日光灯电路的分析与测量实验报告.docx
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日光灯电路的分析与测量实验报告
日光灯电路的分析与测量实验报告
篇一：
电路与电子技术实验日光灯
实验1.6日光灯电路与功率因数的提高
1.6.1实验目的
1．熟悉日光灯的接线方法。
2．掌握在感性负载上并联电容器以提高电路功率因数的原理。
3．学习单相交流功率表的使用方法。
1.6.2实验任务
1.6.2.1基本实验1．完成无补偿电容和不同的补偿电容时图1.6.1所示电路中电压、电流以及电路的功率、总功率
因数的测量。
并画出电路的总功率因数与电容的关系cosθ′=f（C）曲线。
（日光灯灯管额定电压为220V，额定功率40W或30W）2．完成电路的总功率因数提高到最大值时所需补偿电容器的
电容值。
3．完成电路中点亮日光灯所图1.6.1日光灯实验电路
需电压U点亮和日光灯熄灭时电压
U熄灭的测量。
4．分别定量画出电路的电压及电流的相量图。
完成镇流器的等效参数RL、L的计算。
1.6.2.2扩展实验
保持U=220V不变，在电路并联最佳电容器后使得总功率因数达到最大的状况下，在电容器组两端并入20W灯泡。
通过并入灯泡的个数，使得总电流I与无并联电容时的总电流I值大致相同，记录此时I、Ic、IL、P以及流入灯泡的电流值。
1.6.3实验设备
1．三相自耦调压器一套
2.灯管一套
3．镇流器一只
4.起辉器一只
5.单相智能型数字功率表一只
6.电容器组/500V一套
7.电流插座三付
8.粗导线电流插头一付
9.数字万用表一只
10．交流电流表（0~5A）一只
11．导线若干
1.6.4实验原理
1．日光灯电路组成
?
日光灯电路主要有灯管、启辉器和镇流器U～组成。
联接关系如图1.6.2所示。
2．日光灯工作原理
接通电源后，启辉器内固定电极、可动电极间的氖气发生辉光放电，使可动电极的双金图1.6.2日光灯电路图属片因受热膨胀而与固定电极接触，内壁涂有荧光粉的真空灯管里的灯丝预热并发射电子。
启辉器接通后辉光放电停止，双金属片冷缩与固定电极断开，此时镇流器将感应出瞬时高电压加于灯管两端，使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收紫外线后，辐射出可见光。
发光后日光灯两端电压急剧下降，下降到一定值，如40W日光灯下降到110V左右开始稳定工作。
启辉器因在110V电压下无法接通工作而断开。
启辉器在电路启动过程中相当于一个点动开关。
当日光灯正常工作后，可看成由日光灯管和镇流器串联的电路，电源电压按比例分配。
镇流器对灯管起分压和限流作用。
灯管相当于一个电阻元件，而镇流器是一个具有铁心的电感线圈，但它不是纯电感，我们可把它看成一个RL、L串联的感性负载，电流为IL。
设日光灯电路两端电压U的相位超前于日光灯电路电流IL相位θ角，则日光灯电路的功率因数为cosθ。
相量图如图1.6.3所示。
电源电压U─?
?
I
I─补偿后电路总电流
?
?
I─日光灯支路电流U?
I─电容支路电流
θ─补偿前电路的电压与电流间相位角?
?
─补偿后电路的电压与电流间相位角图1.6.3提高电路功率因数的相量图
3．镇流器参数计算。
我们把镇流器看作RL与L串联电路，其模型如图
1.6.4a虚线框所示。
我们可根据实验测得的数据、相量图或解析式，求出其等效参数RL、L的值。
LC?
?
?
?
?
镇流URURLI器a）b）
图1.6.4日光灯电路模型
a）电路图b）向量图
（1）相量图计算法
由余弦定理求得?
?
，再根据下式可求得RL、L。
URL=U1×cos?
?
，则RL=URL（1.6.1）I
UL=U1×sin?
?
，则L=UL（1.6.2）I?
