實(shí)驗(yàn)三   日光燈電路及功率因數(shù)的提高

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?SPAN lang=EN-US>

1.驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理

    電力系統(tǒng)中的負(fù)載大部分是感性負(fù)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(fù)載兩端并聯(lián)電容器的方法，來進(jìn)行無功補(bǔ)償，以提高線路的功率因數(shù)。日光燈電路為感性負(fù)載，其

功率因數(shù)一般在0.3～0.4左右，在本實(shí)驗(yàn)中，利用日光燈電路來模擬實(shí)際的感性負(fù)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(gè)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(dāng)

它具有正電位時(shí)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(diǎn)燃的作用。

    燈管內(nèi)還充有惰性氣體(如氮?dú)?SPAN lang=EN-US>)與水銀蒸汽。由于有水銀蒸汽，當(dāng)管內(nèi)產(chǎn)生輝光放電時(shí)，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(dòng)時(shí)，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(shí)，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(gè)小型的輝光管，管內(nèi)充有惰性氣體，并裝有兩個(gè)電極：一個(gè)是固定電極，一個(gè)是倒“U”形

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

    點(diǎn)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(shí)，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(diǎn)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(dāng)啟輝器的觸點(diǎn)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(diǎn)重新分開。為了避免啟輝器斷開時(shí)產(chǎn)生火花，將觸點(diǎn)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(diǎn)斷開瞬間，鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生相當(dāng)高的自感電勢，這個(gè)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(diǎn)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(gè)較低的電壓不足以使啟輝器放電，

因此，它的觸點(diǎn)不能閉合。這時(shí)，日光燈電路因有鎮(zhèn)流器的存在形成一個(gè)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