验五 日光灯电路与功率因数的提高
实验目的
了解日光灯电路的结构、工作原理和线路的联接。
掌握提高功率因数的方法，认识提高功率因数的意义。
进一步熟练交流电压表、电流表和功率表的使用。
实验仪器
交流电流表 交流电压表 功率表 日光灯电路组件 可变电容器 自耦变压器
预习要求
复习有关 交流电路功率和谐振电路的内容。
复习功率表的使用方法。
了解日光灯电路的组成和工作原理。
实验原理
提高功率因数的意义。
在正弦电路中，一端口上有功功率与视在功率之间的关系为：
式中：为功率因数，是电压与电流的相位差，也是无独立源一端口的阻抗角。
当功率因数较低时，一方面会使设备的容量无法被充分利用；另一方面，当电源电压和负载功率一定时端线电流较大，功率损耗增加。因此，提高负载的功率因数，对于降低电能损耗，提高输电效率具有重要的经济意义。
提高功率因数的方法
提高功率因数，可以根据负载的性质在电路中接入适当的电抗元件。在实际电路中，用电负载多为感性，如电动机、电器、日光灯等，它们的等效电路相当于电阻与电感元件的串联。在不改变负载的结构和工作状态的前提下，简单易行的方法是在这种感性负载两端并联补偿电容器，如图1-32所示。
图1-32 提高功率因数实验电路 图1-33 相量图
由于感性负载中的感性无功电流，与并联电容中的容性无功电流，二者相互补偿，相当于提高了功率因数。
由图1-33所示相量图分析可知，并联电容后，使电路的总电压与总电流之间的相位差减小，即提高了并联电路的功率因数，而负载本身仍能够 工作。当然，所并联的电容值应该有一个适当的范围，如果太大可能会使整个并联电路呈现容性，达不到提高功率因数的目的。通过对相量图的分析，还可以看出，功率因数增大时，电路中的总电流减小，功率因数减小时，总电流增大。如果测量时没有功率因数表，也可以通过电流表显示总电流的增大或减小，来判断功率因数的提高与否。
本次实验以日光灯电路（近似等效为线性感性负载）作为研究对象。
日光灯电路的结构和工作原理
图1-34 日光灯电路
结构：
日光灯电路由灯管、启动器(启辉器或跳泡)和镇流器组成，如图1-34所示。
灯管：内壁涂有荧光粉，管内充有少量惰性气体和水银，管的两端各有一个灯丝和电极。可近似等效为电阻。
镇流器：是一个铁芯线圈，与灯管串联，可近似等效为电阻与电感的串联。
启动器：是一个辉光放电管，由一个充气二极管和一个并联的小电容组成。充气管内有两个电极，一个是固定电极，一个是可动电极（U型双金属片），两电极之间有一定间隙，通过U型双金属片电极的变形和复位，可使两个电极接通和分离。启动器与灯管并联，相当于一个自动开关。
日光灯电路的工作原理：
当电源接通时，电源电压（220V）全部加在启动器（与灯管并联）上，由于启动器的起辉电压（约140V）低于灯 起辉电压（约500V），启动器两极间发生辉光放电，U型双金属片电极发热变形（伸直），两电极接通。
启动器触点闭合瞬间：一方面，启动器、镇流器、灯管两端灯丝中流过启动电流，该电流加热了灯 丝，使其有利于发射电子，为日光灯起辉创造了条件；另一方面，启动器两电极间电压下降为零，启动器停止放电，U型电极冷却并收缩复位，触点断开。
启动器触点断开瞬间，镇流器两端产生很高的自感电压，该自感电压和电源电压相叠加作用于灯管，使灯管放电导通并伴随放出射线，射线激发管壁荧光物质发出近似于日光的灯光。
镇流器在灯管 工作时起限流作用（在灯管启动是用来产生高电压），并维持灯 定工作（ 工作时，镇流器上约180V，灯 压约110V，不足以使启动器再次启动）。
实验内容
按图1-33联接好线路，其中虚线框内电路用日光灯电路（如图1-34所示） 。
将可调电容C调为0法拉（即断开C）。接通电源，观察日光灯启动过程。
测量 工作时灯管两端和镇流器两端的电压。
用电压表、电流表、功率表测量日光灯电路在额定电压时电路的功率、各支路电压、电流，并计算功率因数。将实验数据记入表格1-13。
接通可调电容，并调节电容值从小容量到大容量变化，测量各支路电流、电压、功率随电容变化的规律，将测量数据记入表格1-13。特别要找出使功率因数为最大值时的电容值。

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