1.8 功率因数的提高实验
一、实验目的
（1）学习和掌握用实验方法分析阻抗的串联和并联电路。
（2）进一步掌握功率表的使用方法。
（3）了解提高功率因数的方法。
二、实验仪器设备
（1）单相调压器1台。
（2）荧光灯组件1套。
（3）可变电容箱1个。
（4）交流电流表、电压表各1块。
（5）低功率因数功率表1块。
（6）电流测量插孔及插头1套。
三、实验原理与说明
本实验所用交流负载为荧光灯，荧光灯电路由灯管、镇流器、辉光启动器（简称启辉器）三部分组成，如图1-8-1所示。
图1-8-1 RL电路提高cosφ实验原理图
1.荧光灯的点燃过程
在图1-8-1中，当220V、50Hz正弦交流电源接通的瞬间，电压全部加在启辉器动、静触点上，启辉器氖泡内气体导电产生热量使动触点受热伸展，与静触点接触，这时流过灯丝的电流增大，灯丝发热后发射电子，同时灯管内水银受热蒸发。氖泡内动、静触点接触后，氖泡内气体放电停止动静触点冷却收缩与静触点脱离，使电路瞬时切断，此时由于电路电流突变，镇流器两端感应出了瞬时的高压，这一高压加在荧光管两端，使得荧光灯管内的电子运动速度加快。高速运动的电子碰撞管内的氩分子，使氩气电离导电。氩气导电后产生热量，使管内水银加速蒸发的水银原子受电子、离子的碰撞也参与导电，此时除放出一些可见光外，还辐射出大量的紫外线。管壁上的荧光粉，在紫外线激发下就发出近似日光的可见光来。
2.荧光灯电路分析
灯管点燃发光后，启辉器断开，此时即为灯管与镇流器串联。灯管可以近似地看作电阻性负载，镇流器线圈可视为电阻与电感串联，它的功率因数较低。对于这样一个低功率因数的感性负载，可以在其两端并联电容器来提高功率因数。
镇流器线圈的复阻抗为：Z1=R1+jωL
灯管的复阻抗为：Z2=R2；
而整个荧光灯的等效复阻抗为：
Z=Z1+Z2
=（R1+R2）+jωL
=R+jωL
测U、IL、P（荧光灯吸收的总功率），可计算出荧光灯的等效参数R、L、|Z|和它的功率因数λ1=cosφ1。
测量U2、IL，可计算出灯管的等效参数Z2=R2。
荧光灯并联电容器后，荧光灯自身的所有电压、电流、功率、功率因数没有变化，但电路的总电流I减小，电路的总功率因数提高为：
λ2=cosφ2>cosφ1
已知C可得cosφ2；反之，已知cosφ2，可求得C。
四、实验内容与步骤
（1）调节变压器，将输出电压调到220V。
（2）按图1-8-2接线。实验中电压表、电流表和功率表不要接死在电路中，为了测量方便，采用了电流测量插孔。
图1-8-2 提高cosφ实验接线图
（3）按表1-8-1进行测量。将电流表及功率表的电流接线端接上插头，插入电流测量插孔，则电流表和功率表的电流线圈即被串入电路之中，测完后，将电流插头拨出；电压表及功率表的电压接线端采用表笔，可靠接触在所需测量的位置。
需要测量的数据：
（1）并联电容前，荧光灯电路的电压U、电流I、功率P；镇流器电压U1，功率P1；灯管电压U2，电流IL，功率P2；由公式
计算出cosφ1。
（2）接入电容C，重复上述测量，并测量电容电流IC。由公式
可计算出欲达到的cosφ2时的电容C值。
将各次测量数据及计算数据填入表1-8-1中。
表1-8-1 提高功率因数测量结果
五、注意事项
（1）该实验电压为220V，实验过程中注意安全，遵守操作规程，防止触电。
（2）功率表电流接线端接电流插头，电压接线端接表笔，两“*”端不要再连线。
六、思考题
（1）如何使用万用表检查荧光灯电路的故障？
（2）在该电路中镇流器有两个作用，一是在荧光灯启动过程中产生高压，使荧光灯点燃，二是在荧光灯点燃后起分压作用，从而稳定电路中的电流。如果实验中忘记接入镇流器，会产生什么后果？
（3）欲将cosφ2提高至0.9，需要并入的电容是多少？