《电工电子技术简明教程》 课件 9 日光灯电路的安装和功率因数的提高

任务9日光灯电路的安装和功率因数的提高1、掌握有功功率、无功功率、视在功率的计算。2、理解功率因数提高的意义和方法。3、学会安装与测试荧光灯照明电路。返回主目录知识要点一、交流电路的功率及功率因数实际电路一般是由电阻、电感、电容元件组成的二端网络。1．瞬时功率图9-1所示为任一线性无源二端网络，以电流为参考正弦量，设端口电流为则端口电压为（为电压与电流的相位差）当电压、电流参考方向相关联时，此二端网络的瞬时功率为可见，二端网络的瞬时功率瞬时功率由两项组成，一项为恒定分量，另一项为频率为的余弦分量，曲线如图9-2所示。在u或i为零时，；在和同方向时，网络吸收功率；在和反方向时，网络发出功率，从图上看一般在一个周期内网络吸收的功率和发出的功率不相等，说明网络有能量的消耗。图9-1二端网络图9-2二端网络电压、电流和功率波形2．有功功率（平均功率）有功功率的计算公式为

式中，、为端口电压和电流的有效值，为端口电压和电流的相位差，为二端网络的功率因数。有功功率就是电路中消耗的功率，由于电感、电容元件的有功功率为零，因而电路中的有功功率等于各电阻元件消耗的功率之和，即3．无功功率将二端网络的瞬时功率表达式展开后得到第一项在一周期内的平均值为；第二项是最大值为角频率为的正弦量，在一周期内的平均值为零，它反映了二端网络与外界能量交换的情况。定义：该项的最大值为网络的无功功率。用字母表示为

因为电阻元件无功功率为零，所以二端网络的无功功率等于电感元件与电容元件无功功率的代数和，即4．视在功率在正弦交流电路中，将电压有效值和电流有效值的乘积称为网络的视在功率。用字母S表示，单位为伏安（V·A）或千伏安（kV·A），即因为

所以

图9-3功率三角形可见，、、三者也构成了直角三角形的关系，称为功率三角形。它与网络的阻抗三角形、电压三角形为相似三角形，如图13-5所示。视在功率通常用来表示电气设备的容量。各种电气设备的额定电压与额定电流的乘积为额定视在功率，通常称为容量，SN=UNIN。电气设备的容量表明了该电源提供的最大有功功率，而并不等于实际输出的有功功率，有功功率还与功率因数有关。三、功率因数的提高由可知，电路的功率因数越高，电源设备发出的功率越接近于电气设备的容量，电源设备就能得到充分利用。由上式还可知道，当负载的功率和电压一定时，功率因数越高，线路中的电流越小，所以输电线上的能量损耗越小，压降也越小，从而提高了输电的效率。提高功率因数具有重要的经济意义。

1．提高功率因数的方法实际电路中的负载多数为感性负载，如荧光灯电路、各种使用电动机的电路。在感性负载两端并联适当容量的电容器，就可以对电路的功率因数进行补偿。如图9-4（a）所示，对一个感性负载，未并电容器时，线路中的电流等于，电路的功率因数为；并联电容器后，线路中的电流，功率因数为，由相量图139-64（b）可以看出，所以，即并上电容器以后，功率因数提高了。图139-64感性负载并联电容器特别要注意，所谓提高功率因数是感性负载并联电容后提高了整个电路的功率因数，从而使供电总电流减小，从而获得经济效益。但感性负载本身的功率因数并未改变，它本身的电压、电流和工作状态均未改变。在未并联电容器时负载所需的无功功率全部由电源提供，而并联电容器后，负载所需的无功功率一部分由电容器提供（补偿），从而减小了电源供给的无功功率，使电源设备的容量得到充分利用。2．并联电容的选取

