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日光灯电路的组装和测试
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实验二 日光灯电路的组装与测试
一、实验目的
掌握日光灯电路的组成、工作原理及接线。
提高学生对交流电路中的谐振、功率等知识的理解及综合运用能力。
学习提高功率因数的方法,理解提高功率因数的实际意义。
进一步掌握电压表、电流表、功率表的使用方法。
二、预习要求
阅读实验指导,了解本次实验的内容和步骤,熟悉日光灯电路的组成及工作原理。
复习并联电路电压和电流的相量关系及提高功率因数的意义和方法。
根据所给设备设计出合理的安装和测试电路。
三、实验原理
1.提高功率因数的意义和方法
在正弦交流电路中,一个无源二端网络(通常指负载).如图2—la所示,其吸收的有功功率P一般不等于视在功率S,只有对纯电阻网络两者才能相等.只要网络中存在电抗,电路中就存在磁场能量或电场能量与电源能量之间的交换过程.有功功率与视在功率的关系为
式中,cos称为功率因数,是功率因数角,即负载的阻抗角。越大。cos越小。
对供电系统来说,用电设备大部分是感性的.如工矿企业中用的电动机、感应电炉、家 庭生活中用的日光灯、电风扇、洗衣机等,都是感性负载,一般功率因数都较低.当电源电 压.负载功率一定时,功率因数低,一方面使发电设备的容量不能充分利用,另外还使输电 线路电流较大(),从而引起线路损耗的增加,降低了输电效率,因此.提高用电负载的功率因数,对于降低电能损耗.提高电源设备的利用率和供电质量具有重要的经济意义。
要提高感性负载的功率因数,又不能改变负载的工作状态,可采用在感性负载两端并联 适当大小的电容器的办法,如图2-1b所示.并联电容后的相量图如图5—lC所示.由于电容支路的电流超前电压U90°。抵消了一部分感性负载电路电流中的无功分量,使电路总电流I减小,从而提高了电路的功率因数.当电容量增加到一定值时,电容支路电流等于感性无功电流,总电流下降到最小值,此时,整个电路相当于电阻性,cos=1。若再继续增加电容量,总电流I反而增大,整个电路相当于容性负载,功率因数反而下降。在实际中,并不要求将功率因数提高到1。因为这样将增加电容设备的投资,而带来的经济效益并不显著。功率因数提高到什么数值为宜,应根据具体的技术经济综合指标来决定。
提高功率因数时所需并联电容器的电容值可由图2—lC所示相量图得出.设将功率因数从cos提高到cos,则所需电容值:
2、日光灯电路的组成及工作原理
本实验以日光灯电路作为感性负载。
日光灯电路由灯管、镇流器和启辉器三部分组成。
灯管是一根内壁涂有荧光粉的细长(或环形)玻璃管。在管的两端各装一个灯丝电极,电极上涂有受热后易于发射电子的氧化物,管内抽成真空后再充入氧气和少量水银蒸汽.镇流器是一个绕在用硅钢片叠成的铁心上的电感线圈.它起调整灯管电压和限制灯管电流以及有利于灯管启动的作用。
启辉器是一只充有氖气的玻璃泡.泡内有一对触片,一个是不动的静片,另一个是由热膨胀系数不同的双金属片制成的u形动触片.当触片间电压大于某一数值时,动静触片接通;否则断开,起自动开关作用。两个触片间并联一个小电容器,是为了消除两触片断开瞬间产生的电火花对附近无线电设备的干扰。
在正常工作时,灯管可以认为是一个电阻负载,镇流器是一个铁心线圈,可以认为是一个电感很大的感性负载。二者串联构成一个电感性负载电路,如图2—2所示。刚接通电源时,电压不足以使灯管放电,它通过镇流器和灯管两端的灯丝加到启辉器上,因启辉器启辉电压低(灯管启辉电压约500V,启辉器启辉电压约140V),引起辉光放电.双金属片受热,由于内层金属片膨胀系数较大,使双金属片伸直,动静触片接触,形成通路。此时,启辉器、镇流器和灯管两端的灯丝流过启动电流,该电流加热了灯管灯丝,产生热电子发射.同时,由于启辉器两触片已经接触,电压为零,放电结束,双金属片冷却依复原状,使电路断开.电路中的电流突然中断,使镇流器两端感应出高压,它与电源电压一起加到灯管两端(约500V),使管内自由电子与水银蒸汽碰撞电离,产生弧光放电,放电时发出的紫外线射到灯管内壁,激发荧光物质发光,日光灯被点燃了。这时,灯管两端电压较低.约50~100V之间,电源电压大部分降在镇流器上。因此启辉器不能再发生辉光放电。也就是说,在灯管正常工作时,启辉器是断开的,不起作用,而镇流器起限流作用,井维持灯管稳定工作.理想的电感线圈不消耗功率.但镇流器是铁心线圈,所以在工作时,它有两部分功率损耗,一部分是线圈电阻r的损耗,称为钢耗,另一部分是铁心损耗,称为铁心损耗。即镇流器所消耗的功率为,日光灯电路的功率因数约为0.5~0.6。
四.实验设备
高级电工实验台
五、实验内容与步骤
1.电感性负载支路的测量
按图2—2连接实验电路.断开电容箱上所有开关,测量电感性负载支路的电流,电压U,灯管两端
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