篇一：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。
篇二：实验三 日光灯电路及其功率因数的提高
实验三 日光灯电路及其功率因数的提高
一、 实验目的
1． 了解日光灯电路的工作原理
2． 掌握提高功率因数的意义与方法
二、实验器材
1． 1台型号为RTDG－3A或 RTDG－4B 的电工技术实验台 2． 1根40W日光灯灯管
3． 1台型号为RTZN13智能存储式交流电压／电流表
4． 1个型号为 RTDG－08的实验电路板，含有镇流器、启辉器、电容器组
三、实验内容
测量日光灯电路有并联电容和没有并联电容这两种情况下的功率因数，掌握提高功率因
数的方法。
四、实验原理
在正弦交流电路中，功率因数的高低关系到交流电源的输出功率和电力设备能否得到充分利用。 为了提高交流电源的利用率，减少线路的能量损耗，可采取在感性负载两端并联适当容量的补偿电容，以改善电路的功率因数。 并联了补偿电容器C 以后，原来的感性负载取用的无功功率中的一部分，将由补偿电容提供，这样由电源提供的无功功率就减少了，电路的总电流? 也会减小，从而使得感性电路的功率因数cos φ得到提高。
图4－1 日光灯电路原理图
五、实验过程
1. 日光灯没有并联电容时的操作过程
(1) 先切断实验台的总供电电源开关，按照实验电路图4—1来连线。用导线将调压器输
出相线端、总电流测量插孔、日光灯电流测量插孔、镇流器、日光灯灯丝一端、启辉
器、日光灯灯丝另一端、调压器输出地线端按顺序联接到实验线路中。
(2) 用导线将电容器电流测量插孔与电容器组串联再与上述日光灯电路并联，并将电容
器组中各电容器的控制开关均置于断开位置。注意，电容器电流测量插孔应联接在总
电流测量插孔的后面。
(3) 实验电路接线完成后，需经过实验指导教师检查无误，方可进行下一步操作。 (4) 将安装在电工实验台左侧面的自耦变压器调压手柄按照逆时针方向旋转到底。 (5) 闭合实验台的总供电电源开关，按下启动按键。
(6) 按下调压按键，使实验台的调压器开始工作，这时实验台上的三相电压表显示调压
器的输出电压。
(7) 闭合交流电表开关，用导线将交流电压表与调压器输出端相联接，按顺时针方向旋
转自耦变压器的调压手柄，用交流电压表监测，将调压器输出电压逐渐调升至220V。
这时安装在实验台内部的日光灯灯管将会点亮，日光灯电路开始正常工作。 (8) 使用交流电压表、交流电流表，按表4—1中的顺序测量电路端电压U、电路总电流
2. 日光灯并联电容时的操作过程
按照表4—2中列出的电容器容量值，逐项测量电路总电流I、日光灯支路电流IR(或IL)、电容器支路电流IC的数值，并将测量结果记入表4—2中。
表4－2 并联电容提高功率因数
I、日光灯灯管电压UR，将测量结果记入表4—1中。
表4—1 日光灯电路的测量
六、注意事项
(1) 实验前需要做充分的准备：预习实验内容，写出预习报告。无预习报告者不得进入
实验室做实验。
(2) 本实验使用220V动力线路供电，在进行日光灯电路的联接线操作时，务必切断实
验台总供电电源开关，严禁带电操作。
(3) 在本次实验中需要测量三条支路电流，需要在实验电路中接入三个电流测量插孔，
如果接入的电流测量插孔个数不够，将无法正常完成电流数值的测量。
(4) 如果实验电路接线正确，接通工作电源后日光灯不能正常点亮，可转动启辉器以使
日光灯点亮。
(5) 在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断电源，在断电状
态下操作。
(6) 实验完毕，拆线时用力不要过猛，以防拔断导线，最好是轻轻的旋拔。做完实验后，
收拾好实验设备与器材，经实验指导老师检查并签字后方可离开实验室。
七、实验预习要求
(1) 正确解读日光灯电路接线图，掌握日光灯的工作原理。
(2) 当日光灯电路中缺少了启辉器时，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，这样也能使日光灯点亮；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) 为了提高电路功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电容支路，
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？
