单项正弦交流电路的分析

实验 单项正弦交流电路的分析
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   表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。

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。表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。

表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。