日光灯功率因数研究.doc

日光灯电路功率因数研究 摘要：伴随着经济的快速发展, 社会对电力的需求不断提高, 随之而来的突出问题是能源的巨大消耗,资源利用率低下。要提高电能的利用率, 就要解决好系统中有功功率与无功功率的分配, 即提高电路的功率因数。日光灯电路具有光线明亮、柔和, 经济耐用, 价格低廉等优点, 被广泛的应用于各种场合。所以提高日光灯电路的功率因数也是节约能源的一个重要方面。关键词：日光灯电路；相量分析；非正弦量；线性器件；功率图一 日光灯组成电路镇流器 启辉器灯管电容器一日光灯电路工作原理如图一所示日光灯电路由灯管、启动器和镇流器三部分组成。灯管两端有灯丝, 内管壁上涂有荧光粉, 灯管内还充有稀薄的水银蒸气。启动器由充有惰性气体的小玻璃泡及内部的静金属片和动金属片组成。镇流器可以看成是一个大的电感线圈。接通交流电后, 220 V的电压首先使启动器里的惰性气体放电发出辉光, 从而使动金属片弯曲变形与静金属片接通, 接通后惰性气体停止放电不再发出辉光, 动金属片复位。此时镇流器产生一高压与220 V交流电同时加在灯管两端使水银蒸气导电, 发出紫外线,涂在管壁上的荧光粉发出柔和的光。二.日光灯管的理想化的合理性理想日光灯等效电路及相量图见图二设镇流器(L)为纯电感性元件，日光灯管(A)在工作状态下为纯电阻性元件，令电流I为参考相量，则UA与I同相位，而UL超前I（900），这样，电源电压U、镇流器两端电压UL和灯管两端电压UA就组成电压三角形，三者之间的关系符合基尔霍负电压定律，即满足U2=U2A+U2L的关系，由此可知，镇流器不是纯电感性元件，含有等效内阻。 图二三. 不同方法测来计算r和功率因数并比较1按照图1连接好电路后，用交流毫伏表及交流电流表进行测量，完成下表1内容。表1 被测量频率IICILURUCULU1U2f1=1kHz34mA14mA14mA1.7V4.7V0.8V7.4V7.8Vf2=kHz36mA16mA13mA1.8V1.8V1.8V8.4V7.5V2.按图3接线，接通实验台电源，调节自耦调压器使输出电压缓慢增大，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3测 量 数 值计算值P(W)CosI(A)U(V)UL(V)UA(V)r()Cos启辉值29.90.530.2820014985381.40.53正常工作值36.50.450.3522017580298.10.47四.提高功率因数理论分析： 日光灯电路属于电感性负载, 具有一定的功率因数。我们以40W的日光灯为例计算它的功率因数。利用调压器我们调节电源电压为220 V, 然后测得电路中的总电流是0135 A, 电路中的总功率是45W。根据有功功率的计算公式P = U Icos,可以得到cos =P/UI= 0.58。按照供用电规则, 高压供电的工业企业的平均功率因数不低于0.95、其他单位不低于0.9 的原则, 此电路急需提高功率因数。而在一般供电系统中, 提高功率因数常用方法就是与电感性负载并联电容器。1.并联电容器后对功率因数的影响如图三（1）所示, 用标有R 和L 的电感线圈来表示日光灯电路。并联电容器后, 画出此电路的向量图, 如图三（2）所示。图三通过两个图, 我们发现: 电感性负载的电流和功率因数cos = L但是电压U 和电路中总电流I之间的相位差变小了, 既cos变大了。也就是说提高了电网的功率因数, 而具体负载的功率因数未发生任何变化。提高了电源的带负载能力, 充分发挥其供电能力。2.并联电容器后对电路功率的影响没有并联电容C 时, 电路消耗的有功功率为P1 =U I1 cos1 ; 并联电容C后, 电路消耗的有功功率为P = U Icos。由向量图2 可知, I1 cos1 和Icos相等, 所以电路的有功功率没发生任何变化。但是, 在电源电压和负载功率一定时, 因为P =U Icos所以I =P/U cos可见, 功率因数越低电流越大, 供电线路的铜损I2 R 越大。并联电容后通过图2可知I减小了, 因而减小了电路中的功率损耗。五结束语正因为日光灯具有光线明亮、柔和, 经济耐用, 价格低廉等优点, 所以被广泛的应用于各种场合。但是此电路的功率因数过低, 所以既浪费了电力又浪费了财力。只要把日光灯电路稍加改进, 并联一个合适的电容, 既提高了电路的功率因数又提高了电源的利用率。为缓解我国电力资源紧张的现