八、实验报告要求
(1) 画出实验原理图。
(2) 根据表4—1中的实验数据，计算日光灯电路的功率因数cosφ值。
(3) 根据表4—2中的实验数据，计算在并联不同容量值的电容器时日光灯电路的功率因
数cosφ值。
(4) 由表4—2中计算出的功率因数cosφ值分析，使日光灯电路功率因数改善效果最佳
的电容器容量值为多少。
(5) 讨论改善感性电路功率因数的方法、意义及注意事项。
(6) 记录实验现象及实验数据，并对实验结果进行分析。
实验的收获、体会。
篇三：日光灯实验 报告
1.4 单相电路参数测量及功率因数的提高
1.4.1 实验目的
1． 掌握单相功率表的使用。
2． 了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接。 3． 研究日光灯电路中电压、电流相量之间的关系。 4． 理解改善电路功率因数的意义并掌握其应用方法。
1.4.2实验原理
1．日光灯电路的组成
日光灯电路是一个RL串联电路，由灯管、镇流器、起辉器组成，如图1.4.1所示。由于有感抗元件，功率因数较低，提高电路功率因数实验可以用日光灯电路来验证。
图1.4.1日光灯的组成电路
灯管：内壁涂上一层荧光粉，灯管两端各有一个灯丝（由钨丝组成），用以发射电子，管内抽真空后充有一定的氩气与少量水银，当管内产生辉光放电时，发出可见光。
镇流器：是绕在硅钢片铁心上的电感线圈。它有两个作用，一是在起动过程中，起辉器突然断开时，其两端感应出一个足以击穿管中气体的高电压，使灯管中气体电离而放电。二是正常工作时，它相当于电感器，与日光灯管相串联产生一定的电压降，用以限制、稳定灯管的电流，故称为镇流器。实验时，可以认为镇流器是由一个等效电阻RL和一个电感L串联组成。
起辉器：是一个充有氖气的玻璃泡，内有一对触片，一个是固定的静触片，一个是用双金属片制成的U形动触片。动触片由两种热膨胀系数不同的金属制成，受热后，双金属片伸张与静触片接触，冷却时又分开。所以起辉器的作用是使电路接通和自动断开，起一个自动开关作用。
2．日光灯点亮过程
电源刚接通时，灯管内尚未产生辉光放电，起辉器的触片处在断开位置，此
时电源电压通过镇流器和灯管两端的灯丝全部加在起辉器的二个触片上，起辉器的两触片之间的气隙被击穿，发生辉光放电，使动触片受热伸张而与静触片构成通路，于是电流流过镇流器和灯管两端的灯丝，使灯丝通电预热而发射热电子。与此同时，由于起辉器中动、静触片接触后放电熄灭，双金属片因冷却复原而与静触片分离。在断开瞬间镇流器感应出很高的自感电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使灯管内水银蒸气电离产生弧光放电，并发射紫外线到灯管内壁，激发荧光粉发光，日光灯就点亮了。
灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生较大的电压降（有一半以上电压），灯管两端（也就是起辉器两端）的电压锐减，这个电压不足以引起起辉器氖管的辉光放电，因此它的两个触片保持断开状态。即日光灯点亮正常工作后，起辉器不起作用。
3．日光灯的功率因数
日光灯点亮后的等效电路如图1.4.2 所示。灯管相当于电阻负载RA，镇流器用内阻RL和电感L 等效代之。由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低，整个电路所消耗的功率P包括日光灯管消耗功率PA和镇流器消耗的功率PL。只要测出电路的功率P、电流I、总电压U以及灯管电压UR，就能算出灯管消耗的功率PA=I×UR，
镇流器消耗的功率PL =P?PA ，cos??
P
UI
RA
图1.4.2日光灯工作时的等效电路
2．功率因数的提高
日光灯电路的功率因数较低，一般在0.5 以下，为了提高电路的功率因数，可以采用与电感性负载并联电容器的方法。此时总电流I 是日光灯电流 IL 和电容器电流 IC的相量和：I?IL?IC，日光灯电路并联电容器后的相量图如图1.4.3 所示。由于电容支路的电流IC 超前于电压U 90°角。抵消了一部分日光灯支路电流中的无功分量，使电路的总电流I减小，从而提高了电路的功率因数。电压与电流的相位差角由原来的 ??减小为?，故cos?＞cos??。
当电容量增加到一定值时，电容电流IC等于日光灯电流中的无功分量，?= 0。cos?=1，此时总电流下降到最小值，整个电路呈电阻性。若继续增加电容量，
?
