感性电路的测量及功率因数的提高

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1、实验3感性电路的测量及功率因数的提高一、实验目的1. 进一步熟悉日光灯电路的工作原理。2. 进一步理解交流电路中电压、电流的相量关系。3. 学习感性负载电路提高功率因数的方法。4. 学习交流电压表、电流表、功率表的使用。二、实验任务（建议学时：2学时）基本实验任务1. 正确连接日光灯电路并学习测量日光灯电路中的各项参数。2. 选择合适的实验电路，采取正确的实验方法，提高感性负载电路的功率因数。扩展实验任务1. 采用正确的实验方法排除日光灯电路的简单故障。三、实验器材（一）仪器仪表1交流电压表1台2.交流电流表1台3.单相功率表1台（或多功能电参数测试仪1台）（二）器材器件1. 日光灯电路板1套

2、2.电流插孔若干3. 电容器若干四、实验原理（一）基本实验任务1. 日光灯电路的组成及工作原理日光灯电路由日光灯管、镇流器、启动器及开关组成，如图3.1所示。-220V图3.1日光灯电路（1）日光灯管灯管是内壁涂有荧光粉的玻璃管，两端有钨丝，钨丝上涂有易发射电子的氧化物。玻璃 管抽成真空后充入一定量的氩气和少量水银，氩气具有使灯管易发光和保护电极延长灯管寿 命的作用。工作时灯管可认为是电阻性负载。（2）镇流器镇流器是一个具有铁心的线圈。在日光灯启动时，它和启辉器配合产生瞬间高压促使灯 管导通，管壁荧光粉发光。灯管发光后在电路中起限流作用。工作时镇流器是电感性负载。（3）启动器启动器的外壳是用铝

3、或塑料制成，壳内有一个充有氖气的小玻璃泡和一个纸质电容器， 玻璃泡内有两个电极，其中弯曲的触片是由热膨胀系数不同的双金属片（冷态常开触头）制 成。电容器作用是避免启动器触片断开时产生的火花将触片烧坏，也防止管内气体放电时产 生的电磁波辐射对收音机、电视机的干扰。（4）日光灯发光原理及启动过程在图2.7.1中当接通电源后，电源电压（220V）全部加在启动器静触片和双金属片两级 间，高压产生强电场使氖气放电（红色辉光），热量使双金属片伸直与静触片连接。电流经 镇流器、灯管两端灯丝及启辉器构成通路。灯丝流过电流被加热（温度可达80010000C） 后产生热电子发射，释放大量电子，致使管内氩气电离，水

4、银蒸发为水银蒸气，为灯管导通 创造了条件。由于启动器玻璃泡内两电极的接触，电场消失，使氖气停止放电。从而玻璃泡内温度下降，双金属片因冷却而恢复原来状态,致使启辉电路断开。此时，由于镇流器中的电流突变，在镇流器两端产生F一个很高的自感电动势，这个自感电动势和电源电压串联i1叠加后，加在灯管两端形成一个很强的电场，使管内水U丄(Rl 1银蒸气产生弧光放电，工作电路在弧光放电时产生的紫外，URL1线激发了灯管壁上的荧光粉使灯管发光。由于发出的光近lj XL I似日光故称为日光灯。在日光灯进入正常工作状态后，由L-fj于镇流器的作用加在启动器两级间的电压远小于电源电图3.2日光灯等效电路压，启动器不再

5、产生辉光放电，既处于冷态常开状态，而 处于正常工作状态。日光灯2. 感性负载并联电容器改善电路的功率因数日光灯工作时，灯管可以认为是一电阻负载，镇流器可以认为是一个电感量较大的感性 负载，两者串联构成一个R、L串联电路。日光灯工作时的整个电路可用图3.2等效串联电 路来表示。因电路中所消耗的功率：P = UI cos ，故测出P、U、I后，即可求出电路的 功率因数coj的数值。功率因数的高低反映了电源容量利用率的大小。电路功率因数低，说明电源容量没有被 充分利用。同时，无功电流在输电线路上造成无为的损耗。因此，提高电路的功率因数是电 力系统的重要课题。功率因数较低时，可并联适当容量的电容器来提

