熔断器
L，r
交流电源～220V
灯管 起辉器
日光灯电路接线图
四、实验原理及步骤
日光灯电路主要有灯管、起辉器和镇流器组成。
熔断器是为了避免过电流损坏灯管
灯管：内有灯丝、灯头。玻璃管被抽成真空后， 充入少量惰性气体并注入微量的液态水银，其内壁涂 有一层匀薄的荧光粉。两端灯丝上涂有可发射电子的 物质(电子粉)称为阴极。灯头与管内灯丝相连。 镇流器是一个具有铁心的电感线圈，但它不是纯电 感，它相当于一个电阻与电感相串联的元件。其作用是 限制和平稳通过灯管的电流，并产生较高的自感电动势 以点亮日光灯。
P
U*
I*
RL
负载RL功率表接线示意图
功率表接线应按照同名端相连，电流线圈串联在回 路中，电压线圈并联在回路中的原则接线。如上图所示。
智能型数字功率表使用简介 打开电源，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 ，则测试 有功功率，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。代表感性 若显示 负载，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。
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，它是由电感或电容元件消耗的。 视在功率S=UI=
P
2
Q
2
，功率因数 cosθ=
P S
。
功率表的说明(见动画) 功率表测量的是有功功率。 它有两个线圈，一个是电流线圈 一个是电压线圈,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仪表面 板上均已标注“*”或“+” ，即 同名端。功率表在接线时，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。
步骤。
2.记录点亮日光灯所需的电源电压，并完成在额
定电压下，电容从0～9.87μF之间变化时电路的相关参 数的表格记录。
cos
3.利用实验装置中电容，记录将日光灯功率因数提
高到最大时所需补偿电容器的电容值。
4.根据实验测得的数据，计算 cos =1时补偿电容值。
完成补偿电容大小与功率因数之间的关系曲线cos =f(C)。
电流线圈
同名端 相连 电压线圈
功能 确认 复位
智能型数字功率表示意图
步骤:
档，判断功率表的电流线圈 中的熔断器与日光灯管的熔断器的导通情况。
2.将电流线圈与电压线圈同名端相联。按照先串 1. 用万用表的
联回路联接，后并联回路联接的原则，按后面实验电 路图的动画演示进行接线。经检查无误后方可通电。
3.通过调节柜体左侧三相调压器同轴旋钮，观察
U

为电源电压
I RL

为补偿前日光灯支路电流
为电容支路电流 为补偿后电路总电流
IC

I
θ及 为补偿前、后电压与电流的相位角
cos
从理论上说，肯定能找到一个补偿电容，使得经电容补 偿后电路的 cos =1，但由于装置的限制，实验时调不到 cos =1，所以需根据测试数据，计算出 cos =1时C的值。
RL

I
R
为了提高电源的利用率和电路的传输效率，须提 高电路的功率因数。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，负载 两端的电压 U 与总电流 I 的相位差为 ，电路图、向 量图如下图所示。





I
I RL

L
IC

U


IC
U
C
θ

R

I

IC
日光灯电路
I RL
提高电路功率因数的原理图与向量图
C I

由图可见，并联电容器后， ＞cosθ，即功率 cos 因数得到了提高。补偿电容C大小可按下式计算：
P 为有功功率 ω 为2πf(f=50Hz)

C
P
U
2
(tan tan )
启辉器：在日光灯接通过程中起点动开关作用。 启辉器内有一个充有氖气的氖泡，氖泡内有两个电极， 一个是固定电极，另一个是由两片热膨胀系数相差较 大的金属片辗压而成的可动电极。在两电极的引出端 并联一个电容C，用以消除对无线电设备的干扰。 日光灯的工作原理： 当日光灯电路接通电源后，因灯管尚未导通，故 电源电压全部加在启辉器两端，使氖泡的两电极之间 发生辉光放电，使可动电极的双金属片因受热膨胀而 与固定电极接触，于是电源、镇流器、灯丝和启辉器 构成一个闭合回路，所通过的电流使灯丝得到预热而 发射电子。在氖泡内，两电极接触后辉光放电熄灭， 随之双金属片冷缩与固定电极断开，断开的瞬间使电
电路分析基础实验
实验1.4 日光灯电路与功率因数的提高
一、实验目的
1.熟悉日光灯的接线方法。学习功率表的使用方法。 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。
二、实验任务
1. 完成日光灯电路的测量。(日光灯灯管额定电压
为220V，额定功率40W)。
2.完成因补偿电容改变而引起的功率因数改变的曲
5.根据测试数据，得出结论。完成思考题。
六、注意事项
日光灯供电电源从相线和零线引出。 对于强电实验决不允许带电接、拆线。 发生异常现象，立即断开电源开关。
录功率因 提高到最 时所需补 电容器值C
cosθ′
…
C=?
cosθmax
…
5.7μ F 6.9μ F
7.9μ F
9.87μ F
5. 改变电容，在1μF～9.87μF之间均匀取10个值，
通过观察智能型数字功率表中功率因数的感性、容性 显示变化，记录相应的功率与功率因数。
五、实验报告要求
1. 画出实验电路与表格，写出实验的简要过程与
路的电流突然消失，瞬时在电感上产生一个比电源 电压高得多的感应电动势，连同电源电压一起加在灯 管的两端，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，日光灯就开始正常工作。在正常状态 下，镇流器对灯管起分压和限流作用，使灯管电流不 致太大。 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。灯管相当于一个电阻元件，前面已经提 到镇流器相当于一个电阻、电感相串联的元件。这样， 日光灯电路就可看成一个RL串联的感性负载，电流 I 为 ，设该负载两端电压相位超前于电流相位θ角， 则电路的功率因数为cosθ。
线 cos =f(C)的测试，根据装置上现有的电容，求出将日 光灯功率因数提高到最大值时所需补偿电容器的电容值。
三、实验设备
三相自耦调压 器、灯管、XD06挂 箱中起辉器、镇流 器、电容器组、交 流电流表、电流插 座、插头、智能型 数字功率表、数字 万用表、导线。
镇流器是一个带铁芯的电 感线圈，它相当于一个电 阻与电感串联的元件。
并测量未加电容补偿时日光灯点亮所需的电源电压。
4.将该三相调压器同轴旋钮调至日光灯额定工作电
源220V，完成表中电压、线
W I Ic IRL
U ~220V 点亮电压
零线 日光灯测试电路接线图
日光灯电路的测量
日光灯点亮所需的电源电压U(V) C(μ F) 0 1μF 2.2μ F U(V) 额定电压 UrL(V) UR(V) I(A) IRL(A) Ic(A) P(w)