功率因數(shù)提高試驗(yàn)

1、護(hù)尢必叨實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)：電自1304姓名：劉喪 學(xué)號(hào)：3130104721日期：2015年4月1日地點(diǎn)：東3-208課程名稱(chēng)：電網(wǎng)絡(luò)分析實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：墾纓成績(jī):實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：功率測(cè)量和功率因數(shù)提高實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：研究探索型同組學(xué)生：一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┤?、主要儀器設(shè)備（必填） 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理七.討論、心得二、實(shí)驗(yàn)容和原理（必填） 四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）C 片220UUDG09日光燈實(shí)驗(yàn)板一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、保持日光燈兩端電壓不變的條件下測(cè)定電流I.功率P與電容c的關(guān)系;2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解功率因數(shù)提高的意義；3、作出12. P、 cos"和電容C的關(guān)系曲線

2、；4、用PC曲線求單位電容的等效電導(dǎo)g；5、求I“2C曲線的有理經(jīng)驗(yàn)公式6、由測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算燈管以及鎮(zhèn)流器的等效參數(shù)二、實(shí)驗(yàn)容和原理注：gC為電容器C的附加電導(dǎo)，g為單位電容的電導(dǎo)。 日光燈+整流器參數(shù)：30W、220V. cos（p=0.46 完全補(bǔ)償時(shí)C=3.8pF三、主要儀器設(shè)備1 數(shù)字萬(wàn)用表2. 電工綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)3. DG10互感線圈實(shí)驗(yàn)組件4. DG11單向變壓器實(shí)驗(yàn)組件5. DG09熒光燈實(shí)驗(yàn)套件四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟一、接線要求：第一步：檢查燈管；第二步：連線第三步：電源從零開(kāi)始逐漸增加至180V,調(diào)起輝器.二、數(shù)據(jù)記錄要求1. 在日光燈啟動(dòng)過(guò)程中，因?yàn)殡娏鳑_擊，儀表量程要選擇足夠的

3、余量，記錄數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)改變合適的量程 讀取數(shù)據(jù)。日光燈管是非線性器件，需要點(diǎn)亮數(shù)十分鐘，在此期間可以觀察電流、功率等數(shù)據(jù)是否有緩慢 變化？待數(shù)據(jù)顯示趨于穩(wěn)定后，再讀取記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2. 電容器C并聯(lián)接入電路，其數(shù)值從0開(kāi)始逐步增加，直到最大值8R F左右，增加的步長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)功率因 數(shù)的變化進(jìn)行調(diào)整，最大不應(yīng)超過(guò)g F,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可根據(jù)電流表的示數(shù)變化來(lái)判斷。在功率因數(shù)較高（即 電流值小or大？）的時(shí)候，需要多取測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)。3. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)檢查：實(shí)驗(yàn)最佳補(bǔ)償電容時(shí)的電流和功率值。三、數(shù)據(jù)處理要求：1. 擬合I2-C曲線，得到最佳（完全）補(bǔ)償電容CO2. 擬合P-C曲線，計(jì)算單位電容等效電導(dǎo)g3.

4、由擬合I2-C曲線得到的公式，估算電源三次諧波的含量4. 12-C有理經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算，要求列出計(jì)算過(guò)程5設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量燈管以及饋流器的等效參數(shù)。能否利用已經(jīng)測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算？ 6手工擬合曲線：12C用有理經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算，要求列出計(jì)算過(guò)程實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：耦合電感等效參數(shù)的電工測(cè)量法與傳遞誤差：1學(xué)號(hào)：3130104721:L電容C暫時(shí)不接入電路連接線路，點(diǎn)亮日光燈：第一次通電前，要求自耦變壓器輸出起始為0,接i 通電源后，調(diào)節(jié)癥鈕增大輸出電壓，要求用交流電壓表監(jiān)測(cè)端電壓（燈管+鎮(zhèn)流器兩端的電壓），當(dāng)電壓 i 達(dá)到180V左右，起輝器開(kāi)始動(dòng)作，日光燈有閃亮。日光燈點(diǎn)亮之后，調(diào)節(jié)輸出電壓到220V,保持不

5、變。 j 此后實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可直接切斷或接通電源，不需要再調(diào)節(jié)自耦變壓器。：2.線路故障檢查：日光燈管和起輝器接觸是否完好：3.經(jīng)常性地通斷日光燈會(huì)影響其壽命:4.功率表的連接及其誤差分析裝5. 電容有損耗；接入電容會(huì)使電源電壓升高訂五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理線1. 日光燈實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（保持電壓為220V）C/uF00. 4711.4722.22. 472. 673.23. 674.44. 67P/W36.536. 7236. 8237. 0537. 3037. 5037. 5537. 8638.103&173& 5838. 60I/A0. 3790. 3520. 3210. 296

6、0. 2680. 2590. 2460. 2390.2180. 2030. 1920. 19X0. 440. 470. 520. 570. 630. 660. 690. 720. 800. 860.910. 92C/uF4. 875.45. 876.46.66. 877. 077.68. 07& 69. 07P/W3& 7038. 873& 9139.1539. 3539.4139. 5639. 7240. 0340. 2640.4I/A0.1920.20.210. 2280. 2350. 2470. 2570. 2810. 3070. 3370. 363X0.910.

