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：
