實驗三   日光燈電路及功率因數(shù)的提高

一,、實驗?zāi)康?SPAN lang=EN-US>

1.驗證單相交流電路中的電流,、電壓和功率關(guān)系的理論；

2.了解日光燈電路的組成,，工作原理和安裝方法,；

3.了解用電容器改善功率因數(shù)的方法和意義；

4.學(xué)習(xí)功率表的使用方法,。

二,、實驗原理

    電力系統(tǒng)中的負載大部分是感性負載，其功率因數(shù)較低,，為提高電源的利用率和減少供電線路的損耗,，往往

采用在感性負載兩端并聯(lián)電容器的方法，來進行無功補償,，以提高線路的功率因數(shù),。日光燈電路為感性負載，其

功率因數(shù)一般在0.3～0.4左右，在本實驗中,，利用日光燈電路來模擬實際的感性負載觀察交流電路的各種現(xiàn)象,。

              圖3-1 日光燈電路                                 圖3-2 日光燈等效電路

1.日光燈的工作原理

如圖3-1所示，日光燈電路由熒光燈管,、鎮(zhèn)流器和啟輝器三部分組成：

(1)燈管：日光燈管是一根玻璃管,，它的內(nèi)壁均勻地涂有一層薄薄的熒光粉，燈管兩端各有一個陽極和一根燈絲,。

燈絲由鎢絲制成,，其作用是發(fā)射電子。陽極是兩根鎳絲,，焊在燈絲上,，與燈絲具有相同的電位，其主要作用是當

它具有正電位時吸收部分電子,，以減少電子對燈絲的撞擊,。此外，它還具有幫助燈管點燃的作用,。

    燈管內(nèi)還充有惰性氣體(如氮氣)與水銀蒸汽,。由于有水銀蒸汽，當管內(nèi)產(chǎn)生輝光放電時,，就會放射紫外線,。

這些紫外線照射到熒光粉上就會發(fā)出可見光。

(2)鎮(zhèn)流器：它是繞在硅鋼片鐵芯上的電感線圈,，在電路上與燈管相串聯(lián),。其作用為：在日光燈啟動時，產(chǎn)生足夠

的自感電勢,，使燈管內(nèi)的氣體放電,；在日光燈正常工作時，限制燈管電流,。不同功率的燈管應(yīng)配以相應(yīng)的鎮(zhèn)流

器,。

(3)啟輝器：它是一個小型的輝光管，管內(nèi)充有惰性氣體,，并裝有兩個電極：一個是固定電極,，一個是倒“U”形

的可動電極，如圖3-3所示,。兩電極上都焊接有觸頭,。倒“U”形可動電極由熱膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片制成。

    點燃過程：日光燈管,、鎮(zhèn)流器和啟輝器的聯(lián)接電路如圖3-1所示,。剛接通電源時,，燈管內(nèi)氣體尚未放電，電

源電壓全部加在啟輝器上,，使它產(chǎn)生輝光放電并發(fā)熱,，倒“U”形的金屬片受熱膨脹，由于內(nèi)層金屬的熱膨脹系數(shù)

大,，雙金屬片受熱后趨于伸直,，使金屬片上的觸點閉合，將電路接通,。電流通過燈管兩端的燈絲,，燈絲受熱后發(fā)

射電子，而當啟輝器的觸點閉合后,，兩電極間的電壓降為零,，輝光放電停止，雙金屬片經(jīng)冷卻后恢復(fù)原來位置,，

兩觸點重新分開,。為了避免啟輝器斷開時產(chǎn)生火花，將觸點燒毀,，通常在兩電極間并聯(lián)一只極小的電容器,。

    在雙金屬片冷卻后觸點斷開瞬間，鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生相當高的自感電勢,，這個自感電勢與電源電壓一起加到燈

管兩端,，使燈管發(fā)生弧光放電，弧光放電所放射的紫外線照射到燈管的熒光粉上,，就發(fā)出可見光,。

    燈管點亮后,，較高的電壓降落在鎮(zhèn)流器上,，燈管電壓只有100V左右，這個較低的電壓不足以使啟輝器放電,，

因此,，它的觸點不能閉合。這時,，日光燈電路因有鎮(zhèn)流器的存在形成一個功率因數(shù)很低的感性電路,。日光燈電路

的等效電路如圖3-2所示。

2.日光燈電路原理分析

    日光燈電路可以看成R,、L串聯(lián)的感性電路（見圖3-2）,。以電流?_L為參考相量，則電壓,、電流關(guān)系為

其相量圖如圖3-4所示,。

              圖3-4 日光燈電路相量圖                         圖3-5 提高功率因數(shù)相量圖