【模电实验】日光灯电路及功率因数的提高
实验4 日光灯电路及功率因数的提高
一、实验目的
1.理解提高功率因数的意义并掌握其方法。
2.掌握日光灯电路的联接。
二、原理说明
日光灯电路结构及工作原理
日光灯电路如图4-1所示,日光灯由灯管、镇流器和启辉器三部分组成。
(1)灯管。灯管是一根内壁涂有荧光物质的玻璃管,在管的两端各装一组灯丝电极,电极上涂有受热后易发射电子的氧化物,管内抽真空后注入微量惰性气体和汞。
灯管可近似认为是一个电阻元件。
(2)镇流器。镇流器是一个带有铁心的电感线圈。电路接通过程产生高压点燃灯管,启动后可限制灯管电流。
(3)启辉器。启辉器俗称跳泡,在充气的玻璃泡内装有两个电极,一个为固定电极,一个为双金属片制成的可动电极。启动过程中,通过可动电极的变形与复位,使两电极接通然后分离,相当于一个自动开关。
(4)日光灯工作过程。当接通电源时,日光灯尚未工作,电源电压全部加在启辉器上,使启辉器内气体放电,导致双金属可动电极变形从而两电极接通。此时,镇流器、灯管两组灯丝、启辉器通有电流,此电流加热灯丝为日光灯启辉创造条件。两电极接通后,启辉器内停止放电,可动电极冷却到一定程度后收缩复位,把刚才接通的电路突然切断。电路切断的一瞬间,镇流器两端产生一个较大的自感电压,此自感电压与电源电压叠加作用于灯管,使灯管放电导通。灯管导通后,镇流器起限流作用,维持灯管两端一稳定的电压,此电压低于启辉器的启辉电压,启辉器不再动作,日光灯正常工作。
日光灯属电感性负载。日光灯工作时,不仅从电源吸收有功,还要吸收无功,且电路的功率因数较低。为提高功率因数,可并联电容器C,当并联的电容C值合适时,可使电路的总功率因数提高到1,如果并联电容C值过大,将引起过补偿而使整个电路成为电容性电路。
图4-1日光灯电路
三、实验内容
1.日光灯电路的联接及其测量
(1)检查日光灯管、镇流器和启动器的结构、规格。
(2)在电源关断的情况下,按图4-1所示联接日光灯电路(注意:在需串联电流表的位置,接线时以电流插口代替)。
(3)经指导教师检查线路无误后合上电源,使日光灯起辉工作。
(4)断开电容,测量电源电压U、镇流器两端电压UL、灯管两端电压UD、总电流I及总功率P。根据测量结果计算线路总阻抗|Z|、总电阻R、总功率因数cosj 等有关参数。将测量与计算结果一并记录于表4-1中。
表4-1
测量值 |
计算值 |
||||||||||
U(V) |
UL(V) |
U灯管(V) |
I(mA) |
P(W) |
Q(var) |
S(VA) |
cosj |
j |
|Z|(W) |
R(W) |
L(H) |
(5)在并联电容C的情况下,通过改变电容C值的大小,观察并测量总电流I、总有功功率P, 总无功功率Q, 总视在功率S, 总阻抗角j 和总功率因数cosj 。以及电容电流IC、灯管支路电流ID,将测量数据记录于表4-2中。测量时,观察一下总电流的变化规律,找到其中最小的一点(谐振点)。
2.渐加大电容容量过程中,注意观察并联谐振现象,并找到谐振点。
表4-2
C (mF) |
0 |
1 |
2 |
3 |
3.7 |
4.7 |
5.7 |
6.7 |
I (mA) |
||||||||
U |
||||||||
P(有功) |
||||||||
Q(无功) |
||||||||
S (视在) |
||||||||
j(阻抗角) |
||||||||
cosj(功率因数) |
||||||||
IC (mA) |
||||||||
ID (mA) |
五、实验注意事项
1.本实验用交流电220V,务必注意用电安全。
2.日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。
3.测量功率时,要注意正确读数和换算。
六、预习思考题
1.预习感性负载提高功率因数的有关理论知识,明确欠补偿、完全补偿和过补偿的概念。
2.并联电容提高cosφ时,电容的选择应考虑哪些原则?
3.并联电容后,单相功率表有何变化?为什么?
七、实验报告要求
1.根据表1测量数据,画各电压、电流相量图。
2.根据表2测量数据,画I=f (C) , IC=f (C) ,Q=f (C), cosj=f (C)曲线,并解释现象。
3.说明电容C改变时,对灯管支路的电流和灯管支路的功率因数有无影响?
4.用相量图说明,并联电容C过多时,将产生什么后果?
参考数据:
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