未并联电容器时电源提供的无功功率为

并联电容器后电源提供的无功功率为因此电容器补偿的无功功率为

又因为

所以在式（13-12）中的值，就是当电源提供有功功率为P、供电电压为、电源频率为、将功率因数从cosφ1提高到cosφ所需并联的电容器的电容量二、相关知识1．荧光灯电路的组成及其工作原理简介图9-5荧光灯电路（1）荧光灯电路的组成传统的荧光灯电路由灯管、镇流器和启辉器三部分组成，其中的镇流器就是一个大电感线圈，使整个电路呈现感性。现在有许多日光灯电路已经采用了电子镇流器，没有了大电感线圈，大大减小了电路的感性，既没有镇流器工作时发出的嗡嗡声，又没有日光灯管在刚点亮时的闪烁，还节约了电能，是个值得推广的节能产品。传统的荧光灯电路组成见图9-5所示。（2）荧光灯电路的工作原理荧光灯管是一根细长玻璃管，管内充有少量水银蒸气，管内壁涂有一层荧光粉，两端各有一组灯丝，灯丝上涂有易使电子发射的金属氧化物。镇流器是一个具有铁心的电感线圈，其作用是由它产生很大的感应电动势，击穿灯管内的水银蒸汽，使灯管点燃，在灯管正常工作时，则起到限制电流的作用，这也是镇流器名称的由来。镇流器的规格应与灯管的额定功率配套使用。启辉器在荧光灯电路中起着自动开关的作用。启辉器的玻璃泡内充有氖气，并装有两个电极，其中一个由双金属片制成，双金属片在热胀冷缩时具有自动开关的作用，玻璃泡内温度高时两电极接通，玻璃泡内低温时两电极断开。在接通电源开关时，启辉器两极间承受着电源电压（此时日光灯管尚未点亮，在电路中相当于开路），启辉器的两电极间产生辉光放电，使双金属片受热膨胀而与静触点接触，电源经镇流器、灯丝、启辉器构成电流通路使灯丝加热。由于启辉器的两个电极接触使辉光放电停止，双金属片冷却导致两个电极分离，使电路突然断开，瞬间在镇流器的两端会产生较高的自感电动势，这个自感电动势与电源电压共同加在已加热的灯管两端的灯丝间，击穿了管内的水银气体，使之电离从而形成导电通路。已经电离的水银离子打到管内壁的荧光粉上，使荧光粉发出光亮。当灯管点亮正常工作以后，电路中的电压大约有一半加在镇流器两端，使灯管两端的电压降低，不会使启辉器再次动作点亮了的灯管近似为一个纯电阻，由于镇流器与荧光灯管串联，荧光灯电路可以用图9-6的等效电路来表示。镇流器具有较大的感抗，所以能限制电路中的电流，维持荧光灯管的正常工作。荧光灯点亮以后，通过测量镇流器和灯管两端的电压，可以观察电路中电压的分配情况。2.提高日光灯电路功率因数的方法镇流器的感抗较大，荧光灯电路的功率因数是比较低的，通常在0.5左右。过低的功率因数对供电单位和用户来说都是不利的，一般采用并联合适容量的电容器来提高电路的功率因数。三、操作步骤1．荧光灯电路的装配与测量①按照表9-1中所要求的实验内容，首先画出实验电路。②将调压器手柄置于零位，按正确的实验电路图接线。③仔细检查电路无误后接通电源，调节调压器输出电压为220V（荧光灯额定电压），点亮荧光灯。根据表9-1所要求的实验内容，逐项测量表中所要求的各项数据，并计算此时的功率因数，填入表9-1中。表中ISt为荧光灯启动电流。2．荧光灯功率因数的提高①在图9-5所画实验电路中的相应位置上加画电容。②分别计算功率因数cosφ=0.8，cosφ=0.9时所应并联的电容值，并将计算结果填入表9-1中。③将调压器手柄置于零位，按正确的实验电路图在相应位置接入不同电容。④仔细检查电路无误后接通电源，调节调压器输出电压为220V，点亮荧光灯。根据表9-1所要求的实验内容，逐项测量表中所要求的不同功率因数时的各项数据。⑤检查实验数据无误后，断开电源，电容器经短接放电后，拆除线路，测量并记下镇流器线圈的电阻值。项