三相交流電路認識實驗報告(gxt)

東南大學(xué)電工電子實驗中心實 驗 報 告課程名稱： 電路實驗 第 二 次實驗實驗名稱：交流阻抗參數(shù)的測量和功率因數(shù)的改善 院 （系）： 吳健雄學(xué)院 專 業(yè)：電類強化班 姓 名： 學(xué) 號：61013219 實 驗 室: 204 實驗組別： 同組人員： 實驗時間：2014 年11 月 28日 評定成績： 審閱教師： 交流阻抗參數(shù)的測量和功率因數(shù)的改善一、 實驗?zāi)康?、 學(xué)習(xí)測量阻抗參數(shù)的基本方法，通過實驗加深對阻抗概念的理解；2、 掌握電壓表、電流表、功率表和單相自耦調(diào)節(jié)器等電工儀表的正確使用方法。二、 實驗原理1正弦交流電路中的電阻、電感和電容元件。電感元件中電壓與電流是同頻率的正弦量，但在相位上電壓超前電流90度；電容元件中電壓與電流是同頻率的正弦量，但在相位上電流超前電壓90度。它們不斷與外電路進行能量交換用無功功率Q表示。把電路的電壓和電流的有效值乘積稱為視在功率S表示。2. 三電壓表法。先將一已知電阻R與被測元件Z串聯(lián)，如實驗內(nèi)容圖一（a）所示。當(dāng)通過已知頻率的正弦交流信號時，用電壓表分別測出電壓U、U1和U2，然后根據(jù)這三個電壓向量構(gòu)成的三角形矢量圖和U2分解的直角三角形矢量圖，從中可求出元件阻抗參數(shù)，如圖一（b）所示。這種方法稱為三電壓表法。 （a）測量電路 （b）相量圖圖1 三電壓表法由矢量圖可得： 3. 三表法：如圖二所示：圖2 三表法首先用交流電壓表，交流電流表和功率表分別測出元件Z兩端電壓U、電流I和消耗的有功功率P，并且根據(jù)電源角頻率w,然后通過計算公式間接求得阻抗參數(shù)。這種測量方法稱為三表法，它是測量交流阻抗參數(shù)的基本方法。被測元件阻抗參數(shù)（r、L、C）可由下列公式確定： 4.功率因數(shù)的改善原理：通過對感性電路并聯(lián)電容提高功率因數(shù)：電容的無功功率補償電感吸收的部分無功功率，提高能量的利用率；三、 實驗內(nèi)容1、單相、三相交流電路的接線操作，按照強電實驗操作規(guī)范接線、通電、操作：包括開關(guān)、熔斷器、接觸器、繼電器、自耦變壓器等電器設(shè)備結(jié)構(gòu)原理的理解和使用方法。此處暫略。2、三電壓表法測量電路如圖1所示，Z1=10+L（114mH），Z2=100+C（10uF），按表1的內(nèi)容測量和計算。 （a）測量電路 （b）相量圖圖1 三電壓表法表1三電壓表法Z測量參數(shù)計算參數(shù)U/VU1/VU2/VcosUr/VUx/Vr/L/ mHC/ uFZ1306.625.70.57614.8121.0022.44101.12Z2309.628.40.0020.0728.4010.77分析： 1） 誤差計算：電感內(nèi)阻r測量誤差為（26-22.44）/26*100%=13.69%電感L測量誤差為 (114-101.12)/114*100%=11.30%電容C測量誤差為（10.77-10）/10*100%=7.7%2） 誤差分析：易得電感測量誤差相對較大，而電容的測量誤差較小較準(zhǔn)確（1）在測量過程中，電路發(fā)熱，使得電感自身性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致測量值偏離理論值。而電容在狀態(tài)下較為穩(wěn)定，不易受到干擾。（2）自耦變壓器的旋鈕十分敏感，示數(shù)會來會變化，故在記錄數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生誤差。（3）電流表和電壓表不是理想電壓表。Z測量參數(shù)計算參數(shù)I/AU/VP/Wz/cosr/x/L/ mHC/ uFZ10.314.703.2049.000.7335.5633.71107.36無0.629.5013.0049.170.7336.1133.37106.27無Z20.3102.209.90340.670.32無322.76無9.870.6206.1042.30343.500.34無323.04無9.86Z1+Z20.398.8013.8329.330.47153.33291.46無10.930.6198.7057.10331.170.48158.61290.72無10.95Z1/Z20.315.603.8052.000.8142.2230.3696.69無0.631.1015.3051.830.8242.5029.6794.50無3、三表法（電流表、電壓表、功率表）按圖2所示電路接線，將實驗數(shù)據(jù)填入表2中。Z1=10+L（114mH），Z2=100+C（10uF），圖2 三表法表2 三表法分析： 1.