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實(shí)驗(yàn) 單項(xiàng)正弦交流電路的分析
一． 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/font>
1. 研究正弦穩(wěn)態(tài)交流電路中電壓、電流相量之間的關(guān)系。
2. 掌握日光燈線路的接線。
3. 理解改善電路功率因數(shù)的意義并掌握其方法。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
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序號(hào) |
名稱 |
型號(hào)與規(guī)格 |
數(shù)量 |
備注 |
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1 |
交流電壓表 |
1 |
D33 | |
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2 |
交流電流表 |
1 |
D32 | |
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3 |
功率表 |
1 |
D34 | |
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4 |
自耦調(diào)壓器 |
1 |
DG01 | |
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5 |
鎮(zhèn)流器 |
與40W燈管配用 |
1 |
DG09 |
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6 |
1μf, 2μf, 4μf/450v |
DG09 | ||
|
7 |
啟輝器 |
與40w燈管配用 |
1 |
DG09 |
|
8 |
日光燈燈管 |
40w |
1 |
DG01 |
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9 |
電門插座 |
3 |
DG09 |
三、日光燈點(diǎn)燃原理簡單說明
燈管：它的內(nèi)壁均勻地涂上一層熒光粉，兩端各有一燈絲和電極，管內(nèi)充有少量的惰性氣體（如氬.氖等）及少量的水銀，當(dāng)燈絲預(yù)熱后再在兩極間加上一定電壓，燈管就會(huì)點(diǎn)燃。
鎮(zhèn)流器：是一個(gè)鐵蕊線圈，用來限制燈管電流及啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生足夠的自感電動(dòng)勢(shì)使燈管點(diǎn)燃。
啟動(dòng)器：是一個(gè)小型輝光放電泡，泡內(nèi)充惰性氣體氖，裝有兩個(gè)電極如圖4-1示，一個(gè)是固定電極，一個(gè)是倒“U”型可動(dòng)電極是由兩種膨脹系數(shù)相差較大的金屬片粘合一起制成。
點(diǎn)燃過程：參看圖4-2中，當(dāng)電源接通時(shí)電源電壓（220V），全部加在啟動(dòng)器，兩極上，兩極間發(fā)生輝光放電，電極加熱，可動(dòng)電極內(nèi)層金屬片膨脹系數(shù)較大，熱后趨于伸直，使觸點(diǎn)閉合。將電路接通，兩個(gè)燈絲開始預(yù)熱，水銀蒸發(fā)變?yōu)樗羝瑸楣茏訉?dǎo)通創(chuàng)造了條件，啟動(dòng)器觸點(diǎn)閉合的同時(shí)，泡內(nèi)兩極間電壓下降為零，無輝光，泡內(nèi)冷卻，雙片收縮，觸點(diǎn)斷開。（觸點(diǎn)斷開能產(chǎn)生火花，燒壞觸點(diǎn)），在觸點(diǎn)斷開瞬間，鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生高的自感電動(dòng)勢(shì)加在燈管兩端，水銀蒸氣電離，管內(nèi)發(fā)生弧光放電，放射出紫外線，紫外線射在熒光粉上就產(chǎn)生了可見光，燈管點(diǎn)燃，點(diǎn)燃后的燈管電壓只有120V左右，另一部分電壓（180V左右），降在鎮(zhèn)流器上，由于燈管電壓只有120V左右，不足以使啟動(dòng)器再次啟動(dòng)。
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1． 用一只220V，15W的白熾燈炮和4μf/450v電容器組成圖4-1所示的實(shí)驗(yàn) 
電路，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后，接通市電，將自耦調(diào)壓器輸出調(diào)至220V。記錄U、UR、UC值，填入表4-1中，驗(yàn)證電壓三角形關(guān)系。
圖4-1 表4-1
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測 量 值 |
計(jì) 算 值 | ||||
|
U(v) |
UR(v) |
UC(v) |
U’(UR,UC組成RtΔ) |
ΔU |
ΔU/U |
2. 日光燈線路接線與測量。
按圖4-2組成線路，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后接通市電交流220V電源，調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器的輸出，使其輸出電壓緩慢增大，直到日光燈剛啟輝點(diǎn)亮為止，記下三表的指示值。然后將電壓調(diào)至220V，測量功率P，電流I，電壓U, UL, UA等值，驗(yàn)證電壓、電流相量關(guān)系。表4-2
測量數(shù)值 計(jì)算值 P(w) cosφ I(v) U(v) UL(v) UA(v) R(Ω) cosφ 啟輝值 正常工作值
3. 并聯(lián)電容電路：電路功率因數(shù)的改善。
按圖4-3組成實(shí)驗(yàn)線路
圖4-3
經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后，接通市電，將自耦調(diào)壓器的輸出調(diào)至220V，記錄功率表，電壓表讀數(shù)，通過一只電流表和三個(gè)電門插座分別測得三條支路的電流，改變電容值，進(jìn)行三次重復(fù)測量填入4-3中。
表4-3
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電容值 |
測 量 數(shù) 值 |
計(jì) 算 值 | |||||
|
(μf) |
P(w) |
U(v) |
I(A) |
IL(A) |
IC(A) |
I’(A) |
cosφ |
|
2 |
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4 |
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6 |
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8 |
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五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
1. 本實(shí)驗(yàn)用交流市電220V，務(wù)必注意用電和人身安全。
2. 功率表要正確接入電路，讀數(shù)時(shí)要注意量程和實(shí)際讀數(shù)的折算關(guān)系。
3. 線路接線正確，日光燈不能啟輝時(shí)，應(yīng)檢查啟輝器及其接觸是否良好。
六、預(yù)習(xí)思考題
1. 參閱課外資料，了解日光燈的啟輝原理
2. 在日常生活中，當(dāng)日光燈上缺少了啟輝器時(shí)，人們常用一根導(dǎo)線將啟 輝器的兩端短接一下，然后迅速斷開，使日光燈點(diǎn)亮，或用一只啟輝器去點(diǎn)亮多只同類型的日光燈，這是為什么？
3. 為了提高電路的功率因數(shù)，常在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，此時(shí)增加了一條電流支路，試問電路的總電流是增大還是減小，此時(shí)感性元件上的電流和功率是否改變？
4. 提高線路功率因數(shù)為什么只采用并聯(lián)電容器法，而不用串聯(lián)法？所并的電容器是否越大越好？
七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1. 完成數(shù)據(jù)表格中的計(jì)算，進(jìn)行必要的誤差分析。
2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別繪出電壓、電流相量圖，驗(yàn)證相量形式的基霍夫 定律。
3. 討論改善電路功率因數(shù)的意義和方法。
4. 裝接日光燈的心得體會(huì)及其他。
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