一种基于WiFi技术的日光灯电路功率因数提高实验装置和实验方法与流程

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本发明涉及一种用于电工电子实验课程的日光灯电路功率因数提高的实验教学装置和实验方法，特别涉及一种基于WiFi技术的用于电工电子实验课程的日光灯电路功率因数提高的实验教学装置和实验方法。

背景技术：

目前，高校的电工电子实验教学中，采用串接带线圈镇流器的老式日光灯电路作为电感性负载，通过并联电容器来改变电路的功率因数。主要是通过手动将电容器接入或切出电路，从而改变电路功率因数。该方法存在的缺点是：需要手动将电容器接入或切出电路，这要求学生需要完成切断电源，在实验电路上拆线(切出并联在电路的原来的电容器)、连线(接入并联在电路的新的电容器)，检查连线，接通电源，在此基础上进行并联接入新的电容器的实验数据测量，为此学生付出了时间，增加了实验操作的时间开销。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于WiFi技术的用于电工电子实验课程的日光灯电路功率因数提高的实验教学装置和实验方法。通过智能手机上的软件，控制日光灯电路功率因数提高实验电路中并联的电容器接入电路或切出电路，从而改变电路的功率因数。

该方案的优点在于：学生无需因为更换并联入电路的电容器，而重复进行断电、拆线、接线、再次通电的实验操作过程，节省了实验时间，使在实验课堂中有更多的时间用于实验现象的分析。

该方案的优点还在于：在日光灯电路通电工作的条件下，学生通过安装在智能手机上的软件控制电容器的接入或切出，无需与实验电路直接接触，就能改变并联在电路中的电容器，实时观察功率因数表的读数变化。

该方案的优点还在于：在日光灯电路通电工作的条件下，学生通过安装在智能手机上的软件控制电容器的接入或切出，无需与实验电路直接接触，就能改变并联在电路中的电容器，降低了用电安全的风险。

本发明的目的通过下述技术方案实现

实验装置包含了智能手机(1)、实验装置接线和测量平台(2)。

通过智能手机上的软件，控制日光灯电路功率因数提高实验电路中并联的电容器接入电路或切出电路。

通过安装在智能手机(1)上的控制开关发生动作的手机软件，控制补偿电容模块中的继电器发生动作，从而使得补偿电容模块中的开关(2-29)、(2-30)、(2-31)发生闭合或断开。

实验装置接线和测量平台包含了220V交流电源模块、直流电源模块、交流毫安表1、功率表、功率因数表、交流毫安表2、日光灯电路模块、交流毫安表3、补偿电容模块。

220V交流电源模块包含有220V交流电源接入插座(2-1)、保险丝盒(2-2)、船型开关(2-3)、香蕉插头插孔L(2-4)、香蕉插头插孔N(2-5)。

220V交流电源接入插座(2-1)，包含火线接线脚、零线接线脚、地线接线脚。

保险丝盒(2-2)有两根引线。

船型开关(2-3)包含有一个进线接线端和一个出线接线端。

220V交流电源接入插座(2-1)的火线接线脚与保险丝盒(2-2)的一根引线相连通。

保险丝盒(2-2)的另一根引线与船型开关(2-3)的进线接线端相连通。

船型开关(2-3)的出线接线端与香蕉插头插孔L(2-4)相连通。

香蕉插头插孔N(2-5)与220V交流电源接入插座(2-1)的零线接线脚相连通。

直流电源模块包含了变压器、整流电路、稳压电路，分别产生补偿电容模块中WiFi子电路模块(2-28)的直流工作电压和驱动继电器工作的直流工作电压。

直流电源模块输出直接与补偿电容模块中的WiFi子电路模块(2-28)的电源端，以及驱动继电器工作的直流工作电压电源端VCC相连通。

当220V交流电源接入插座(2-1)接入市电，并按下船型开关(2-3)，使开关闭合，直流电源模块将产生补偿电容模块中WiFi子电路模块(2-28)的直流工作电压和驱动继电器工作的直流工作电压。

交流毫安表1、交流毫安表2和交流毫安表3采用T19/1-mA型电流表。

功率表采用D26/1-W型功率表。

功率因数表采用型功率因数表。

补偿电容模块包含了WiFi子电路模块(2-28)、继电器、电容器和电阻器。

在不工作或待机的状态下，开关S1(2-29)使电容器C1与电阻器R1形成回路。

在不工作或待机的状态下，开关S2(2-30)使电容器C2与电阻器R2形成回路。

在不工作或待机的状态下，开关S3(2-31)使电容器C3与电阻器R3形成回路。

补偿电容模块中A点与香蕉插头插孔(2-32)相连通。

补偿电容模块中B点与香蕉插头插孔(2-33)相连通。

WiFi子电路模块(2-28)的核心芯片为ESP8266。

WiFi子电路模块(2-28)接收到智能手机(1)发出的要求继电器发生动作的指令，根据该指令，驱动对应的继电器发生动作，从而使开关S1(2-29)、S2(2-30)、S3(2-31)中一个开关发生动作，实现对应的电容器接入或切出电路。

