实验六日光灯电路接线及功率因数提高

实验六

日光灯电路的接线及功率因数提升

一、目的要求 1．练习使用功率表。

2．学习日光灯电路的接线，并认识各元件的作用。 3．认识提升功率因数的意义和方法。 二、实验原理与方法 1．日光灯电路及各元件作用

日光灯电路见图 1 所示。它是由日光灯管、镇流器、启辉器和开关构成。

日光灯电路

图 1

（ 1）日光灯管 灯管两端引脚插入灯头的金属插孔， 灯管引脚在灯管两端各有一对，

灯管内抽真空后充

对外连接交流电源， 对内安装有灯丝， 灯丝在交流电源作用下发射电子。 入少许的汞蒸汽和少许的惰性气体， 和帮助灯管启动。

（ 2）镇流器

比方氩、 氪、氖等。惰性气体的作用是减少阴极的蒸发

镇流器是电感量较大的死心线圈，它串通在灯管和电源之间，有单绕

组的，也有双绕组的。不论哪一种结构的镇流器，都是配合启辉器产生瞬时高压使灯管发光。 在灯管正常发光后又能起到限制灯管电流的作用。

（ 3）启辉器

启辉器内有电容器（约

启辉器底座上固定有两个螺帽形电极，

使用时将其插钮在启辉器座上。

μ F）并联在玻璃泡两极，玻璃泡内装膨胀系数不一样的 U 减

形双金属片， 其内部充入惰性气体。 并联电容器可减弱日光灯启动时产生的无线电辐射， 小对周边无线电音频、视频设备的搅乱。

2．日光灯工作原理

合上电源开关后，电压先加在启辉器的两个电极上，启辉器在进行辉光放电时产生大 量的热。 U 形双金属片受热膨胀变形，将启辉器的两电极接通，此时电流通路见图

所示。在此电流作用下，一方面灯丝被加热，发射大批电子。另一方面，启辉器两个电极闭 合后， 辉光放电消逝，电极很快冷却，双金属片恢复原始状态而以致电极断开，这段时间实 际是灯丝预热过程，一般日光灯约需

0.5 秒 ~2 秒。

很高的感觉电压（约

当启辉器中电极忽然切断灯丝预热回路时，镇流器上产生

2（ a）

800~1500V ），叠加在电源电压上，使得灯管两端获取很高的电压，迫使日光灯进入发光工 作状态。假如启辉器经过一次闭合、断开，日光灯管依旧不可以点亮，启辉器又二次、三次重复上述动作，直至点亮日光灯为止。

灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生很大电压降，使灯管两端电压迅速降低，

当其小于启辉器的启动电压， 启辉器不再动作， 灯管正常发光， 此时电路电流通路如图 2（ b）所示。

（a）灯丝预热时

（b）灯丝点燃后

图 2

日光灯的电流通路

3．并联电容提升功率因数

对于一般的感性负载，可以经过并联适合电容的方法来提升整个电路的功率因数。日光灯电路因为其拥有镇流器的原由，因此是一个功率因数较低的电感性负载，一般状况下 cos 约为。并联不一样容量的电容器，可以改进日光灯电路的功率因数，并联电容器提升 功率因数的电路图和相量图如图

3 所示。图中 L、R 等效为镇流器， R 等效为灯管。

（a）电路图

（b）相量图

图 3

日光灯并联电容前后电路图和相量图

由相量图可见并联电容器前，日光灯电路功率因数为

cos

RL

P

I RLU

式中

P 为日光灯支路有功功率； IR L 为日光灯支路电流； U 为电路总电压。

并联电容器此后，整个电路功率因数为

cos

P

IU

式中 P 为整个电路有功功率； I

为整个电路总电流；

〈

R L ），整个电路所需的一

U 为电路总电压。

并联电容器功率因数提升后，其功率因数角减少（

部分无功电流重量由电容器供给，从而提升了整个电路的功率因数。

三、实验仪器表与设备 1．单相功率表 2．单相功率因数表

1 只 1 只

3．交流电流表 4．交流电压表 5．电容箱 6．日光灯实验板

1 只 1 只 1 只 1 块 2 只

7．开关

四、实验内容与步骤 1．组装日光灯电路

按图 4 接线（也可先连接电流表、电压表、功率表、功率因数表、电容器和开关 S2， 待需丈量电路数据时再插入） 。在合上电源开关 S1 前，检查开关 S2 应闭合，防范日光灯较大的启动电流冲击功率表和电流表。电容器箱开关所有打开，不要并联电容器在电路上。