當(dāng)Z=Z1時，測得的r包含了10的電阻和電感的內(nèi)阻，用I=0.3A和0.6A時測量值的平均值作為結(jié)果，則電感測得內(nèi)阻為（35.56-10）+（36.11-10）/2=25.84，測量誤差為 (26-25.84)/26*100%=0.62%；電感測量值為（107.36+106.27）/2=106.2，測量誤差為（114-106.2）/114）*100%=6.3%?？梢?，對電感的測量，用三表法測量誤差仍然很大，原因與之前類似：（1）在測量過程中，電路發(fā)熱，使得電感自身性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致測量值偏離理論值。而電容在狀態(tài)下較為穩(wěn)定，不易受到干擾。（2）自耦變壓器的旋鈕十分敏感，示數(shù)會來會變化，故在記錄數(shù)據(jù)的時候產(chǎn)生誤差。（3） 電流表和電壓表不是理想電壓表。2.當(dāng)Z=Z2時，電容測量值為（9.87+9.86）/2=9.865，測量誤差為(10-9.865)*100%/10=1.35%，可見用三表法測量電容時誤差仍然是很小的。總結(jié)：由此可見，在兩個試驗中，對于電感的測量誤差相對于電容來說較大，除了共同的系統(tǒng)誤差原因之外，還與元器件自身的性質(zhì)有關(guān)，因而我們在測量的時候，要想辦法減少因人為因素造成的誤差。3.當(dāng)Z= Z1+Z2時，由測得數(shù)據(jù)可得Xl=wl=35.81Xc=1/wc=318.31Z的兩種情況的分析：（1）Z = Z1 + Z2 = 136-282.5J（歐）此時總電路呈現(xiàn)容性；（2）Z = Z1|Z2時計算可得Z=46.26 + 30.82（歐）故此時電路呈現(xiàn)感性。4、功率因數(shù)的改善仍按圖2接線，并將電容（24F）并聯(lián)在負載Z1兩端。首先調(diào)節(jié)單相自耦調(diào)壓器，使副方電壓等于表2第二欄中測量出的電壓值（負載為Z1時對應(yīng)I=0.6A的電壓值），然后測出I、P，計算cos，將實驗數(shù)據(jù)填入表3中，并與不接電容前的負載功率因數(shù)相比較。圖2 三表法表2 三表法表3并聯(lián)電容測量參數(shù)計算參數(shù)I/mAU/VP/Wcos10 uF539.929.713.10.81424 uF475.129.412.80.918分析： （1）當(dāng)并聯(lián)電容時與不并電容時測得的功率因數(shù)相比較，并聯(lián)電容后功率因數(shù)提高了；（2）并聯(lián)電容分別為10uF和24uF時，功率因數(shù)分別提高到了0.814和0.918，即并聯(lián)24uF比并聯(lián)10uF提高功率因數(shù)更多。并聯(lián)電容變大功率因數(shù)提高。四、思考題1、為了提高感性阻抗的功率因數(shù)，為什么采用的是并聯(lián)電容而不是串聯(lián)電容？答： 并聯(lián)電容，可以保持負載兩端電壓不變，因而有功功率P不變，即不會改變原負載的工作狀態(tài)。我們通過并聯(lián)電容，并利用電容發(fā)出的無功功率，部分（或全部）補償感性負載所吸收的無功功率，此時能量的交換主要發(fā)生在負載與電容器之間，大大減少了與電源之間的交換，從而提高電源能量的利用率.并聯(lián)電容后電源線路的電流減小了，從而減小了功率損耗。 若串聯(lián)電容將完全改變電路特性，電容成為電路負載的一部分,改變原負載的狀態(tài)。若功率因數(shù)不斷增大，而當(dāng)感性部分和容性部分和為零時，功率因數(shù)達最大1；而阻抗Z最小，由于此時電流最大，而加在電感，電容兩端的電流均為此值，因此會在電感、電容兩端產(chǎn)生很大的電壓，可能會使電容擊穿；所以在感性負載兩端適當(dāng)并接電容來提高功率因數(shù)。2、“并聯(lián)電容”提高了感性阻抗的功率因數(shù)，試用矢量圖來分析并聯(lián)的電容容量是否越大越好？答： 隨著電容增加，從矢量圖上根據(jù)平行四邊形法則可知，功率因數(shù)增大；當(dāng)電容增加到一定程度時，電路呈現(xiàn)純電阻的性質(zhì)，功率因數(shù)為1。而當(dāng)電容繼續(xù)增加，此時相位落后，電路呈現(xiàn)容性，功率因數(shù)減小。綜上所述，電容并非越大越好，增大到一定程度后功率因數(shù)會開始減小。3、若改變并聯(lián)電容的容量，試問功率表和電流表的讀數(shù)應(yīng)作如何變化？答：負載是與電容并聯(lián)的，負載的電流還是原來的電流，而總線的電流則是負載的電流與電容的電流之和，由于是感性的，負載電流與電容電流是反相的（電容