，這時(shí)雙金屬片逐漸冷卻而與定片分開。鎮(zhèn)流器線圈因燈絲電路突然斷開而感應(yīng)出很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，它和電源電壓串聯(lián)加到燈管的兩端，使管內(nèi)氣體電離產(chǎn)生光放電而發(fā)光。這時(shí)，啟動(dòng)器則停止工作。電源電壓大部分降在鎮(zhèn)流器上，鎮(zhèn)流器起降壓限流作用，30W或40W的燈管點(diǎn)燃后的管壓降僅100V左右。,

3、鎮(zhèn)流器在工作時(shí)，它有兩部分功率的損耗，一部分是線圈電阻rCu的損耗： （銅耗）；另一部 分是鐵心損耗Pfe（鐵耗）。用等效電阻r的功率損耗代 替這兩部分損耗，即,則鎮(zhèn)流器的等效感抗：,L為等效電感， =2f 所以，就整個(gè)日光燈電路來講，可以用圖6.2的等效串聯(lián)電路來表示，其中R為燈管的等效電阻。 電路所消耗的功率為：,為電路的功率因數(shù)。上式又可以寫成：,因此，測(cè)出電路的電壓、電流和功率的數(shù)值后，即可求得電路的功率因數(shù) 之值。 功率因數(shù)較低的感性負(fù)載，并聯(lián)適量的電容器可以提高電路的功率因數(shù)。當(dāng)功率因數(shù)等于1時(shí)，電路呈現(xiàn)并聯(lián)諧振，這時(shí)，電路的總電流最小。 假定功率因數(shù)從 提高到 ，所需并聯(lián)電 容器

4、的電容值可按下式計(jì)算：,其中： P電路所消耗的功率(W)。,2、鎮(zhèn)流器的等效電路和等效電感,鎮(zhèn)流器是一個(gè)鐵心線圈，可用一個(gè)無鐵心的電感和電阻串聯(lián)成的電路來等效，如圖 2.16所示。所謂等效就是指這個(gè)電路中的功率和電流在相同的端電壓情況下分別與原有電路的功率和電流相等。根據(jù)這個(gè)原則，在日光燈電路正常工作時(shí)，用低功率因數(shù)的功率表測(cè)得鎮(zhèn)流器所消耗的功率也就是等效電阻所消耗的功率。若用電流表測(cè)得通過鎮(zhèn)流器的電流為I，則,其中：PL鎮(zhèn)流器所消耗的功率。 r 鎮(zhèn)流器的等效電阻。 于是：,用萬用表歐姆擋直接測(cè)得鎮(zhèn)流器線圈的電阻 rcu.則鎮(zhèn)流器的 銅耗為，鐵耗為 。 用萬用表測(cè)出鎮(zhèn)流器的端電壓UrL，則鎮(zhèn)流

5、器的等效電抗： 其等效電感為 ,其中 。,3、參考實(shí)驗(yàn)儀器與器材 通用電學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、交流毫伏表、交流電流表、低功率因數(shù)表、數(shù)字萬用表、鎮(zhèn)流器、燈管、啟輝器、電容器若干。,四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng),1、正確使用儀表，注意儀表的量程； 2、鎮(zhèn)流器不能短路，否則將導(dǎo)致燈管損壞； 3、安全用電，接通電源后，手切勿接觸金屬裸露部分。 4、實(shí)驗(yàn)線路設(shè)計(jì)完后，需經(jīng)老師檢查同意，才能實(shí)驗(yàn)。,五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求,1、畫出具體實(shí)驗(yàn)線路和記錄表格，計(jì)算相應(yīng)的元件參數(shù)，擬出實(shí)驗(yàn)步驟； 2、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)算出日光燈電路的功率因數(shù) 、等效電抗X、鎮(zhèn)流器的等效電阻R及等效電感L值、鎮(zhèn)流器的鐵耗和銅耗； 3、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)的誤差進(jìn)行分析。,六、實(shí)驗(yàn)思考與總結(jié),1、提高接有感性負(fù)載的線路的功率因數(shù)能否改變感性負(fù)載本身的功率因數(shù)？為什么？ 2、在感性負(fù)載的電路中串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙菀嗄芨淖冸娏髋c電壓之間的相位差，但為什么不串聯(lián)電容的方法來提高功率因數(shù)？, 說明 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，用日