6、高电路的功率因数，并联了补偿电容器 C以后，原来的感性负载取用的无功功率中的一部分，将由补偿电容提供，这样由电源提 供的无功功率就减少了，电路的总电流i也会减小，从而使得感性电路的功率因数cos 9得 到提高。当功率因数等于l时，电路产生并联谐振，此时电路的总电流最小。若并联电容容 量过大，则产生过补偿。（二）扩展实验任务1日光灯的简单故障及排除（1）灯管连续闪烁，周期性地时暗时亮。这种故障一般是启动器中氖管使用日久老化 的结果，只要更换一只相同规格的启动器即可排除。（2）灯管两端发红而不能跳亮，一拿下启动器就能正常发光。这是启动器中小电容器 被击穿造成，也可能是启动器中双金属片与静触片粘在一

7、起不能复原，更换新启动器即可。（3）接通电源后，启动器氖灯和灯管两端均不发红，若各元件都是好的，这种故障可 能是断路或者接触不良（特别是灯管两端灯脚与灯座）造成的。轻轻旋动灯管、启动器，仔 细检查接线是否断开或者接错，再检查电源，一般情况下故障可排除。（4）如果在日光灯点亮前启辉器损坏，可采取下面的应急措施点亮日光灯。把启辉器 的两个线头互相短接一下，见到灯管两端见红时迅速断离，如果没有启辉，则再次短接，一 般在三五次内会启辉器。此方法适用于启辉器损坏的临时应急，或电压不足，或灯管老化等 情况。五、实验预习（一）基本实验任务1 预习日光灯的工作原理，启动过程。2如图5.1.7.2所示电路。写出

8、电路电流I与U，U，U 之间的关系式，并定性RRL画出相量图。3. 为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，若电容器大小合适（处于欠 补偿）。回答下列各量的是否改变？增大还是减小？（1）总电流（）；总功率（）；总功率因数（）；镇流器电流（）日光灯电路功率（）日光灯电路功率因数（）;电容支路电流（）灯管电压（ ）。4. 提高功率因数并联电容，并联的电容是否越大越好？为什么？（ ）。5在R、L串联与C并联的电路中，你准备如何求cos申值？cos 申=（二）扩展实验任务1. 电源开关合上，日光灯没有点亮，如何检查故障？2. 日光灯点亮后，启辉器还会有作用吗？3. 如果在日光灯点亮前启辉器损

9、坏，此时有何应急措施可以点亮日光灯?六、实验内容与步骤(一)基本实验任务1. 日光灯电路并联电容前的测量(1) 按图3.3接好线路，断开S2,合上电源开关S,接通电源，观察日光灯的启动过 程。(2) 测量日光灯电路的端电压U、灯管两端电压UR、镇流器两端电压URL、电路电流RRLI即日光灯电流IRL和电路总功率P、日光灯功率PR和镇流器功率PRL，并计算功率因数cosRLRRL将数据填入表3.1。表3.1日光灯电路数据记录UURLIPPRPRL计算COS申2. 日光灯电路并联电容后的测量镇流器 n日光灯灯管一URL5启动器图3.3日光灯并联电容电路(1)合上开关s2,将日光灯电路两端并联电容C

10、。逐渐加大电容量，每改变一次电容 量，都要测量端电压U、电路电流I、日光灯电流IRL电容器电流IC和电路总功率P。将测RLC量数据填入表3.2。表3.2感性负载并联电容数据记录电容测量数据计算“FU(V)1(A)Irl（A）Ic（A）P(W)cosM1233.74.75.76.7（2）在逐渐加大电容的过程中，总电流的变化规律是什么？（二）扩展实验内容及步骤实验时，不安装启动器，取两根导线分别接在图3.3启动器位置的两端，互相短接一下 两根导线，见到灯管两端见红时迅速断离，如果没有启辉，则再次短接，点亮日光灯。切勿 同时触摸到导线的两端，日光灯点亮后取下两根导线。七、实验注意事项1本实验用交流市

11、电220V，务必注意用电和人身安全。2功率表要正确接入电路。3线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查灯管及启辉器接触是否良好。4灯管一定要与镇流器串联后接到电源上，切勿将灯管直接接到220V电源上。5操作中要严格遵守先接线，后通电；先断电，后拆线的原则。八、实验报告要求1简述实验方案和步骤。2. 记录原始实验数据和理论计算数据。3. 由表3.2中计算出的功率因数cosq值分析，使日光灯电路功率因数改善效果最佳的 电容器容量值为多少？4. 画出并联电容C （欠补偿）后cosM直最大的一组数据的电流相量图，分析在感性负 载并联适当电容后为何可以提高功率因数。5并联电容前后测得P的大小不变，为什么？6.由实验说明提高功率因数有什么经济意义？7总结本次实验情况，写出此次实验的心得体会。包括实验中遇到的问题的处理方法和 结果。