实验6 功率因数的改善
一、实验目的
1.掌握日光灯电路的工作原理及电路的连接方法。 2.掌握提高感性负载功率因数的方法。 3.学习功率表的使用方法。
二、实验原理
⒈日光灯电路及工作原理：
日光灯电路由灯管、启辉器和镇流器组成，如图6-1所示。
（1）日光灯管：灯管是内壁涂有荧光物质的细长玻璃管，管的两端装有灯丝电极，灯丝上涂有受热后易发射电子的氧化物，管内充有稀薄的惰性气体和少量的水银蒸汽。它
图6—1日光灯电路图
灯丝 ～ 220V 启辉器 镇流器 的起辉电压是400～500V，起辉后管压降只有80V右。因此，日光灯不能直接接在220V电源上使用。
（2）启辉器：相当于一个自动开关，是由一个充有氖气的辉光管和一个小容量的电容器组成。 辉光管的两个金属电极离得相当近，当接通电源时，由于日光灯没有点亮，电源电压全部加在启辉器辉光管的两个电极之间，使辉光管放电，放电产生的热量使倒“U”形电极受热趋于伸直，两电极接触，这时日光灯的灯丝通过电极与镇流器及电源构成一个回路。灯丝因有电流通过而发热，从而使氧化物发射电子。同时，辉光管两个电极接通时，电极间的电压为零，辉光管放电停止，倒“U”形双金属片因温度下降而复原，两电极分开，回路中的电流突然被切断，于是在镇流器两端产生一个瞬间高压。这个高感应电压连同电源电压一起加在灯管的两端，使热灯丝之间产生弧光放电并辐射出紫外线，管内壁的荧光粉因受紫外线激发而发出可见光。小电容用来防止启燃过程中产生的杂散电波对附近无线电设备的干扰。
（3）镇流器：它的作用一是在灯管起燃瞬间产生一高电压，帮助灯管起燃；二是在正常工作时，限制电路中的电流。
2.提高功率因数的意义和方法
在电力系统中，当负载的有功功率一定，电源电压一定时，功率因数越小，线路中的
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电流就越大，使线路压降、功率损耗增大，从而降低了电能传输效率，也使电源设备得不到充分利用。因此，提高功率因数具有重大的经济意义。
在用户中，一般感性负载较多。如电动机、变压器、电风扇、洗衣机、日光灯等都是感性负载，其功率因数较低。提高功率因数的方法是在负载两端并联电容器。让电容器产生的无功功率来补偿感性负载消耗的无功功率，以减少线路总的无功功率来达到提高功率因数的目的。
三、实验仪器及设备
1.0—250V可调交流电源 一台 2.交流电流表 一块 3.交流电压表 一块 4.功率表 一块 5.日光灯管、座（实验台上）
6.镇流器、起辉器（DDZ-13实验挂箱） 7.电容器组（DDZ-13实验挂箱）
8.导线 若干
四、实验内容及步骤
1.按图6-2接好线路，调节交流调压器的输出电压为220V,电容器先不要接入电路中。
注意：
（1）此实验系强电（高电压）实验，一定请指导教师检查无误后，方可通电实验，否则易造成灯管和保险管烧毁，甚至造成人身伤害。
（2）认真阅读常用仪器仪表的使用说明，掌握交流电流表、电压表、交流调压器和功率表的使用方法。
2.闭合开关K1，测量总电压U，灯管两端的电压UD，镇流器两端的电压UL，电路中的电流I，电容电流IC，电感电流ID，总功率P及灯管功率PD，并将数据填入表6-1中。
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220V K1 FU I* U* 电流测量插孔 镇流器 W ○I IC C K2 ID L 启辉器 D 灯管 图6—2改善功率因数实验电路图
表6-1改善功率因数测量表：电压（V）、电流（A）、电容（μF）、功率（W）
测量项目 U 电容C UL UD I IC ID P PD cos?? P UI0 1μF 2.2μF 4.7μF 3.闭合开关K2，取不同电容值，将电容器接入电路中，重复上述测量，并将数据记入表6-1中。 五、实验报告
1.从测量数据中求出日光灯电阻、镇流器等效电阻和电感及交流电的频率。 2.并电容后，功率因数有何变化?要使功率因数提高到1，应并联多大电容? 3.可否用串联电容的方法来提高感性负载的功率因数? 4.并联电容后电路总电流I应变大还是变小?试用相量图来说明 附：低功率因数表的示数
功率因数表所测有功功率数为 P?瓦格?指针指示格数?UmImcos??N
Nm式中：Um——电压线圈的量限值。 Im——电流线圈的量限值。
Nm——功率表满刻度格数。 N——功率表指针指示格数。
cos?——仪表在满刻度时的额定功率因数，标注在表盘面上。
实验7 交流电路电感、电容元件参数测定
一、实验目的
1.学习用电压表、电流表和功率表测定交流电路中未知阻抗元件参数的方法。 2.学习用三电压表法测量未知阻抗元件参数的方法。 3.进一步掌握功率表的使用方法。
二、实验原理
交流电路中未知阻抗元件的参数可以用交流电桥直接进行测量，在没有交流电桥的情况
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下，可以用下面两种方法测定： 1.三表法（电压表、电流表和功率表）
在正弦交流电路中，一个未知阻抗Z?r?jX，当测量出通过它的电流I、两端电压U和消耗的有功功率P之后，就可以计算出阻抗Z、电阻r和电抗X，其关系为
Z?UP22 r?2 X?Z?r （7-1） II测量线路如图7-1所示。
如果待测阻抗是一个带有铁芯的电感线圈，则r为铁芯线圈的等值电阻，其中除了电感线圈导线直流电阻外，还包括铁芯损耗（磁滞和涡流损耗）的等值电阻。电感线圈的电感L为
L?图7-1
220V FU A ○W ○*U*IrLr C V ○X? （7-2）
如果待测阻抗是一个电阻与电容的串联电路，则r中除所串联的电阻外，还包括电容器介质损耗的等值电阻，由于电容器的介质损耗一般是很小的，r可以认为就是阻抗中实际串联的电阻。阻抗中的电容C为
C?2.三电压表法
测量交流电路中元件的参数在仅有电压表的情况下，也可以用称为三电压表法的方法测出。其原理是将待测元件与一个已知电阻R串联，如图7-2所示。若待测元件是一个电感线圈，当通过一
个已知频率的正弦交流电流时，用电压表分别测出R上的电压U1，待测元件上的电压U2及总电压U，然后将这三个电压用作图法组成一个闭合三角形，如图7-3所示。把待测元件上的电压U2分解成与U1平行的分量Ur和与U1垂直的分量Ux。根据图7-3
图7-2
1 （7-3） X?R ? U? U1? U2待测元件 ?U ? U2? Ur? Ux? U1图7-3
?U1?Ur?2?Ux2?U2Ur?Ux?U2222可得。
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