功率因数的提高

功率因数的提高 实验十三 功率因数的提高 一、实验目的 1、研究用并联电容的方法来提高功率因数的作用。 2、了解日光灯的工作原理。 二、实验原理说明 1、在电网用户中，一般感性负载很多，如电动机、变压器、感应电炉、照明用的日光灯(荧光灯)等。其功率因数较低。当负载的端电压一定时，功率因数越低，输电线路中的电流越大，导线上的压降也越大，由此导致电能损耗增加，使传输效率降低，发电设备的容量得不到充分利用。因此，应该设法提高负载端的功率因数。通常是在负载端并联电容器，这样使流过电容器中的容性电流补偿原负载中的感性电流，虽然此时负载消耗的有功功率不变，但是随着负载端功率因数的提高，输电线路中的总电流减小，线路损耗降低，因此提高了电源设备的利用率和传输效率。 在正弦交流电路中，感性负载的阻抗为 ，Uj,ZZ,,R，jX,Ze ，I 电源提供的视在功率 S,UI 电路中电阻消耗的有功功率 2P,Scos,,UIcos,,IZcos, ZZZ 电抗与电源间往返的无功功率 22Q,I,L,IZsin, Z 电源的利用率可用功率因数示 P ,,cos,,ZS 1、 日光灯电路由灯管R、镇流器L和启辉器K组成，电路如图13-1所示， T LR r ~220V KT 图 13-1 镇流器是一个具有铁心的电感，日光灯管工作时相当于电阻。因此日光灯电路是一个感 性负载，功率因数约为0.5-0.7左右，可用在日光灯电路输入端并联电容的方法来提高功 率因数，以补偿镇流器的无功损耗，当电路电流呈LC并联谐振状态时，总电流减小到 最小值，电路的功率因数可提高到接近于1。这样可以使电源的容量得到充分的利用， 并能降低线路损耗，提高电能传输效率。 日光灯电路并电容C后的等效电路如图13-2所示，相量分析图如图13-3所示。 ，，IIL，，IICC，ULL，U，CU, ,，ZI，，RUURR，UL，IL 图 13-2 图 13-3 3、组成电路的元件 (1)灯管(R)，日光灯管是一根密封玻璃管，管内壁涂有一层荧光粉(钨酸镁、钨酸钙、硅酸锌)，不同荧光粉可以发出不同颜色的光。管内充有少量水银蒸汽和惰性气体，管内两端各有一个由钨制成的灯丝。灯丝上涂有受热后易于发射电子的氧化物，如图13-4所示，当两灯丝之间加以足够高电压时，管内的水银化为蒸汽而电离，产生紫外线，紫外线激发荧光粉，发出近似太阳光的可见光，故名日光灯。 双 金触管脚荧光粉属点片灯丝 图13-4 图13-5 (2)镇流器(L)，是一个具有铁心的电感线圈。它的作用是限制日光灯的电流，以及在日光灯启动时能产生足够高的自感电动势使灯管容易“点燃”。 (3)启辉器(K):是一个小型辉光放电管，它在日光灯接入电路中起自动开关作用，T 其外罩为柱形铝壳或塑料壳，里面装有小型电容器和小玻璃管，结构如图13-5所示，管内充有氖气，并装有两个电极，一个是固定电极，另一个是由两种膨胀系数相差较大的金属片制成的可动电极，形如 “U”。当接通电源时，管内电极间发生放电而使电极受热，由于可动电极内层金属的膨胀系数较大，受热伸直使两极上的触点闭合，将电路接通，这时放电停止，电极冷却，双金属片恢复原状，两电级分开。工作时相当于热电开关。 并联小电容器有两个作用。一、消除触点断开时的电火花，保证触点有效寿命，同时消除对附近无线电源的干扰，二、可延迟灯丝预热时间和镇流器产生自感电动势，有利于灯管的“点燃”。 4、日光灯的发光原理 日光灯电路如图13-1所示。当它接上电源时，启辉器两个电极开始辉光放电，动触点与静触点接触，此时，电源、镇流器、灯丝起动器构成一闭合回路，使灯丝受热而发射电子，约经1-3秒，辉光放电停止，两电极随即断开，在这瞬间，电路中电流突然消失，使镇流器两端产生很高的自感电动势和外接电源一起加在灯管两端，使灯管内水银迅速电离发光。 灯管点燃后，电源电压大部分降落在镇流器上，灯管两端的电压低于起辉器的引燃电压，故启动器的触点不再闭合。 三、实验内容与步骤 实验电路原理图 L*Ra*AA W V~220VK1，10,FCT Xx 图13-6 1、按图13-6接好线路，观察日光灯的启动情况(电容器未接入)测量并记录U、I、P。 2、将电压调到220V，接入电容器，逐步改变电容箱C的数值，测量并记录相应的U、 I、P(找出cos接近于1的电容值)。 , 3、用电压表测量灯管两端，镇流器两端的电压。 *4、用单刀开关代替起动器进行日光灯起动试验。 四、实验报告要求 1、算出在不同补偿电容下电路的功率因数cos，在坐标纸上绘出cos=f(C)的曲线。 ,,12、绘出I=f(C)的曲线。 2 3、作出不并联电容时的相量图及cos=0.95时的相量图。 , 五、思考题 1、在图13-6电路中，改变电容C时，瓦特表的读数以及日光灯支路电流是否改变，为 什么, 2、如何找出cos=1时的电容值, , 3、为何有时启辉器起辉几次才能点燃灯管, 4、能否分别用万用表和试电笔判断日光灯电路的故障,试写出简捷步骤。 六、实验设备 1、电工技术实验台 1、 自耦调压器 1kVA(或2kVA)0-110 220/0-250V一台。 七、注意事项 1、 因本实验用市网交流电源220V、50H，实验时要特别注意人身安全。 Z 2、 接线前要检查是否断电，必须要断电接线，完成实验电路接线后，请指导老师检查 后，方可接通电源，实验时，不要用手接触带电体。 3、 实验结束后，将电路先断电，后拆线。 八、电工技术实验台操作面板 开 起辉器镇流器关闸刀日光灯管 开关 电容 电流表功率表电压表