日光灯电路非线性分析.pdf

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1、大庆石油学院学报J O U R N A I。O FD A Q I N GP E T R O l。E U MI N S T I T U T E第3 2 卷第2 期2 0 0 8 年4 月V 0 1 3 2N o 2A p r 2 0 0 8日光灯电路非线性分析高(1 大庆石油学院电气信息工程学院，黑龙江大庆1 6 3 5 1 1)微1，朱英21 6 3 3 1 8，2 大庆油田有限责任公司第四采油厂。黑龙江大庆摘要：日光灯电路常用在正弦稳态交流电路分析实验中，理论计算与实验测量结果有较大的误差相量分析与波形观察表明，日光灯管为非线性器件，导致日光灯管端电压为非正弦波周期量，不能用相量分析法分析日

2、光灯电路，即日光灯电路不能用相量法验证基尔霍夫电压定律关键词：日光灯电路；相量分析；非正弦量#非线性器件，无功功率中图分类号：T M l 3 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 0 1 8 9 1(2 0 0 8)0 2 0 0 9 4 0 3日光灯电路被看成是最合适的正弦稳态交流电路分析的实验电路，验证相量形式的基尔霍夫电压定律，而在相量分析中，实验测量数据误差很大，电压超过1 7V 笔者拟通过对E l 光灯电路进行相量分析并观测日光灯管两端电压波形，分析误差原因1日光灯电路日光灯电路见图1 其中A 为日光灯管，L 为镇流器，S 为启辉器分别采用4 套设备进行实验，4 组实验测量数据见表1

3、 其中U。，U A，U 分别为镇流器、日光灯管及电源端电压有效值，_ 为日光灯电路中电流有效值，C O S9 为电源电压与电流之间夹角的余弦(即电路功率因数)，P 为负载消耗的有功功率，Q 为负载总的无功功率，Q。为镇流器消耗的无功功率通常，日光灯管正常工作时被等效成电阻，镇流器被等效成电感等效电路、相量图见图2 其中D，仉及“，应该满足基尔霍夫电压定律，但实验测量和理论计算结果之间存在较大误差(见表1)(a)等效电路l 以l 仉“(b)相量图图1日光灯电路图2理想日光灯等效电路的相量分析表1日光灯电路测量数据1 1 理想相量分析与实验结果理想日光灯等效电路及相量图见图3 设镇流器(L)为纯电

4、感性元件，日光灯管(A)在工作状态下为纯电阻性元件，令电流I 为参考相量，则以与J 同相位，而阢超前J(9 0。)这样，电源电压D、镇流器两收稿日期：2 0 0 7 一0 4 0 5；审稿人：王明吉；编辑：王文礼作者简介：高微(1 9 6 z 一)，女，工程师，主要从事电工及电子技术方面的研究9 4 万方数据第2 期高微等：日光灯电路非线性分析端电压仉和灯管两端电压瓯就组成电压三角形，三者之间的关系符合基尔霍夫电压定律，即满足U 2 一U j+u i 的关系由表1 可见，理论与测量的【厂不相等，电压误差在1 9V 左右由此可知，镇流器不是纯电感性元件，含有等效内阻1 2 镇流器内阻将镇流器与白

5、炽灯(电阻性元件)串联，见图4 等效电路及相量图见图5，测量数据见，表2 第1 组数据：总电阻R 7=导=2 3 9 oQ，R 灯=T U R 一1 8 1 0Q，则镇流器内阻R L=5 7 9 9Q 第2 组数据：总电阻R，：图4 镇流器与白炽灯串联导=2 7 8 2Q，R 灯=牛=2 1 7 8Q，则镇流器内阻R L=6 0 3 9Q 由万用表测得镇流器线圈电阻为5 0Q，故镇流器内阻(包括线圈电阻和铁心损耗)应大于5 0Q 1 3 相量分析(a)等效电路U A(b)相鼍图图3理想日光灯电路的相量分析“札(a)等效电路(b)相量图图5 镇流器与白炽灯串联的相量分析表2 镇流器与白炽灯串联测

6、量数据组次人们一直把日光灯管在工作状态下看成是一个D纯电阻性元件，镇流器看成是一个纯电感L 和一个等效电阻R 串联而成(R 为镇流器线圈电阻和铁心损耗)，日光灯等效电路及相量图见图6 其中以为灯管二端压降，“，L 仉。，分别为镇流器的电感压降分量和电阻压降分量，(，为总电压如果以与工彳轧之式，仉从。(a)等效电路(b)相量图图6实际日光灯电路相量分析同相位，说明E I 光灯管在工作状态下是一个纯电阻性元件，否则为非纯电阻性元件设相量D 和相量D。(虚线一实际相量)的夹角为口，9 一口为灯管电压U A 与电路中电流i 之间的相位r T 2J-r-2 一rr 2差，由余弦定理得(代入表1 第1 组

