[精品]日光灯电路及功率因数的提高

[精品]日光灯电路及功率因数的提高 实验六 日光灯电路及功率因数的提高 一、实验目的 1.验证单相交流电路中的电流、电压和功率关系的理论 2.了解日光灯电路的组成工作原理和安装方法 3.了解用电容器改善功率因数的方法和意义 4.学习功率表的使用方法。 二、实验原理 电力系统中的负载大部分是感性负载其功率因数较低为提高电源的利用率和减少供电线路的损耗往往采用在感性负载两端并联电容器的方法来进行无功补偿以提高线路的功率因数。日光灯电路为感性负载其功率因数一般在0.30.4左右在本实验中利用日光灯电路来模拟实际的感性负载观察交流电路的各种现象。 1.日光灯的工作原理 如图6-1所示日光灯电路由荧光灯管、镇流器和启辉器三部分组成 1灯管日光灯管是一根玻璃管它的内壁均匀地涂有一层薄薄的荧光粉灯管两端各有一个阳极和一根灯丝。灯丝由钨丝制成其作用是发射电子。阳极是两根镍丝焊在灯丝上与灯丝具有相同的电位其主要作用是当它具有正电位时吸收部分电子以减少电子对灯丝的撞击。此外它还具有帮助灯管点燃的作用。 灯管内还充有惰性气体如氮气与水银蒸汽。由于有水银蒸汽当管内产生辉光放电时就会放射紫外线。这些紫外线照射到荧光粉上就会发出可见光。 2镇流器它是绕在硅钢片铁芯上的电感线圈在电路上与灯管相串联。其作用为在日光灯启动时产生足够的自感电势使灯管内的气体放电在日光灯正常工作时限制灯管电流。不同功率的灯管应配以相应的镇流器。 3启辉器它是一个小型的辉光管管内充有惰性气体并装有两个电极一个是固定电极一个是倒“U”形的可动电极如图6-3所示。两电极上都焊接有触头。倒“U”形可动电极由热膨胀系数不 -1所同的两种金属片制成。 点燃过程日光灯管、镇流器和启辉器的联接电路如图6示。刚接通电源时灯管内气体尚未放电电源电压全部加在启辉器上使它产生辉光放电并发热倒“U”形的金属片受热膨胀由于内层金属的热膨胀系数大双金属片受热后趋于伸直使金属片上的触点闭合将电路接通。电流通过灯管两端的灯丝灯丝受热后发射电子而当启辉器的触点闭合后两电极间的电压降为零辉光放电停止双金属片经冷却后恢复原来位置两触点重新分开。为了避免启辉器断开时产生火花将触点烧毁通常在两电极间并联一只极小的电容器。 在双金属片冷却后触点断开瞬间镇流器两端产生相当高的自感电势这个自感电势与电源电压一起加到灯管两端使灯管发生弧光放电弧光放电所放射的紫外线照射到灯管的荧光 粉上就发出可见光。 灯管点亮后较高的电压降落在镇流器上灯管电压只有100V左右这个较低的电压不足以使启辉器放电因此它的触点不能闭合。这时日光灯电路因有镇流器的存在形成一个功率因数很低的感性电路。日光灯电路的等效电路如图6-2所示。 2.日光灯电路原理分析 日光灯电路可以看成R、L串联的感性电路见图6-2。以电流??L为参考相量则电压、电流关系为 UUrULUR??rjXLR ??Z 其相量图如图6-4所示。 图6-3 启辉器的结构 U S - . 220V 灯管 镇 流 器 启辉 器 图6-1 日光灯电路 C U S - . 图6-2 日光灯等效电路 C I . . - - ULr UR . . - - r L Ur UL . R . . IL IC 3.功率因数的提高 如果负载功率因数低日光灯电路的功率因数在0.30.4一是电源利用率不高二是供电线路损耗加大因此供电部门规定当负载或单位供电的功率因数低于0.85时必须对其进行改善和提高。 提高功率因数的方法除改善负载本身的工作状态、设计合理外由于工业负载基本都是感性负载因此常用的方法是在负载两端并联电容器组接线方法如图6-1补偿无功功率以提高线路的功率因数。功率因数提高的原理如图6-5所示。 三、实验与要求 根据实验室提供的实验设备完成以下实验内容的设计 1. 设计一个日光灯的照明电路测试电路中的各参量的数据并在表3-1中。根据测量数据 了解交流电路中各部分电压和电流之间的相量关系。要求有电流表的地方全用电流插孔盒联接。 表6-1 物理量 U UR ULr I ILr IC P PLr PC 测 值 2.在1内容基础上设计一个利用并联电容来提高功率因数的电路记录各部分电流、电压和功率测量结果的实验数据于表6-2中。电容变化范围为115μF要求选择至少七个不同的电容值来观察电路中各个物理量的变化并与实验内容1的数据进行比较与分析了解并联交流电路中电压和电流及各部分电压之间的相量关系。 表6-2 U UR ULr I ILr IC P PLr PC 并C前 C1F C2F C4F C C 3.在内容2基础上测量日光灯管、镇流器、电容器及整个电路的功率设计实验测试电路中的各参量的数据并记录在表3-3中。 表6-3 物理量 P PLr PC PR 测 值 四、实验设备 实验室提供实验用单相交流电源电压为220V。 实验室可提供的设备见表6-4。 表6-4 设备与仪表名称 规格与型号 数量 日光灯管 220V40W 1支 镇流器 40W 1个 启辉器 40W 1个 U . 图6-4 日光灯电路相量图 . . UR . Ur ULr . . IL UL U 图6-5 提高功率因数相量图 . . ILr . . IC I 电容器 1μF2μF 4个 交流电流表 T510-500mA-1000mA 1块 交流电压表 T510-600V 1块 功率表 五、实验要求 1.实验题目、目的、内容包括设计的实验电路D51600V1A 1块 和实验数据表格 2.整理测试数据填入各个表格中 3.回答思考题。 六、 1.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 2.日光灯启动时起动电流很大为防止过大起动电流损坏电流表电流表不能直接联接在电路中。实验时用电流插孔盒替代电流表接入电路日光灯亮后再接入电压表与电流表进 测功率时分清功率表的电压线圈和电流线圈。电压线圈要并联在被测电行测量。 3. 路两端而电流线圈要接电流插头测量时把插头插在被测功率的线路中串接的电流插孔盒中。 4.在做功率因数提高实验时仔细观察电路总电流的变化规律作好记录。 七、思考题 1.把电容器与R-L电路并联可改善负载的功率因数如果把电容器与R-L电路串联起来能否改善负载功率因数为什么实际中能否采用为什么 2.在做功率因数提高实验时随着电容器容量的不断增加电路总电流的变化规律为由大变小再变大分析原因。 3.由实验说明提高功率因数的意义。 4.分析电路的功率平衡关系。