或由余弦定理求得?
，再根据下式可求得RL、L。
URL=U×cos?
-UR，则RL=URL（1.6.3）I
UL=U×sin?
，则L=
（2）解析计算法UL（1.6.4）I?
U?
（R?
RL）2?
（?
L）2（1.6.5）I
U2Z1?
1?
RL?
（?
L）2（1.6.6）I
求式（1.6.5）和式（1.6.6）联立的方程解，即可求出等效参数RL、L的值。
4．电路的有功功率P=UIcosθ，它表明了二端网络实际吸收能量的大小，功率因数越接近1，吸收的有功功率就越大。
有功功率是由电阻元件消耗的。
无功功率Q=UIsinθ，表示电感或电容元件与电源进行能量互换的规模。
Z?
视在功率S=UI=P2?
Q2，表示用电器的容量。
功率因数cosθ=P/S，表示用电器的容量利用的程度。
5．提高功率因数的目的
为了减少电能浪费，提高电路的传输效率和电源的利用率，须提高电源的功率因数。
提高感性负载功率因数的方法之一，就是在感性负载两端并联适当的补偿电容，以供给感性负载所需的部分无功功率。
并联电容器后，电路两端的电压U与总电流（I?
IL?
Ic）的相位差为?
?
，相应的相量图如图1.6.3所示。
由图可见，补偿后的cos?
?
＞cosθ，即功率因数得到了提高。
由图1.6.3可得
Ic=ILsinθ－Isin?
?
=?
P?
P?
P?
?
?
sinθ－?
?
sin?
?
=（tanθ－tan?
?
）U?
Ucos?
?
?
Ucos?
?
?
?
?
?
?
又因
Ic=
所以
UωC=P（tanθ－tan?
?
）UU=UωCXc
由此得出补偿电容C的大小的计算公式
PC?
（tan?
?
tan?
?
）（1.6.7）2?
U
式中，P为有功功率，单位是瓦〔特〕（W）；ω为电角度，单位是弧度/秒（rad/s），ω=2πf（f=50Hz）。
6．功率因数小于1。
在日光灯实验中，由于灯管内的气体放电电流不是正弦波，且在一周期内形成不连续的两次放电。
所测量的有功功率应是50Hz基波电流与同频率的电源电压的乘积。
所以在正弦波的电压与非正弦波的电流的电路中，因高次谐波电流的存在，功率因数只能小于1，而不能达到1。
所以我们只能利用式（1.6.7）来计算理论上cos?
?
=1时所对应的补偿电容值。
7．过补偿现象。
从图1.6.3看出，随着并联电容不断地增加，电容电流Ic也随之增大，使得|?
?
|逐渐变小，过0后，?
?
又逐渐变大，此后电容越大，功率因数反而下降，此现象就称为过补偿。
在过补偿的情况下，系统由感性转变为容性。
出现容性的无功电流，不仅达不到补偿的预期效果，反而会使配电线路各项损耗增加，在工程应用中，应避免过补偿。
8．单相交流功率表的说明（以下简称功率表）
电路中的功率与电压和电流的乘积有关，因此功
率表必须有两个线圈，一个是电流线圈用于获取电流，另一个是电压线圈用于获取电压，它们分别通过
四个接线端子引出，如图1.6.5所示。
为了保证两个线圈的电流流入（或流出）方向一致，对于电流流进的接线端钮，功率表面板上均已标注“U+”、“I+”或“U*”、
-“I*”，称为同名端。
测有功功率时，应使电流线圈和
电压线圈的同名端接到电源同一极性的端子上，并且图1.6.5单相交流功率表按电流线圈串联在待测回路中，电压线圈并联在待测回路上的原则接线，如图
1.6.5所示。
1.6.5预习提示
1．日光灯电路的工作原理是怎样的？
2．日光灯电路的性质是阻性、感性还是容性？
3．为什么要提高电路的功率因数？
4．怎样根据实测值来计算当cosθ′=1时，补偿电容C的值？
5．忽略电网电压波动，当改变电容时，功率表的读数和日光灯支路的电流IL是否变化？
请分别说明原因。
1.6.6实验步骤
1．单相智能型数字功率表操作
打开电源，单相交流功率表（以下简称功率表）循环显示，表示测试系统已准备就绪，进入初始状态。
