实验四---荧光灯电路与功率因数提高的仿真研究.docx

实验四 荧光灯电路与功率因数提高的仿真研究班级：14011502 姓名：贺晶华 学号：2015214352 座号：6F一、实验原理：1、荧光灯的组成荧光灯电路主要由灯管、启辉器和镇流器（可视为具有铁心的电感线圈）组成，荧光灯工作电路图如图1所示。2、提高荧光灯电路的功率因数原理为了提高感性负载的功率因数，常用的方法是感性负载两端并联补偿电容器，以供给感性负载所需的部分无功功率。荧光灯正常工作后，可看成由灯管和镇流器串联的电路。灯管相当于一个电阻元件（R），镇流器是一个带铁心的电感线圈（相当于一个电阻（r）、电感（L）串联的元件）。这样，荧光灯电路就看成一个（R+r）L串联电路。（R+r）L串联电路是感性电路，设电压相位超前于电流相位角，则电路的功率因数为cos。cos为负载网络的功率因数；为负载网络的阻抗角，即负载网络端口电压与电流的相位差。为了提高荧光灯电路的功率因数，常用的方法就是与感性负载两端并联电容器，其电路图如图2（a）所示。图2 提高电路功率因数的实验图与向量图相位的相量图如图2（b）所示，由相量图可见并联电容器后，负载网络端口电压与电流的相位差为。由于，故coscos，补偿电容大小可用下式进行计算：根据并联电容的容量不同，这种补偿有欠补偿（cos1，负载网络呈感性）、全补偿（cos=1）和过补偿（cos1，负载网络呈容性）3种情况。二、实验内容：1、仿真电路的构建图3 荧光灯电路与功率因数提高的仿真电路图、如图3所示。其中，U表示电源设备三相交流电源相线与零线电压 （有效值为220V，频率为50Hz，初相位为0），荧光灯灯管及整流器的线圈电阻（R+r300）与镇流器电感（L1.65H）调电容C后负载网络电压和电流的波形变化。2、仿真分析结果1）负载有功功率的测量由于早期EWB版本无功率表，测量较繁琐，可Multisim10中提供了功率表，可直接测量显示负载网络的有功功率，如图3所示。从仿真结果可得出，改变电容值，功率表读数无变化；2） C值与负载网络功率因数cos及输电线上电流IC值与负载网络功率因数cos及输电线上电流I的关系如图4所示，示波器XSC1的A、B通道分别用于观测负载网络的电压和电流波形。当它们的相位差=0时的C值即为Cmax。改变电容C的值，经过多次测试，可以得到Cmax约为4.6uF。我们取C分别为0uF、1uF、2.2uF、3.2uF、4.3uF、4.6uF、5.7uF 、6.9uF、7.9uF 和9.87 uF。在每一个C值下观测负载网络的电压和电流的波形及它们的相位差。例如，当C=3.2uF时，示波器XSC1的测量结果如图4所示。相位差的确定采用线性扫描法：将垂直光标1和垂直光标2分别移动到正弦电压与电流相邻的零点上，通过光标垂直读数区可读出这两个零点间的时间差X为1.595ms。因此可计算出此时负载网络的电压和电流的相位差为：=（X/XT）360=（1.595/20）360=28.7，同理可测得C分别取0uF、1uF、2.2uF、3.2uF、4.3uF 、4.6uF、5.7uF 、6.9uF、7.9uF 和9.87 uF时的仿真数据，结果见表1。提高感性负载的功率因数仿真电路测试表C(uF)U（V）I（mA）P(W)Xcos0219.636363.14839.5683.30560.2610.49601219.636304.43439.5682.93353.7220.59172.2219.634241.89639.5682.25841.8850.74443.2219.632202.15439.5681.39826.9650.89124.5219.631180.15039.568000.99995.6219.629195.54439.568-1.28422.9030.92116.7219.629236.35639.568-2.22240.3420.76218.2219.639314.56539.568-3.0355.0610.57279.5219.637392.51239.568-3.32762.6800.4589根据表1，可见，随着C值的增大，整个负载网络的功率因数cos越来越大，同时输电线中的总电流I越来越小。但当cos增大到一定程度后，继续增大C，cos增大和I减小的速率都放缓，再继续增大C值，cos又减小而I则增大。2 荧光灯电路并联电容器提高功率因数的实验验证正弦电压由三相交流电压给出、多功能功率表（实验室提供即可以测量有功功率同时也可以测量功率因数）、交流电流表、电压表由实验室“实验电工台”所提供，分别用于测量负载网络的有功功率、电流及电压和功率因数；改变补偿电容器的大小，其值分别为0uF、1uF、2.2uF、3.2uF、4.3uF、4.6uF、5.7uF 、6.9uF、7.9uF 和9.87 uF。经实验验证，实际电路所测数据与表1基本符合。3结论通过以上分析，显而易见利用Multisim10软件对“电路分析基础”课程的学习起