日光灯电路模块包含了镇流器(2-25)、日光灯光管(2-26)、启辉器(2-27)。

实验连接导线用于实现模块与模块之间、模块与仪表之间的电气连接。

实验连接导线包含的类型有：导线两端为可叠插式的带香蕉插头端子，可用于香蕉插头插孔之间的连接，或接驳导线。

实验连接导线包含的类型还有：导线一端为可叠插式的带香蕉插头端子，另一端为U型端子，可用于香蕉插头插孔与仪表接线柱之间的连接。

实验连接导线包含的类型还有：导线两端为U型端子，可用于仪表接线柱之间的连接。

点击智能手机(1)软件界面中“电容器C1接入”按钮(1-1)，使WiFi子电路模块(2-28)接收到智能手机(1)发出的要求继电器发生动作的指令。

WiFi子电路模块(2-28)根据该指令，驱动对应的继电器K1发生动作，从而使开关S1(2-29)发生动作，实现对应的电容器C1并联接入电路中，改变电路的功率因数。

点击该软件界面中“电容器C1切出”按钮(1-2)，使WiFi子电路模块(2-28)接收到智能手机(1)发出的要求继电器发生动作的指令。

WiFi子电路模块(2-28)根据该指令，驱动对应的继电器K1发生动作，从而使开关S1(2-29)发生动作，实现对应的电容器C1切出电路。

点击该软件界面中“电容器C2接入”按钮(1-3)，使WiFi子电路模块(2-28)接收到智能手机(1)发出的要求继电器发生动作的指令。

WiFi子电路模块(2-28)根据该指令，驱动对应的继电器K2发生动作，从而使开关S2(2-30)发生动作，实现对应的电容器C2并联接入电路中，改变电路的功率因数。

点击该软件界面中“电容器C2切出”按钮(1-4)，使WiFi子电路模块(2-28)接收到智能手机(1)发出的要求继电器发生动作的指令，根据该指令，驱动对应的继电器K2发生动作，从而使开关S2(2-30)发生动作，实现对应的电容器C2切出电路。

点击该软件界面中“电容器C3接入”按钮(1-5)，使WiFi子电路模块(2-28)接收到智能手机(1)发出的要求继电器发生动作的指令，根据该指令，驱动对应的继电器K3发生动作，从而使开关S3(2-31)发生动作，实现对应的电容器C3并联接入电路中，改变电路的功率因数。

点击该软件界面中“电容器C3切出”按钮(1-6)，使WiFi子电路模块(2-28)接收到智能手机(1)发出的要求继电器发生动作的指令，根据该指令，驱动对应的继电器K3发生动作，从而使开关S3(2-31)发生动作，实现对应的电容器C3切出电路。

包括以下步骤：

步骤1，将220V交流电源模块、交流毫安表1-3、功率表、功率因数表、日光灯电路模块、补偿电容模块，通过实验连接导线连接起来，并令220V交流电源模块中的开关处于断开状态。

