实验七 日光灯电路改善功率因数实验
班级：13电子（2）班 姓名：郑泽鸿
学号：04
指导教师：俞亚堃
实验日期：2014年11月17日
同组人姓名：吴泽佳、张炜林
一、实验目的
① 了解日光灯电路的工作原理以及提高功率因数的方法； ② 通过测量日光灯电路所消耗的功率，学会使用瓦特表； ③ 学会日光灯的接线方法。
二、实验仪器与元器件
① 8W 日光灯装置（灯管、镇流器、启辉器）1套； ② 功率表1只； ③ 万用表1只； ④ 可调电容箱1只； ⑤ 开关、导线若干。
三、实验原理
已知电路的有功功率P 、视在功率S 、电路的总电流I 、电源电压U ，根据定义，电路的功率因数IU
P S P ==
ϕcos 。由此可见，在电源电压且电路的有功功率一定时，电路的功率因数越高，它占用电源（或供电设备）的容量S 就越少。
在日光灯电路中，镇流器是一个感性元件（相当于电感与电阻的串联），因此它是一个感性电路，且功率因数很低，大约只有0.5～0.6。
提高日光灯电路（其它感性电路也是一样）的功率因数cos φ的方法就是在电路的输入端并联一定容量的电容器，如图1所示。
图1 并联电容提高功率因数电路 图2 并联电容后的相量图
图1中L 为镇流器的电感，R 为日光灯和镇流器的等效电阻，C 为并联的电容器，
设并联电容后电路总电流I ，电容支路电流C
I ，灯管支路电流RL I （等于未并电容前电路中的总电流），则三者关系可用相量图如图2所示。
由图2可知，并联电容C 前总电流为RL I ，RL
I 与总电压U 的相位差为L ϕ，功率因数为L ϕcos ；并联电容C 后的总电流为I
，I 与总电压U 的相位差为ϕ，功率因数为ϕcos ；显然ϕc o s ＞L ϕcos ，功率被提高了。并联电容C 前后的有功功率
ϕϕc o s c o s IU U I P L RL ==，即有功功率不变。并联电容C 后的总电流I
减小，视在功率IU S =则减小了，从而减轻了电源的负担，提高了电源的利用率。
四、实验内容及步骤
1．功率因数测试。
日光灯实验电路如图3所示，将电压表、电流表和功率表所测的数据记录于表1中。
图3 日光灯实验电路
W 为功率表，C 用可调电容箱。
表1 感性电路并联电容后的测试数据
并联电容C （μF ） 有功功率P(W) U （V ） I （A ）
cos φ
0 38.3 220 0.34 0.48 0.47 38.3 220 0.341 0.48 1 39.3 220 0.292 0.57 2.2 38.7 220 0.225 0.71 2.67 38.3 220 0.225 0.71 3.2 39.1 220 0.209 0.83 4.7 38.1 220 0.19 0.85 5.7 39.1 220 0.215 0.78 6.9 38.5 220 0.27 0.61 7.9 39.3 220 0.3 0.53 10.1 38.9 220 0.432
0.37
2．对实验数据进行处理。
将实验测量数据以三位有效数字的形式填入表2中。
表2 感性电路并联电容后的测试数据保留三位有效数字
并联电容C（μF）P(W) U（V）I（A）cos φ
0.00 38.3 220 0.340 0.480
0.47 38.3 220 0.341 0.480
1.00 39.3 220 0.292 0.570
2.20 38.7 220 0.225 0.710
2.67 38.3 220 0.225 0.710
3.20 39.1 220 0.209 0.830
4.70 38.1 220 0.190 0.850
5.70 39.1 220 0.215 0.780
6.90 38.5 220 0.270 0.610
7.90 39.3 220 0.300 0.530
10.1 38.9 220 0.432 0.370
3．绘制cos φ—C 曲线。
根据表2中的数据，以电容C为横坐标、cos φ为纵坐标，在图4的坐标纸上绘制出cos φ— C 曲线。
图4 cos φ— C 曲线
4．实验数据计算。
有功功率P = U I cos φ，无功功率Q = U I sin φ，视在功率S = U I 。
利用公式，将实验数据中电压有效值U和电流有效值I，计算出电路的有功功率P ’、无功功率Q和视在功率S。并且将计算数据以保留三位有效数字的形式填入表3中。
表3 电路的有功功率P ’、无功功率Q、视在功率S
C（μF）P(W) U（V）I（A）cos φP’(W) Q(Var) S（V·A）
0.00 38.3 220 0.340 0.480 35.9 65.6 74.8
0.47 38.3 220 0.341 0.480 36.0 65.8 75.0
1.00 39.3 220 0.292 0.570 36.6 5
2.7 64.2
2.20 38.7 220 0.225 0.710 35.1 34.9 49.5
2.67 38.3 220 0.225 0.710 35.1 34.9 49.5
3.20 39.1 220 0.209 0.830 38.2 25.6 46.0
4.70 38.1 220 0.190 0.850 3
5.5 22.1 41.8
5.70 39.1 220 0.215 0.780 3
6.9 29.6 4
7.3
6.90 38.5 220 0.270 0.610 36.2 4
7.1 59.4
7.90 39.3 220 0.300 0.530 35.0 56.0 66.0
10.1 38.9 220 0.432 0.370 35.2 88.2 95.0 5．实验数据分析。
①功率表测量的有功功率P：
根据表2中的数据，可以看出：当并联电容C的电容量值逐渐增大时，功率表所测得的有功功率P大致在38.1W～39.3W之间波动，说明有功功率基本保持不变，所以改变并联电容C的电容量，有功功率P不变。
②交流电流表测量的总电流（电流有效值）I：
根据表2中的数据，可以看出：
a．当并联电容C的电容量值0逐渐增大4.7μF时，总电流I逐渐减小，而电源电压恒定，所以视在功率S会减小。
b．当并联电容C的电容量值4.7μF逐渐增大10.1μF时，总电流I逐渐增大，而电源电压恒定，所以视在功率S会增大。
③功率因数cos φ：
根据表2中的数据和图4的cos φ— C 曲线，可以看出：
a．当并联电容C的电容量值0逐渐增大4.7μF时，功率因数cos φ逐渐增大，电源利用率增大。
b．当并联电容C的电容量值4.7μF逐渐增大10.1μF时，功率因数cos φ逐渐减小，电源利用率减小。
④计算得出的有功功率P ’：
根据表3中的数据，可以看出：当并联电容C的电容量值逐渐增大时，根据U和I 计算而得出的有功功率P’大致在35.0W～38.2W之间波动，说明有功功率基本保持不变，所以改变并联电容C的电容量，有功功率P’基本不变。
