實驗三+交流參數(shù)的測試及感性負載功率因數(shù)的提高09-10(2).ppt

電工電子技術實驗 實驗3 電工電子技術實驗 上海理工大學電工電子實驗中心 實驗三交流參數(shù)的測試及感性負載功率因數(shù)的提高 一實驗目的 1 掌握交流參數(shù)的測試方法 三表法 2 掌握感性負載功率因數(shù)提高的方法和實際意義 3 了解日光燈電路的基本原理 并學會日光燈電路的正確連接和使用 4 掌握正確使用交流電流表 電壓表 功率表的方法 二預習要求 1 復習交流串并聯(lián)電路中電壓和電流的相量關系及提高功率因數(shù)的意義和方法 2 熟悉日光燈電路的組成及工作原理 3 熟悉交流電壓表 電流表 功率表的使用 三實驗原理 1 三表法測交流電路的等效參數(shù)正弦交流激勵下的等效參數(shù) 阻抗值 可以用交流電壓表 交流電流表及功率表 分別測量出元件兩端的電壓U 流過該元件的電流I和它所消耗的功率P 如圖1所示 然后通過計算得到所求的等效參數(shù) 這種方法稱為三表法 根據(jù)交流電路的歐姆定律 可以有 阻抗的模 Z 電路的功率因數(shù) cos UI等效電阻 R I2 Z cos 等效電抗 X Z sin 對于感性元件 X XL 2 fL對于容性元件 X Xc 2 fC 2 交流電路中的功率因數(shù)及改善 1 功率因數(shù)交流電路的功率因數(shù)定義為有功功率與視在功率之比 即 cos P S UI P UIcos 其中 為電路的總電壓與總電流之間的相位差 2 功率因數(shù)提高的實際意義功率因數(shù)的大小關系到電源設備容量的利用率和輸電線路能量的消耗 交流電路的負載多為感性 如日光燈 電動機 變壓器等 電感與外界交換能量本身需要一定的無功功率 因此功率因數(shù)比較低 cos 1 從供電方面來看 在同一電壓下輸送給負載一定的有功功率時 所需電流就較大 若將功率因數(shù)提高 如cos 1 所需電流就可小些 這樣即可提高供電設備的利用率 又可減少線路的能量損失 2 交流電路中的功率因數(shù)及改善 3 功率因數(shù)提高的方法為了提高交流電路的功率因數(shù) 可在感性負載兩端并聯(lián)適當?shù)碾娙?如圖2所示 并聯(lián)電容 以后 對于原電路所加的電壓和負載參數(shù)均未改變 但由于Ic的出現(xiàn) 電路的總電流I減小了 總電壓與總電流之間的相位差 減小 即功率因數(shù)cos 得到提高 電感負載所需的無功功率大部分或全部由電容器供給 使供電系統(tǒng)的能量得到充分利用 鎮(zhèn)流器作用 a 在燈管啟輝瞬間產(chǎn)生一個比電源電壓高的多的自感電壓幫助啟輝 b 限制日光燈的工作電流 啟輝器作用 在電路中起自動開關作用 電容是防止燈管啟輝時對無線電干擾 1 日光燈電路的組成日光燈由燈管 啟輝器和鎮(zhèn)流器組成 如圖3所示 3 日光燈電路的工作原理 2 日光燈電路的工作原理 日光燈管的工作原理 當燈管兩端加上高壓時 管內(nèi)水銀蒸氣游離放電 發(fā)出弧光 弧光中的紫外線射到管壁熒粉上 使它受到激勵而發(fā)光 日光燈管的工作特性如圖4所示 由圖可見日光燈管在開始游離放電時需要足夠高的電壓 正常工作時燈管兩端電壓較低 日光燈電路的工作過程 當接通電源瞬間 電源電壓都加在啟輝器光管的兩電極之間 使 U 型的雙金屬片接通 這時日光燈的燈絲通過電極與電源構成一個閉合回路 同時 啟輝器接通后電極間電壓為零 啟輝器停止放電 倒 U 型雙金屬片冷卻 在此瞬間回路中的電流突然斷電 于是鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個比電源電壓高得多的感應電壓連同電源電壓一起加在燈管兩端 使管內(nèi)水銀蒸氣游離放電 發(fā)出弧光 管壁熒粉受到弧光激勵而發(fā)光 四實驗任務 1 設計一RL串聯(lián)交流電路 實驗參考線路圖如下 測量以下參數(shù) 總電壓 總 電感上的電壓 rL 電阻R上的電壓 R RL串聯(lián)支路中的電流I 總功率P 并計算出實驗電路中的各部分參數(shù) 將數(shù)據(jù)填入表1中 實驗線路的連接 1 在實驗臺中找出對應的源 元件及測量工具 