按“功能”键，出现固定的功功率，读取时只需按“确认”键即可；按“功能”键，出现，则测试功率因数，读取时只需按“确认”键即可。
若测试功率因数时，数字前显示若显示代表容性负载。
在任何状态下按“复位”键系统恢复到初始状态。
2．用万用表的二极管档判断功率表电流线圈中的熔断器以及灯管的熔断器导通情况。
3．按图1.6.1所示电路联接线路。
将功率表上标有“I*”的电流线圈与标有“U*”的电压线圈同名端短接，并与三相自耦调压器的输出端某根相线相联。
按照先串联回路联接，后并联回路联接的原则接线。
将灯管、镇流器、启辉器和电容器组按图接入电路，并将标有“U”电压线圈与中性线N相联。
将各电容器组的开关处于断开位置。
4．完成无补偿电容和不同的补偿电容时电路中电压、电流以及电路的功率、总功率因数的测量。
检查三相自耦调压器是否调至零，在检查线路无误后，按“开机操作”程
篇二：
日光灯实验
实验报告
课程名称：
电网络分析实验指导老师：
姚缨缨成绩：
__________________
实验名称：
耦合电感等效参数的电工测量法与传递误差实验类型：
研究探索型同组学生姓名：
________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得
一、实验目的和要求?
1.学习电感线圈的直流电阻和自感的测量方法
2.学习交流电路中耦合电感线圈的互感系数的测量方法3.了解间接测量中测量误差的传递方式
4.对各种测量方案进行比较，学会选择电路参数测定的最佳方案
二、实验内容和原理
?
三、主要仪器设备
1.数字万用表2.电工综合实验台
3.DG10互感线圈实验组件4.DG11单向变压器实验组件
四、操作方法和实验步骤?
方案1：
二次侧开路伏安法,11’接交流电源,22’开路,测量I1,U1,U2,然后交换位置
方案2、3：
正向串联/反向串联伏安法测量
方案4：
·三表法测量线路：
实验名称：
耦合电感等效参数的电工测量法与传递误差姓名：
刘震注意
学号：
3130104721
1.线圈用漆包铜线绕制而成，通过不同电流时所引起的发热程度不同，这将影响线圈的直流电阻值。
各实验任务的实验先后顺序，会影响线圈的通电时间，并最终对实验结果产生影响。
方案上要预先考虑直流电阻在实验过程中的变化对最终结果的影响，并考虑如何减小这种影响。
五、实验数据记录和处理?
1.直流法测R1、R2
U1=2.83VI1=155.3mA；R1=U1/I1=18.2ΩU2=3.98VI2=151.5mA；R2=U2/R2=26.3Ω
L1=1/w*√（U1/I1
（1））-R1）=1/314*√（5.13/0.163）-18.2）=0.08177HL2=1/w*√（U1/I1
（2））-R2）=1/314*√（5.13/0.189）-26.3）=0.02137HM12=U2k/wI1=0.825/（314*0.163）=0.01612HM21=U1k/wI2=0.958/（314*0.189）=0.01614HM1=（M12+M21）/2=16.13mH
正向串联测互感：
M2=1/314*（√（（15.42/0.251）-（18.2+26.3）））-（0.08177+0.02137）=0.03175H=31.75mH正反向串联法测互感：
M4=1/628*[√（（15.42/0.251）-（18.2+26.3））-√（（15.19/0.297）-（18.2+26.3））=0.02730H=27.30mH
4.三表法测量L1、L2
测量L1：
R0=P/I=16.17ΩZ=U/I=30.83ΩX0=√（Z-R）=26.24ΩL=（1/w）*X0=83.60mH测量L2：
R0=P/I=25.78Ω
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