?
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总电流I反而增大，整个电路变为容性负载，功率因数反而下降。
?IC?IC?ICL
图1.4.3 日光灯并联电容器后的相量图
5．单相功率表及其用法 具体内容见1.3.2节中的(3)。
1.4.3实验预习要求
1． 预习日光灯工作原理，并联电容器对提高感性负载功率因数的原理、意
义及其计算公式。
2． 如图1.4.1所示电路中，日光灯管（RA）与镇流器（RL、L）串联后，接
于220V、50Hz的交流电源上，点亮后，测得其电流I=0.35A，功率P=40W，灯管两端电压UA=100V。要求写出下列各待求量的计算式。 ①求cosφ1=？、φ1=？、RA =？、RL =？、L=？、灯管消耗的功率PA和镇流器消耗的功率PL。
②并联C=3μF 后，求IC=？、I=？、cosφ=？。
③按比例画出并联电容器后的相量图。（如图1.4.3，计算出电压与总电流的相位差角φ）
3．熟悉交流电压表、电流表和单相自耦调压器的主要技术特性，并掌握其正确的使用方法。
1.4.4 实验设备与器件
1． 交流电压表 2． 交流电流表 3． 功率表 4． 自耦调压器
5． 镇流器 6． 电容器 7． 起辉器 8． 日光灯管 9． 电流表插座
1.4.5 实验内容与步骤
日光灯实验线路如图1.4.4所示。
1．提高感性负载功率因数实验
如图1.4.4所示的实验线路中，按2.2μF、4.7μF、6.9μF、依次并上电容器C1、C2、C3。当电容变化时，分别记录功率表及电压表读数，测得三条支路电流I、IL、IC的值。测量数据记入表1.4.2。
表1.4.2日光灯功率因数提高实验参数测量
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注：表中I为I的计算值，I?IL?IC，其中IL和IC为上表中测量值。
图1.4.4日光灯交流电路
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1.4.6 实验思考题
1．给出实验内容（1）中计算RA、RL、L的计算过程及公式，将结果填入表1.4.1中。
2．计算出本实验中灯管消耗的功率PA和镇流器消耗的功率PL。
3．画出实验内容（2）当电容为0、2.2μF、4.7μF、6.9μF时类似图1.4.3的电压电流相量图，要求计算出各总电流I与总电压U的相位差角，给出公式及计算过程。
4．若要使本实验中日光灯电路完全补偿（也就是功率因数提高到1），需要并联多大容值的电容？请给出计算式并计算出最后结果。
5．是否并联电容越大，功率因数越高？为什么？
6．当电容量改变时，功率表有功功率的读数、日光灯的电流、功率因数是否改变？为什么？
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1.4.7 实验注意事项
1．本实验用交流市电220V，用单相自耦调压器来实现电压调节，当供电电源电压为220V时，调压器的输出可在0~250V之间连续调节，务必注意人身和设备的安全。注意电源的火线和地线，在实际安装日光灯时，开关应接在火线上。
2．在使用自耦调压器过程中，接通电源前，都必须将电压调至零电压处（即逆时针旋转到头，然后再合上电源，逐渐增大电压至需要值。
3．不能将220 V 的交流电源不经过镇流器而直接接在灯管两端，否则将损坏灯管。
4．功率表、电压表、电流表要正确接入电路，电流表应串入电路中测量电流。
5．电路接线正确，日光灯不能起辉时，应检查起辉器及其接触是否良好。 6．每次改接线路，一定要在断开电源的情况下进行，以免发生意外。
1.4.8 实验报告要求
1．结合实验思考题，完成表1.4.1和表1.4.2的数据计算。
2．根据实验数据说明日光灯电路并联电容器后总电流变化与电容量的关系，电容量过大对电路性质有什么影响。
3．以电容C的值为自变量绘制cos?曲线。 4．小结本实验得到的结论和心得体会。
*5. 根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。
《日光灯电路实验》
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