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1、日光灯电路和功率因数提高(项目编号:061427-1)1、实验目的:(1)了解日光灯电路的工作原理,测量电路的元件参数。(2)了解提高功率因数的方法和意义。(3)学会使用功率因数表等测量仪表。2、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。US-.220V灯管镇流器 启辉器 图1 日光灯电路C+US-.图2 日光灯等效电路C+I.+-+U
2、LrUR.+-+rLUrUL.R.ILIC图3 启辉器的结构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
3、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6-1所示。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
4、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
5、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İL为参考相量,则电压、电流关系为U=Ur+UL+UR=İ(r+jXL+R)= İZ其相量图如图6-4所示。U图5 提高功率因数相量图.ILr.ICIjU.图4 日光灯电路相量图.UR.UrULr.ILUL3.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
6、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。3、实验仪器:TS-B型通用电工实验台,单元板4、仪器介绍:(1)空气开关电源开关兼做短路过载保护(2)电源输入指示灯(3)漏电保护开关一个带自动脱扣装置的四极断路器,当对地漏电流大于30mA时,保护开关自动脱扣,断开电路。保护开关上有一试验按钮,检验漏电开关时,按下此按钮电开关应自动脱扣,否则需检修。平时使用时,不要按动此钮。(4)电源输出指示指示灯分红、绿、黄三色,灯亮时表示三相电源已接通,各电源输出接口可以输出单
7、、三相电压。(5)三相螺旋熔断器(6)交流电压表指示输出线电压(7)电压转换开关与电压表配合使用,监视输出线电压的大小及对称情况。(8)三相四线制电源输出接插口(左侧组)(9)信号源提供脉冲源和正弦信号源(10)急停按钮此按钮是自锁式,遇有紧急情况发生,按下此按钮,切断总控制柜接触器线圈电路,切断总电源。按钮按下后即锁位,不会自动复位,只有当故障排除后,沿顺时针方向转动此按钮,方可复位。特别注意:正常使用时,不要按动此钮!(11)三相四线电源及地线输出接插口(右侧组)(12)带灯电源开关它是交、直流可调电源的开关(13)熔断器用以保护电压可调电源,2A保险管(14)电压调节旋钮此旋钮是500V
8、A单相自耦调压器的电压调节旋钮,用以提供可调的交流电压,与整流桥相接,可以提供可调的直流电压。(15)交流电压表用以监视可调交流电源的输出电压(16)实验台日光灯照明和实验转换开关,含启辉器(17)交流可调电源输出接插口实验屏:实验屏由实验单元板及铁铝结构的框架组成。框架由方钢管L型支架及三条带有滑道的铝型材经螺栓组合成,安放在铝型材滑道中的单元板上,上、下取用方便,位置移动滑快。5、实验内容:1、 熟悉仪器。2、 连接日光灯电路,同时接上测量仪器。 镇流器 日光灯管220V 启辉器 3、 检查无误后,接通电源,测量有关数据。4、 测量电源电压、灯管电压、整流器电压、各支路电流。5、 并联电容,观察功率因数的变化并记录数据数据表格如下电容 项目IIDICUUDULPPDcos=P/UI并联前(0)并联侯(4uF)实验中要注意:1、 不要暴露电线接头,以防触电。2、 电路连接要准确,以防烧坏仪器3、 测量时要注意电表的量程。 思考与讨论1、 UD和UL 的代数和为什么大于U?2、 并联电容后,总功率P是否变化?为什么?3、 为什么并联电容后总电流会减小?