7、数据)：C O S 口=毒毪产=0 6 6 6，a 一4 8 6 2。实验测量C O S 妒z L)。U A-0 4 8，妒=6 1 3 1。由图6 可知，灯管端电压D 与电路中电流I 之间的相位差为妒一口=1 2 6 9。另外，由无功功率分析知，日光灯电路为感性负载，主要源于镇流器为电感线圈，设负载总的无功功率为Q，镇流器消耗的无功功率为Q L 代入表1 第1 组数据，得Q=彤s i n9=7 3 5 2W，Q L 一6 4 6W 镇流器消耗的无功功率Q。小于负载总的无功功率Q，其差值为8 9 2w 表1 中，实验测量4 组数据，得到灯管端电压U。与电路中电流I 之间的相位差在1 0。以上；

8、镇流器消耗的无功功率小于负载总的无功功率，其差值在8W 左右因此，日光灯管在工作状态下不是纯电阻，灯管内含有电感量如果日光灯电路是线性电路，可把镇流器看成一个高电感、低电阻性的负载，而灯管可看成是一个低电感、高电阻性负载因此，可把图1 的电路画成等效电路及相量图(图7)其中，仉。分别为镇流器的电阻压降分量和电感压降分量；阢。及“A 分别为灯管的电阻压降分量和电感压降分量设以为负载总的电感电压，代人表1 第1 组数据，得U L A=U s i n(t D 一口)=2 1 2 8V，U：=“巩，丫 万方数据大庆石油学院学报第3 2 卷2 0 0 8 年【，s i n 妒=1 9 2 4V，U L

9、L=U：一u L A=1 7 1 1 2V 实验测量镇流器端电压u L 为1 6 9 1V U L L，忽略测量误差，表示镇流器无内阻压降镇流器参数测定也说明镇流器的内阻应大于5 0Q 2误差原因实验测出镇流器有内阻，一般在5 0Q 左右，而相量分析结果却相反，即镇流器没有内阻由此提出相量分析是否适合日光灯电路的问题相量指电压和电流随时间按正弦规律变化的正弦量在日光灯电路相量分析法中忽视灯管两端的电压根本不是正弦量，而是非正弦量，用Y B 4 3 2 0 F 型双踪示波器观察工作状态下的日光灯管两端电压，见图8 由图8 可见，日光灯管两端电压的波形是谐波，是一个接近方波的非正弦周期波形根据谐波

10、分析理论，镇流器彳厶皇幸，一 灯管妒U n(a)等效电路(b)相量图图7实际目光灯电路相量法分析图8日光灯管两端电压波形它可以分解为5 0H z 的基波和3 次、5 次、7 次等奇次谐波，即越A()=等s i n(c c，-)+寺s i n(3 w,t)+言s i n(5 珊)+s i n(如i t)+，h 为审数其中基波及接近基波的高次谐波是非正弦周期量的主要组成部分镇流器与白炽灯串联是正弦电流电路，实验中观测电路负载上的稳态响应和电源激励是同频率的正弦量，其相量图及数据计算是有效的在日光灯电路中，电源是正弦律的，负载上响应不按正弦规律变化 1 3 只有正弦周期量，才能用相量表示；只有同频率

11、的正弦量，才能画在同一相量图上 2 引实验中电源端为正弦交流电压，如果电路存在非线性元件，即使在正弦电源的作用下，电路中也将产生非正弦周期的电压和电流H 3结束语日光灯管为非线性器件，导致日光灯管端电压为非正弦波周期量，所以不能用相量分析法分析日光灯电路，即日光灯电路不能用相量法验证基尔霍夫电压定律参考文献：1 夏承铨电路分析 M 武汉s 武汉理工大学出版社，2 0 0 6：2 9 8 z 秦曾煌电工学 M 北京：高等教育出版社，2 0 0 4：1 0 7-1 4 7 I s 郑敏正弦稳态电路的相量图解法口 青海师范大学学报：自然科学版，2 0 0 5(4),4 3-4 5 4 2 邱关源电路

12、 M 北京：高等教育出版社，2 0 0 6：3 1 1 万方数据日光灯电路非线性分析日光灯电路非线性分析作者：高微，朱英，GAO Wei，ZHU Ying作者单位：高微,GAO Wei(大庆石油学院,电气信息工程学院,黑龙江,大庆,163318)，朱英,ZHUYing(大庆油田有限责任公司,第四采油厂,黑龙江,大庆,163511)刊名：大庆石油学院学报英文刊名：JOURNAL OF DAQING PETROLEUM INSTITUTE年，卷(期)：2008,32(2)被引用次数：1次 参考文献(4条)参考文献(4条)1.邱关源 电路 20062.郑敏 正弦稳态电路的相量图解法期刊论文-青海师范大学学报(自然科学版)2005(04)3.秦曾煌 电工学 20044.夏承铨 电路分析 2006 引证文献(1条)引证文献(1条)1.许志华.高玉娟 日光灯电路的非线性研究期刊论文-科技信息(学术版)2008(36)本文链接：http:/