1）实验目的

（1）掌握日光灯电路的工作原理，并能正确迅速连接电路。

（2）通过实验了解提高功率因数的原理及意义。

（3）熟练掌握功率表的使用方法。

图2.14　日光灯电路原理图

2）实验原理

日光灯电路由灯管A、镇流器L（带铁心电感线圈）、启辉器S组成（图2.14）。当接通电源后，启辉器内发生辉光放电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使其发射电子，启辉器接通后辉光放电停止，双金属片冷却，又将触点断开，这时镇流器感应出高电压加在灯管两端使日光灯管放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收后辐射出可见光，日光灯就开始正常工作。启辉器相当于一只自动开关，能自动接通电路（加热灯丝）和断开电路（使镇流器产生高压，使灯管产生弧光放电），镇流器的作用除了感应出高电压使灯管放电外，在日光灯正常工作时，起限制电流的作用，镇流器的名称也由此而来。由于电路中串联着镇流器，它是一个电感量较大的线圈，因而整个电路的功率因数较低。

在电力系统中，当负载的有功功率一定，电源电压一定时，功率因数越小，供电线路中的电流就越大，在供电线路上的功率损耗（称为线损）越大，线路上的压降越大，从而降低了电能的传输效率，影响供电质量，也使电源容量得不到充分利用。为了提高功率因数，一般最常用的方法是在负载两端并联一个补偿电容器，抵消负载电流的一部分无功分量。在日光灯电路接电源两端并联一个可变电容（图2.15（a）），当电容的容量逐渐增加时，电容支路电流IC也随之增大，因IC超前电压（U）90°，可以抵消电流IG的一部分无功分量IGL，结果总电流I逐渐减小，但如果电容器C增加过多（过补偿），那么IC就会大于IGL，使得总电流又将增大。向量关系如图2.15（b）所示。

3）实验内容

（1）本实验中日光灯电路标明在D04实验板上，实验时将双向开关扳向“外接220 V电源”一侧，当开关扳向“内接电源”时，由内部将220 V电源接至日光灯电路作为平时照明光源之用。灯管两端电压及镇流器两端电压可在板上接线插口处测量。

图2.15　日光灯电路实验图及相量图

（2）将日光灯电路及可变电容箱元件按实验图2.15（a）所示电路连接。在各支路分别串联接入交流电流表，再将功率表接入线路，按图接线并经检查后，由单相交流调压器提供电源，接通后电压增加到220 V。

（3）改变可变电容箱的电容值，先使C=0，测量日光灯单元（灯管、镇流器）两端的电压及电源电压，读取此时灯管电流IG及功率表读数P。

（4）逐渐增加电容C的数值，测量各支路的电流和总电流。电容值不要超过6 μF，否则电容电流过大。将测试数据填入表2.13。(www.daowen.com)

表2.13　日光灯电路测量表

注意：

①日光灯启动电压随环境温度会有所改变，一般在180 V左右可启动，日光灯启动时电流较大（约0.6 A），工作时电流约0.37 A。应注意仪表量程范围的选择。

②日光灯管功率（本实验中日光灯标称功率为20 W）及镇流器所消耗功率都随温度而变化，在不同环境温度及接通电路后不同时间中功率会有所变化。

4）实验报告

（1）完成表2.13数据测试，并计算cosφ。

（2）在坐标纸上绘出总电流I=f（C）曲线，并分析讨论。

5）注意事项

（1）日光灯电路是一个复杂的非线性电路，原因有二：其一是灯管在交流电压接近零时熄灭，使电流间隙中断；其二是镇流器为非线性电感。

（2）为保护功率表中指针表开机冲击，JDW-32型功率表采用指针表开机延时工作方式，仪表通电后约10 s两表自动进入同步显示。

（3）本实验如数据不符合理论规律，首先检查供电电源波形是否过度畸变，因目前电网波形高次谐波分量相当高，如能装电源进线滤波器则基本能解决波形畸变问题。

6）思考题

（1）怎样根据交流电流表的读数判断电路达到完全补偿？

（2）并联电容后功率表的读数有无变化？为什么？