图 4 日光灯并联电容器电路

开关 S1 闭合，日光灯应能正常发光，假如不可以正常发光，应仔细检查电路连接能否

正确，也可参照本实验附表 3 进行故障消除。

2．并联电容器提升功率因数

在日光灯能正常发光的基础上，对日光灯（没有并联电容器）电路功率因数进行丈量 和计算。断开 S2，读取功率因数表、电流表、功率表、电压表数值记录于表

1 中。

接入电容器，逐次增添电容量，读取功率因数表、电流表、功率表、电压表的数值， 记录于表 1 中。

改变不一样电容器值，重复丈量记录功率因数、电流、功率和电压数值记录于表

1 中。

表 1 测

电容量

U

并联电容器提升功率因数实验数据

量

值

Pcos RL/

计算值

I RL

/ I

cos cos

RL / cos

0

五、注意事项

一般功率表是按 cos =1 来刻度的，假如负载的小没法读数，并且偏差也大，所以要用低功率因数功率（

cos 很低，一般功率表指针偏转角太

cos =0.1 或）表进行丈量，它

可以丈量小功率，接线和一般功率表相同。

1．功率因数表

功率因数表也称为相位表，它可以测出负载的功率因数，也可以丈量交流电路中电压 和电流的相位差。 功率因数表的接线方法与功率表相同。

使用时要注意它的电压、

电流额定

值。

2．电容箱

电容器在实验前应处于断开状态，依据实验状况逐渐增大并联电容值。电容箱中电容器的耐压要吻合要求。

3．日光灯线路连接要正确，防范损坏灯管。 六、实验报告要求

1．在依据图 4 所示线路安装时，若发现问题，填入表

表 2

2 中。

组装日光灯电路故障原由及消除方法

序 号

故障现象 原 因 排 除 方 法

1

2

3

4

2．依据实验数据进行计算与解析 3．回答以下思虑题：

（ 1）日光灯正常发光后，能否拆掉启辉器？为何？

（ 2）感性负载并联电容器为何能提升功率因数？并联电阻能否提升功率因数？ （ 3）日光灯并联电容器后其自己的功率因数能否获取提升？

附：

表 3

障

原

日光灯的常有故障及其消除方法

因

序 号

故

排 检查线路

除

方

法 电源电压过低 镇流器不合格

灯管和启辉器

1

换合格的镇流器

都不亮 接线错误、断线或接触不良 灯丝断

纠正接线、维修断线处，更正接触簧片 换灯管 换启辉器

启辉器不良或不合格 电压低或有超负荷 接线错误 灯管已坏 接线错误

使电源正常或配线正规 纠正接线 换灯管 纠正接线 换灯管 换启辉器

2

灯管不亮， 启辉器亮 灯管两端发

3

红，启辉器亮 启辉器不亮而

灯管寿命终结

启辉器或与其并联的电容器短 路

电源电压低

4

灯管两端亮

使配线正规

接线错误

灯一半亮

纠正接线 纠正安装状态 换灯管

开、关数次或隔数分钟再开灯，即除掉 异常。如无改进，应调整电压或换灯管 检查电源 检查频率

调整镇流器安装地点

5

灯管与灯座接触不良 灯管寿命终结

光辉呈蛇 6 形状起伏

好灯临时有起伏，若一直有起 伏，则电压偏高或灯管不好 电压错误

7

灯具过热， 有沥青味 电源频率错误（低于 48Hz ） 散热不充分

电压太高、电流过大

在较短的时 镇流器不合格或有局部短路 接线错误 接线接触不良 灯管不良

换合格的镇流器 纠正接线 纠正安装状态 换灯管

8

间内灯管 两端变黑