日光灯电路实验指导书

日光灯电路实验指导书 4.2 日光灯电路与功率因数提高 4.2.1 实验目的 1. 掌握日光灯电路的工作原理和电路连接方法。 2. 掌握功率因数补偿原理和电路测试方法。 4.2.2 实验预习 1. 预习日光灯电路的工作原理、功率因数补偿原理。 2. 熟悉电路的连接及测试方法。 4.2.3 日光灯电路的构成及其工作原理 1. 日光灯电路的组成(图4.2-1(a)所示) 日光灯电路是由日光灯管、启辉器(开关)、镇流器(电感器)及部分导线连接组成。 日光灯管是一根内壁均匀涂有荧光物质的细长玻璃管，管内充有稀薄的惰性气体(氩气)和水银蒸汽，在管的两端各有一段灯丝电极。 启辉器的构造如图4.2-2所示，在充满氖气的小玻璃泡里有两个电极，焊上了一对倒U字形的金属片。玻璃泡外并联一个纸质电容器，其作用是消除日光灯启辉时对周围通讯信号的干扰。 镇流器是一个带有铁心的电感线圈。 2. 日光灯电路的工作过程(大体可分为启辉前、启辉过程、启辉后共三个阶段) 启辉前:当日光灯电路加上220V交流电压后，由图4.2-1(a)可以看出电压全部加在灯管两端，同时也加在启辉器的两端电极上，此时 日光灯管亦不发亮。 启辉过程:启辉器的电极加上电压以后，泡内氖气在 电场作用下发生电离形成气体导电的离子流，随着电压的 升高离子流也不断增大，电流的增大伴随着泡内温度上升。 U字形的双金属片温度系数不同，当温度上升到一定程度 (此时电压约170V)，双金属片会弯曲接触短接，形成了 灯丝?启辉器?灯丝?镇流器一条电流回路。 灯丝短接后接触电阻很小，触点的热功率较快的下降 使得双金属片断开，也使得回路电流几乎为零。根据电感器di(镇流器)的特点e?L，电流的突变使电感器两端产 dt图 4.2-2 生的瞬时脉冲高压与220V电源叠加，共同加在灯管两端使灯管导通。 启辉后:两端灯管灯丝在启辉过程中所产生的热电子在强电场的作用下带动管内氩气运动并使其电离，形成了弧光放电过程。弧光放电过程使电流增大，温度上升，两端电压下降。温度上升使水银蒸汽游离并与氩气分子碰撞产生紫外线(人眼看不见)，紫外线打在灯管内壁的荧光物质上使其激发产生可见光。 由于镇流器是一个电感器件，它的阻抗限制了电流的继续增长，使日光灯电路的电流和灯管两端的电压稳定到一定的范围内(约90V左右)。这时并联在灯管两端的启辉器上的电压值远远低于它的启辉电压值，因此完成其工作使命。 日光灯工作时气体导电的阻抗特性是纯阻性状态，此时日光工作电路 (图4.2-1(b)所示)就相当于一个纯电阻器和电感器串联的形式。 3. 功率因数 直流电路的功率P?UI;交流电路的功率P?UIcos?;式中cos?称为功率因数，其值介于0与?1之间，日光灯电路的功率因数为0.5左右。 4. 功率因数降低的危害 (1)发电设备的容量不能充分利用P?UNINcos? 发电机发出的功率额定、发电机的输出的电压和电流不允许超过额定值，当cos??1时就使发电机发出的有功功率减小了。 (2)增加线路和发电机绕组的功率损耗?P?rI 负载上消耗的有功功率P?UIcos?，当P、U一定时，流过负载回路的电流2 ?P2?1P2I? ?P?rI???rU2??cos2? Ucos??? 如当cos?1?0.5与cos?2?1时相比较，?P1?4?P2。 4.2.4 功率因数的提高 提高功率因数，通常是根据负载性质在电路中接入适当的电抗元件，由于实际负载(电动机、变压器、日光灯)大多为感性，常用的方法就是在电感负载两端并联电容器(如图 4.2-3所示)。并联电容器之后，负载的状态未发生改变;总电路的电压与电流之间的相位差减小了，即cos?增大了，也就提高了电网的功率因数。由于并联电容器以后总线路电流减小了，因而也就减小了线路的损耗。 (过程参见图4.2-4) 图4.2-3 图 4.2-4 4.2.5 实验任务 1. 按图4.2-5接线，掌握日光灯电路的连接和工作过程。要求接线完成后，注意在检查合格才允许通电。 图4.2-5 2. 按表4.2-1给定的并联电容器要求完成实验，并把所测量的值填入表中。 表4.2-1 4.2.6 实验注意事项 1. 关断电源输出及调压器调零后再接线或拆线。 2. 电压表、电流表的正确连接及档位切换。 3. 接线完成后，要先经老师检查方可通电。 4.2.7 思考 1. 镇流器在电路工作中有哪几种作用, 2. 启辉器的工作原理是什么, 3. 为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总的电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变, 4. 提高线路功率因数为什么只用并联电容而不用串联法,所并电容值是否越大越好, 4.2.8 实验要求 1. 根据所测的U、I、P值，完成当C=0及C=4.7μF时总负载ZL、XL、RL值的计算。 2. 根据所测参数，画出C=0及C=4.7μF时的I、IC、IL矢 量图。 3. 说明改善电路功率因数的意义和方法。 4. 谈谈连接日光灯电路的体会。 4.2.9 实验仪器设备 1. DG09元件挂件 2. D32 数/模交流电流表挂件 3. D33交流电压表挂件 4. D34-3智能型功率、功率因数表挂件