函數(shù)信號源的使用 交流電壓表的使用 交流電流表的使用 函數(shù)信號源 交流電壓表 交流電流表 實驗線路的連接 功率表組成的三個關鍵部分 a 具有不同量限電流線圈 測量時應與負載串聯(lián) b 具有不同量限的電壓線圈 測量時應與負載并聯(lián) c 同名端 為了不使功率表的指針反向偏轉(zhuǎn) 在電流線圈和電壓線圈的一個端鈕上都標有 標記 稱為同名端 功率表的使用 功率表 功率表的連接 a 將標有 標記的兩個同名端鈕接在一起 接到電源的同一端 b 電流線圈的另一端串接至負載端 電壓線圈另一端則并聯(lián)至負載的另一端 圖6是功率表在電路中的連接示意圖 功率表的使用 功率表量程的選擇 電感和電阻元件的取用 功率表 電感和電阻元件 2 實驗線路連接方法說明 3 實驗線路連接示范 實驗中注意點 1 交流電路實驗先接線 后調(diào)節(jié)電源 調(diào)節(jié)電源前檢查電源幅度調(diào)節(jié)旋鈕是否歸零 2 改接實驗線路或?qū)嶒炌戤?先將電源幅度調(diào)節(jié)旋鈕歸零 再斷電源 3 開啟函數(shù)電源開關前 合理的選擇交流電壓表 50V 交流電流表 200mA 和功率表 50V 0 4A 的量程 3 函數(shù)電源頻率和幅度的正確調(diào)節(jié) 頻率 200HZ 幅度 18V 4 數(shù)據(jù)采集點說明 2 設計一日光燈電路 觀察日觀燈的起輝情況 要求 將可變電容箱與日光燈支路并聯(lián) 改變電容值 使電路的性質(zhì)從感性負載變?yōu)橹C振狀態(tài)后再改變到容性負載 每改變一次電容C 測出相應的 總 R rL I總及P值并計算功率因數(shù) 將數(shù)據(jù)填入表2中 實驗線路的連接 1 在實驗臺中找出對應的源 元件及測量工具 單相可調(diào)電壓源的使用 日光燈電路的組成以及線路連接說明 電容的調(diào)節(jié)與連接說明 2 實驗線路的連接方法與連接示范 單相交流可調(diào)電源 日光燈元件 電容元件 日光燈實驗線路連接示范 4 采集的數(shù)據(jù)分布情況 實驗中電路工作特點為并聯(lián)諧振 測量數(shù)據(jù)的特征為I總先由大變小 再由小變大 總 R rL及P值保持不變 實驗中注意點 2 單相可調(diào)電壓源幅度的正確調(diào)節(jié) 幅度 220V 在電壓達到190V附近 日光燈開始啟動 3 日光燈的啟動電流較大 啟動時要注意電流表及功率表電流線圈的量程 以免損壞儀表 1 開啟單相可調(diào)電壓源開關前 合理的選擇交流電壓表 250V 交流電流表 1A 和功率表 500V 0 4A 的量程 五實驗總結(jié) 1 將實驗數(shù)據(jù)整理并列表記錄 加以分析 2 觀察當并聯(lián)電容值變化時 總電流I的變化情況 并分析其原因 3 根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù) 計算日光燈的近似值 鎮(zhèn)流器的電感值與電阻值 功率因數(shù)和阻抗 4 通過實驗現(xiàn)象及實驗數(shù)據(jù)說明提高功率因數(shù)的意義 5 為何采用并聯(lián)電容來提高功率因數(shù) 串聯(lián)電容行不行 為什么 6 一般在使用儀表測量時都要選擇合適的量程 在使用功率表測量交流電路功率時 應根據(jù)什么值來選擇它的量程 在實驗中 隨者并聯(lián)電容逐漸增大 雖然總功率沒有變化 但功率表電流線圈的量程可能需要改變才能繼續(xù)測量 為什么 六注意事項 1 嚴格遵守電工實驗安全操作條例 2 交流電路實驗先接線 后調(diào)節(jié)電源 線路連接好后 開啟電壓源開關前 先將電源幅度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)整到零位 實驗中 輸出電壓從零開始逐漸升高 改接實驗線路或?qū)嶒炌戤?先將電源幅度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)回零位 再斷電源 3 功率表要正確接入電路 并且要有電壓表和電流表監(jiān)測 使兩