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UR URL I 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=UωC Xc
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=2.83V I1=155.3mA；R1=U1/I1=18.2Ω U2=3.98V I2=151.5mA；R2=U2/R2=26.3Ω
L1=1/w*√(U1/I1(1))^2-R1^2)=1/314*√(5.13/0.163)^2-18.2^2)=0.08177H L2=1/w*√(U1/I1(2))^2-R2^2)=1/314*√(5.13/0.189)^2-26.3^2)=0.02137H M12=U2k/wI1=0.825/(314*0.163)=0.01612H M21=U1k/wI2=0.958/(314*0.189)=0.01614H M1=(M12+M21)/2=16.13mH
正向串联测互感：
M2=1/314*(√((15.42/0.251)^2-(18.2+26.3)^2))-(0.08177+0.02137)=0.03175H=31.75mH 正反向串联法测互感：
M4=1/628*[√((15.42/0.251)^2-(18.2+26.3)^2)- √((15.19/0.297)^2-(18.2+26.3)^2)=0.02730H=27.30mH
4.三表法测量L1、L2
测量L1：R0=P/I^2=16.17Ω Z=U/I=30.83Ω X0=√(Z^2-R^2)=26.24Ω L=(1/w)*X0=83.60mH 测量L2：R0=P/I^2=25.78Ω Z=U/I=27.93Ω X0=√(Z^2-R^2)=26.24Ω L=(1/w)*X0=34.28mH
六、实验结果与分析?
1.查表知直流电压表与直流电流表的测量精度均为0.5级 则dU1=0.5%*2.83V=0.01415V
dI1=0.5%*0.1553A=0.0007765AdU2=0.5%*3.98V=0.0199V
dI2=0.5%*0.1515A=0.0007575A
2. 查表知交流电压表与交流电流表的测量精度均为0.5级 则dU=0.5%*5.13V=0.02565V
dI1(1)= 0.5%*0.163A=0.000815AdI1(2)= 0.5%*0.189A=0.000945AdU2(1)= 0.5%*0.825V=0.004125VdU2(2)= 0.5%*0.958V=0.00479V
3.对开路电压法的误差分析
由 得dR1= 0.2Ω dR2=0.3Ω
由 得dL1=2.26mH dL2=7.21mH
由 得dM12=0.16mH dM21= 0.16mH
误差分析：
由实验结果可以看出本实验存在一定误差，开路电压法测量L2时误差较大。测量R1,R2,L1,M时，误差较小。三表法测量得到的自感与开路电压法较为接近，而正向串联法和正反向串联法测得的互感与开路电压法测得的互感差距较大。
由计算公式及误差传递公式可以看出， 正反串联法测互感由于减去了中间变量 L1、 L2， 使系统误差大大减小。如果测量时能够保持电压（电流）的大小不变，并使用同一电压（电流）表在同一量程下测量，则可保证电压（电流）的基本误差性质相同，这时上式中某些小括号内的后两项与第一项之间就可以相互抵偿，从而使总误差减小。
实验的主要误差分析如下所述：
1. 电流表、 电压表存在有仪表误差，交流电源的不稳定造成的误差；
2. 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 3. 各实验任务的实验先后顺序，会影响线圈的通电时间，进而导致线圈发热程度不同，等效电阻R的不同，并最终对实验结果产生影响；
最终结果（取开路电压法的值）： R1=(18.2±0.2)Ω R2=(26.3±0.3)Ω L1=(81.77±2.26)mH L2=(21.37±7.21)mH M1=(16.13±0.16)mH
七、讨论与心得
1.讨论
互感实验用的电感能不能作为下一次日光灯实验备用方案的负载？我的想法：将电感正向串接，用16V变压器输入，需要同时串接电阻。经多次仿真结果显示能将最佳补偿点控制在7μF左右，同时功率表读数在1.2w左右，电阻的功率也没有超过1W。
另外，使用此方案，初始的功率因数高达0.9，虽然能看出补偿效果，但是效果实在不明显。如果要减小电阻，增大补偿效果，最佳补偿点需大于8μF。
与同学们讨论的结果是，使用小电感小电阻串联，并使用变压器提供电源的方式具备可行性，但存在不足，有同学计算出如果要将初始功率因数控制在0.8以下，而且最佳补偿点在8μF的话，需要460mH的电感。
2.预习内容——设计备用方案
如果日光灯点不亮，可使用白炽灯（设电阻约484Ω）与镇流器（设电感2H）串联，输入220V交
篇三：实验一 日光灯电路及功率因数的提高
电工学&电工学及电气设备
实 验 指 导 书
山东农业大学电工电子实验中心
实验的基本要求
电工学基础实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。
一、实验前的准备
实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等)，并按照实验项目准备记录抄表等。
实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。
认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。
二、实验的进行
1、建立小组，合理分工
每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。 2、选择组件和仪表
实验前先熟悉该次实验所用的组件，选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。 3、按图接线
根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。 4、接通电源，观察仪表
接线完毕，首先自我检查，然后请指导教师查验无误后，方可通电。在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后开始实验，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等)。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5、测取数据
预习时对电工实验的基本试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。
6、认真负责，实验有始有终
实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。
实验过程中一定要注意用电安全，按程序规范操作，以避免人身触电事故的发生！
三、实验报告
实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体
会。
实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。 实验报告包括以下内容：
1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期。 2) 列出实验中所用组件的名称及编号等。 3) 数据的整理和计算
4) 根据数据进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁 5) 每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。
实验一 日光灯电路及功率因数的提高
一、实验目的
1. 了解日光灯的工作原理； 2. 了解提高功率因数的意义；
3. 掌握提高感性负载功率因数的方法。
二、实验原理说明
图1-1 日光灯电路
1、日光灯各元件的联接及其工作过程
日光灯结构如图1-1所示，K闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启辉器两触片之间，使启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管的灯丝和镇流器。短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中的电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生 400至 500V高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯点燃发亮。日光灯点燃后，灯管两端的电压降为100V左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中电流不会过大。同时并联在灯管两端的启辉器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。
按表1-2并联电容C，令U=220V不变，将测试结果填入表 1-2 中。
实验接线图
五、注意事项
1、测电压、电流时，一定要注意表的档位选择，测量类型、量程都要对应。 2、功率表电流线圈的电流、电压线圈的电压都不可超过所选的额定值。 3、自耦调压器输入输出端不可接反。 4、各支路电流要接入电流插座。
5、注意安全，线路接好后，须经指导教师检查无误后，再接通电源。
六、报告要求
1、若直接测量镇流器功率，功率表应如何接线，作图说明。 2、说明功率因数提高的原因和意义。 3、收获体会及其他。
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