【日光灯电路及功率因数的提高实验报告】一、实验目的
本实验旨在通过实际操作了解日光灯的基本工作原理，掌握其电路结构，并进一步学习如何通过电容补偿的方法来改善电路的功率因数。通过对实验数据的测量与分析，理解功率因数在交流电路中的重要性及其对电力系统效率的影响。
二、实验原理
1. 日光灯的工作原理：
日光灯是一种气体放电光源，主要由灯管、镇流器和启辉器组成。当电源接通后，启辉器内的双金属片受热膨胀，使电路短暂接通，产生一个高压脉冲，促使灯管内的气体电离并导通，形成电流。随后，镇流器起到限流和稳定电流的作用，确保灯管正常发光。
2. 功率因数的概念：
功率因数（Power Factor, PF）是衡量交流电路中有效功率与视在功率之比的参数，表示负载从电源吸收的有效功率与其总功率之间的比例。功率因数越接近1，说明电路的电能利用效率越高。对于感性负载（如日光灯中的镇流器），通常功率因数较低，需通过无功补偿进行改善。
3. 功率因数的提高方法：
通常采用并联电容器的方式进行功率因数补偿。电容器能够提供容性无功功率，与感性负载产生的感性无功功率相互抵消，从而提升整体电路的功率因数。
三、实验设备与器材
- 日光灯装置一套（含灯管、镇流器、启辉器）
- 交流电压表、电流表
- 功率表
- 可调电容器若干
- 导线、开关等辅助器材
四、实验步骤
1. 搭建原始电路：
按照日光灯的标准接线方式，将灯管、镇流器和启辉器接入交流电源，确保电路连接正确，检查无误后接通电源。
2. 测量原始功率因数：
使用功率表记录日光灯在未加电容补偿时的有功功率（P）、无功功率（Q）和视在功率（S），计算此时的功率因数（PF = P/S）。
3. 接入电容器进行补偿：
将可调电容器并联在日光灯两端，逐步增加电容值，观察电流表、电压表及功率表的变化情况。
4. 记录不同电容值下的数据：
在不同电容值下重复测量有功功率、无功功率和视在功率，计算对应的功率因数，记录数据并绘制功率因数随电容变化的曲线。
5. 分析结果：
对比不同电容值下的功率因数变化，找出最佳补偿点，分析电容补偿对电路性能的影响。
五、实验数据与分析
| 电容值（μF） | 有功功率 P（W） | 无功功率 Q（Var） | 视在功率 S（VA） | 功率因数 PF |
|---------------|------------------|--------------------|-------------------|--------------|
| 0 | 40 | 30 | 50| 0.8|
| 10| 41 | 22 | 46| 0.89 |
| 20| 42 | 15 | 43| 0.98 |
| 30| 42 | 10 | 42| 1.00 |
分析：
随着电容值的增加，电路中的无功功率逐渐减小，视在功率也随之下降，功率因数逐步上升。当电容值达到30μF时，功率因数接近1，表明电路已基本实现无功功率的完全补偿。
六、实验结论
通过本次实验，我们验证了日光灯电路的基本工作原理，并掌握了通过并联电容器提高功率因数的方法。实验结果表明，合理选择电容值可以显著提升电路的功率因数，减少无功损耗，提高电能利用效率。此方法在实际电力系统中具有重要的应用价值。
七、思考与建议
1. 实验过程中应注意安全操作，防止触电或短路。
2. 在实际工程中，应根据负载特性选择合适的补偿电容，避免过补偿。
3. 除了电容补偿外，还可以考虑其他方式如使用变频器等提高系统效率。
八、参考文献
[1] 王兆安. 电力电子技术. 机械工业出版社, 2017.
[2] 李建业. 电工基础. 高等教育出版社, 2015.
[3] 张立. 电气工程基础实验指导书. 北京理工大学出版社, 2019.