步骤1.1 220V交流电源模块的开关(2-3)处于断开状态。

步骤1.2用导线插孔(2-4)与交流毫安表1接线柱(2-6)相连。

步骤1.3用导线将交流毫安表1接线柱(2-7)与功率表的接线柱(2-9)相连，调节交流毫安表1的量程旋钮(2-8)选择500mA的量程。

步骤1.4用导线将功率表的接线柱(2-9)与(2-11)相连。

步骤1.5用导线将功率表的接线柱(2-10)与220V交流电源模块的香蕉插头插孔N(2-5)相连，使功率表处于300V的电压量限。

步骤1.6将功率表的接线柱(2-13)与(2-14)用钢片(2-15)相连，使功率表处于小电流量限0.5A的状态。

步骤1.7用导线将功率表的接线柱(2-12)与功率因数表的接线柱(2-16)相连。

步骤1.8用导线将功率因数表的接线柱(2-16)与(2-18)相连。

步骤1.9用导线将功率因数表的接线柱(2-17)与220V交流电源模块的香蕉插头插孔N(2-5)相连，使功率因数表处于220V的电压量限。

步骤1.10将功率因数表的接线柱(2-20)与(2-21)用钢片(2-22)相连，使功率因数表处于小电流量限1A的状态。

步骤1.11用导线将功率因数表的接线柱(2-19)与交流毫安表2的接线柱(2-6)相连，调节交流毫安表2的量程旋钮(2-8)选择500mA的量程。

步骤1.12用导线将交流毫安表2的接线柱(2-7)与日光灯电路模块的香蕉插头插孔(2-23)相连。

步骤1.13用导线将日光灯电路模块的香蕉插头插孔(2-24)与220V交流电源模块的香蕉插头插孔N(2-5)相连。

步骤1.14用导线将功率因数表接线柱(2-19)与交流毫安表3接线柱(2-6)相连。

步骤1.15用导线将交流毫安表3接线柱(2-7)与补偿电容模块的香蕉插头插孔(2-32)相连，调节交流毫安表3的量程旋钮(2-8)选择500mA的量程。

步骤1.16用导线将补偿电容模块中的香蕉插头插孔(2-33)与220V交流电源模块的香蕉插头插孔N(2-5)相连。

步骤1.17检查上述步骤的连线是否正确。

步骤2，启动智能手机(1)上的控制开关发生动作的手机软件，使智能手机与WiFi子电路模块之间实现通讯连接。

步骤3，令开关(2-3)闭合，照明电路通电工作，观察和记录功率表和功率因数表的读数。

步骤4，点击智能手机(1)上的控制开关发生动作的手机软件的按钮，令补偿电容模块中的开关S1(2-29)、S2(2-30)、S3(2-31)分别发生动作，使电容器C1、C2、C3分别并联接入或切出电路，使电路的功率因数得以改变。

步骤4.1，点击智能手机(1)上的控制开关发生动作的手机软件的按钮(1-1)，令补偿电容模块中的WiFi子电路模块(2-28)驱动继电器K1发生动作，S1(2-29)发生动作，使电容器C1并联接入到电路中，观察和记录功率表和功率因数表的读数。

步骤4.2，点击智能手机(1)上的控制开关发生动作的手机软件的按钮(1-2)，令补偿电容模块中的WiFi子电路模块(2-28)驱动继电器K1发生动作，S1(2-29)复原，使电容器C1切出电路中，观察功率表和功率因数表的读数。

步骤4.3，点击智能手机(1)上的控制开关发生动作的手机软件的按钮(1-3)，令补偿电容模块中的WiFi子电路模块(2-28)驱动继电器K2发生动作，S2(2-30)发生动作，使电容器C2并联接入到电路中，观察和记录功率表和功率因数表的读数。

步骤4.4，点击智能手机(1)上的控制开关发生动作的手机软件的按钮(1-4)，令补偿电容模块中的WiFi子电路模块(2-28)驱动继电器K2发生动作，S2(2-30)复原，使电容器C2切出电路中，观察功率表和功率因数表的读数。

步骤4.5，点击智能手机(1)上的控制开关发生动作的手机软件的按钮(1-5)，令补偿电容模块中的WiFi子电路模块(2-28)驱动继电器K3发生动作，S3(3-31)发生动作，使电容器C3并联接入到电路中，观察和记录功率表和功率因数表的读数。

步骤4.6，点击智能手机(1)上的控制开关发生动作的手机软件的按钮(1-6)，令补偿电容模块中的WiFi子电路模块(2-28)驱动继电器K3发生动作，S3(3-31)复原，使电容器C3切出电路中，观察功率表和功率因数表的读数。

步骤5，关断开关(2-3)，令日光灯电路停止工作。

步骤6，根据步骤3、步骤4.1、步骤4.3、步骤4.5中记录的数据，比较功率因数表读数的变化。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

该方案的优点在于：学生无需因为更换并联入电路的电容器，而重复进行断电、拆线、接线、再次通电的实验操作过程，节省了实验时间，使在实验课堂中有更多的时间用于实验现象的分析；

该方案的优点还在于：在日光灯电路通电工作的条件下，学生通过安装在智能手机上的软件控制电容的接入或切出，无需与实验电路直接接触，就能改变并联在电路中的电容器，实时观察功率因数表的读数变化；

该方案的优点还在于：在日光灯电路通电工作的条件下，学生通过安装在智能手机上的软件控制电容的接入或切出，无需与实验电路直接接触，就能改变并联在电路中的电容器，降低了用电安全的风险。

附图说明

图1是总体结构图。

图2是实验装置接线和测量平台组件模块结构图。

图3是220V交流电源模块结构图。

图4是交流毫安表接线柱和量程选择旋钮说明图。

图5是功率表接线柱说明图。

图6是功率因数表接线柱说明图。

图7是日光灯电路模块结构图。

图8是补偿电容模块结构图。

图9是实施例电气连接关系图。

图10是智能手机上控制开关发生动作的手机软件界面说明图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例