一.  实验目的

1. 研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。

2. 掌握日光灯线路的接线。

3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、实验设备

序号

名称

型号与规格

数量

备注

1

交流电压表

 

1

D33

2

交流电流表

 

1

D32

3

功率表

 

1

D34

4

自耦调压器

 

1

DG01

5

镇流器

与40W灯管配用

1

DG09

6

电容器

1μf, 2μf, 4μf/450v

 

DG09

7

启辉器

与40w灯管配用

1

DG09

8

日光灯灯管

40w

1

DG01

9

电门插座

 

3

DG09

三、日光灯点燃原理简单说明

灯管:它的内壁均匀地涂上一层荧光粉,两端各有一灯丝和电极,管内充有少量的惰性气体(如氩.氖等)及少量的水银,当灯丝预热后再在两极间加上一定电压,灯管就会点燃。

镇流器:是一个铁蕊线圈,用来限制灯管电流及启动时产生足够的自感电动势使灯管点燃。

启动器:是一个小型辉光放电泡,泡内充惰性气体氖,装有两个电极如图4-1示,一个是固定电极,一个是倒“U”型可动电极是由两种膨胀系数相差较大的金属片粘合一起制成。

点燃过程:参看图4-2中,当电源接通时电源电压(220V),全部加在启动器,两极上,两极间发生辉光放电,电极加热,可动电极内层金属片膨胀系数较大,热后趋于伸直,使触点闭合。将电路接通,两个灯丝开始预热,水银蒸发变为水蒸汽,为管子导通创造了条件,启动器触点闭合的同时,泡内两极间电压下降为零,无辉光,泡内冷却,双片收缩,触点断开。(触点断开能产生火花,烧坏触点),在触点断开瞬间,镇流器两端产生高的自感电动势加在灯管两端,水银蒸气电离,管内发生弧光放电,放射出紫外线,紫外线射在荧光粉上就产生了可见光,灯管点燃,点燃后的灯管电压只有120V左右,另一部分电压(180V左右),降在镇流器上,由于灯管电压只有120V左右,不足以使启动器再次启动。

四、实验内容

1. 用一只220V,15W的白炽灯炮和4μf/450v电容器组成图4-1所示的实验电路,经指导教师检查后,接通市电,将自耦调压器输出调至220V。记录U、UR、UC值,填入表4-1中,验证电压三角形关系。


 图4-1

4-1

测  量  值

            计  算  值

U(v)

UR(v)

UC(v)

U’(UR,UC组成RtΔ)

ΔU

ΔU/U

           

2. 日光灯线路接线与测量。


                         图  4-2

按图4-2组成线路,经指导教师检查后接通市电交流220V电源,调节自耦调压器的输出,使其输出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为止,记下三表的指示值。然后将电压调至220V,测量功率P,电流I,电压U, UL, UA等值,验证电压、电流相量关系。

4-2

测量数值

计算值

 

P(w)

cosφ

I(v)

U(v)

UL(v)

UA(v)

R(Ω)

cosφ

启辉值

               

正常工作值

               

3. 并联电容电路:电路功率因数的改善。

按图4-3组成实验线路

                            图4-3

  经指导老师检查后,接通市电,将自耦调压器的输出调至220V,记录功率表,电压表读数,通过一只电流表和三个电门插座分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行三次重复测量填入4-3中。

4-3

电容值

测  量  数  值

计 算 值

(μf)

P(w)

U(v)

I(A)

IL(A)

IC(A)

I’(A)

cosφ

2

             

4

             

6

             

8

             

 五、实验注意事项

1. 本实验用交流市电220V,务必注意用电和人身安全。

2. 功率表要正确接入电路,读数时要注意量程和实际读数的折算关系。

3. 线路接线正确,日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。

 六、预习思考题

1. 参阅课外资料,了解日光灯的启辉原理

2. 在日常生活中,当日光灯上缺少了启辉器时,人们常用一根导线将启 辉器的两端短接一下,然后迅速断开,使日光灯点亮,或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯,这是为什么?

3. 为了提高电路的功率因数,常在感性负载上并联电容器,此时增加了一条电流支路,试问电路的总电流是增大还是减小,此时感性元件上的电流和功率是否改变?

4. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法,而不用串联法?所并的电容器是否越大越好?

 七、实验报告

1.     完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。

2.     根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基霍夫 定律。

3.     讨论改善电路功率因数的意义和方法。

4.     装接日光灯的心得体会及其他。