正弦稳态交流电路相量研究及功率因数提高

实验六 正弦稳态交流电路相量研究及功率因数提高

实验六 正弦稳态交流电路相量研究及功率因数提高 2 学时 一、实验目的 1 、研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2 、掌握日光灯线路的接线。 3 、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明

1 、在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回 路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即 Σ I=0 和 Σ U=0 2 、 (一) 图 所示的 RC 串联电路， 在正弦稳态信号 U 激励下， U R 与 U C 保持有 90 ° 的相位差，即当 R 阻值改变时， U R 的相量轨迹是一个半园。 U 、 U C 与 U R 三者 形成一个直角形的电压三角形，如图(二)所示。 R 值改变时，可改变 φ 角的大小， 从而达到移相的目的。

3 、日光灯线路如图(三)所示，图中 A 是日光灯管， L 是镇流器， S 是启辉器， C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数( cos φ 值)。 有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

三、实验设备 表(一) 序号 1 2 3 4 名称 交流电压表 交流电流表 功率表 自耦调压器 镇流器、启辉 与 30W 灯管 5 器 6 日光灯灯管 配用 30W 1 μ F 、 7 电容器 2.2 μ F 、 各 1 HE-16 1 屏内 各 1 HE-16 型号与规格 0 ~ 450V 0 ~ 5A 数量 1 1 1 1 备注

4.7 μ F/500V 8 9 白炽灯及灯座 220V 、 15W 1 ~ 3 电流插座 3 HE-17 屏上

四、实验内容 1 、按图(一)接线。 R 为 220V 、 15W 的白炽灯泡，电容器为 4.7 μ F/500V 。经 指导指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出(即 U )调至 220V 。记录 U 、 U R 、 U C 值，验证电压三角形关系。 表(二) 测量值 U( V ) R U U C 计算值 U′ (与 U R 、 U C 组 ⊿ U= U′ ⊿ U/U -U ( V ) ( % ) )

( V ) ( V ) 成 Rt ⊿) (

2 、日光灯线路接线与测量。

利用 HE-16 实验箱中“ 30W 日光灯实验器件”、屏上与 30W 日光灯管连通的插孔及相 关器件，按图(四)接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出， 使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压 调至 220V ,测量功率 P ,电流 I ,电压 U 、 U L 、 U A 等值，验证电压、电流相 量关系。 表(三) 测量数值 cos P( W ) U L U A 计算值

I( A ) ( V ) U r( Ω ) cos φ φ ( V )( V )

启辉值 正常工作 值 3 、并联电路 - 电路功率因数的改善。 利用主屏上的电流插座，按图(五)组成实验线路。

经指导教师检查后，接通实验台电源，自耦调压器的输出调至 220V ,记录功率表，电 压表读数。通过一只电流表和三个电流插

座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进 行三次重复测量。 表(四) 电容值 测量数值 ( μ P( W ) cos φ F ) 0 1 2.2 4.7 计算值 I( A ) L I I C I ′ cos φ U( V ) ( A )( A )( A )

五、实验注意事项

1 、本实验用交流市电 220V ,务必注意用电和人身安全。 2 、功率表要正确接入电路，读数时要注意量程和实际读数的折算关系。 3 、线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉及其接触是否良好。 六、预习思考题 1 、参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。 2 、在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短 接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯， 这是为什么？( HE-16 实验箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做一下实验。) 3 、为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路， 试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？ 4 、提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否 越大越好？ 七、实验报告 1 、完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2 、根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。 3 、讨论改善功率因数的意义和方法。

4 、装接日光灯线路的心得体会及其他。