7、 880. 840. 780. 760. 720. 700. 640. 590. 540.512. 電壓三角形法測(cè)量鎮(zhèn)流器和日光燈管的等效參數(shù)C未接入時(shí)，使用交流電壓表測(cè)得鎮(zhèn)流器兩端電壓為181. 2V,日光燈兩端電壓為96.47V, 1=0. 379A3. 驗(yàn)證互感實(shí)驗(yàn)用的電感能不能作為日光燈實(shí)驗(yàn)備用方案的負(fù)載（保持電壓為12V） 使用兩個(gè)50Q電阻和互感正向串聯(lián)作負(fù)載。C/uF00. 47122.23.24.46.69. 07P/W0. 890. 890.90.90.90.90.90.910.91I/A0. 0830. 0830. 0820. 0810. 0810. 0810. 080.

8、080. 081X0. 940. 950. 960. 970. 970. 980. 9910. 99分析見(jiàn)七討論部分六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1.擬合廠2-C曲線，得到最佳（完全）補(bǔ)償電容CO 使用origin pro9作二次擬合，得曲線如下圖0.14-0.13-0.12-0.11 -0.10-0.09-0.08-0.07-0.06-0.05-0.04-0.03- lA2/AA2Polynomial Fit of Sheets B02/AA2”0.02-0.01 -Equationy= Intercept* B1* xA1 + B2axA2WeightNo WeightingResidual Sum

9、of Squares3.71501E-6Adj. R*Squaro0.99982ValueStandard ErrorIntercept0.144112.59401E-4I 切A2B1-45953.74877131.44989B24.92487E91.40271E70.00 -I.1.n nnnnnn n nnnnno nA1(X1)fitA2(Y1)©Independent VariablePolynomial Fit of Sheetl g歡NTFitted Curves Plot4.53954E-60.036984.54862E-60.036974.5577E-60036964

10、.56678E-60.036954.57586E-60.036954.68493E«60.036944.59401E-60.036934.60309&60.036934.61217E-60.036924.62125E0.036924.63033E-60.036914.63941 E-60.036914.64849E-60.036914.65757E 七0.036914.66665E-60.036914.67573E七0.036914.684BE-60.036914.69388&60.036914.70296E-60.036914.71204E-60.036924.72

11、112E-60.0369247302E£0.036934.73928E-60.036934.74836E七0.036944.75744E-60.036954.76652E£0.036964.7756E-60.036974.78467E-60.036980.000006 0.000008 0.000010C/F1.由origin pro9分析得知，擬合曲線為2=0. 14411-4. 60*104C+4. 92*109C2,R=0. 99982,擬合結(jié)果可信度高。2、由origin pro9進(jìn)行擬合點(diǎn)分析得知，C=4. 66 M F時(shí)2最小，故最佳補(bǔ)償電容C0為4. 66pF

12、o2擬合P-C曲線，計(jì)算單位電容等效電導(dǎo)g41.0- P/WLinear Fit of Sheetl BT/WH40.5-36.540.0-39.5-39.0-38.5-38.0-37.5-37.0-Equationy = a + b*xWeightNo WeightingResidual Sum of Squares0.16794Pearson's r0.9972Adj. R-Square0.99415ValueStandard ErrP/WIntercept36.516140.03697Slope429078.9607017.2224136.00.0000000.0000020.0

13、000040.0000060.0000080.000010C/F由origin pro9分析得知,擬合曲線為P-36. 52+4. 29*10"5C, R-0. 99415,擬合結(jié)果可信度髙。 計(jì)算單位電容等效電導(dǎo) g,由擬合曲線得 gU"2=4. 29*10'5 SM2/F, g=4. 29*105/(2202) =8. 86 S/F。3. 由擬合廠2-C曲線得到的公式，估算電源三次諧波的含量U3"2=a- (g"2+w2)U"2/8w2取值 a=4. 92*10"9,g=8. 86, w=314tU=220 代入得U3”2

14、=18576V2U3=13. 52V4. 廠2C有理經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算，要求列出計(jì)算過(guò)程假設(shè)補(bǔ)償電容未接入時(shí)，電源電壓U加到日光燈負(fù)載，線路總電流為10, OC1時(shí)線路總電流為Ic, 則有Ic"2=(Ir+gClU) *2+(Il-wClU) "2,其中Ir是燈管電流的有功分II是無(wú)功分量,因此1“2與 C1 之間滿足 Ic2=aC2+bCl+I(T2經(jīng) Origin 擬合得知2=0.14411-4. 60*10"4C+4. 92H0"9(T2.5設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量燈管以及鎮(zhèn)流器的等效參數(shù)。能否利用已經(jīng)測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算？燈管相當(dāng)于一個(gè)電阻元件，而鎮(zhèn)流器是一個(gè)具有

15、鐵心的電感線圈，但它不是純電感，我們可 把它看成一個(gè)電阻RL、電感L串聯(lián)的感性負(fù)載.使用電壓三角形法求解Ul=a=181. 2V UR=b=96. 47V U=c=220V 其中U1為鎮(zhèn)流器兩端電壓，UR為日光燈兩端電壓 cosA=(c * 2+b"2-a 2)/(2*b*c)=0. 58；A=54. 3 度 cosB=(a"2+c"2-b"2)/(2*a*c)=0. 90； B=25. 5 度 cosC=(a'2+b"2-c"2)/(2*a*b)=-0. 18. C=100. 2 度 鎮(zhèn)流器等效參數(shù)：URL=Ul*cos(n

16、 -C)=181. 2cos78. 8=35. 2VRL=URL/I=35. 2/0. 379Q =92. 9Q|UL|=Ul*sin(n -C)=181. 2sin78. 8=177. 7V L=|UL|/wI=177. 7/ (314*0.379) H=l. 5H 日光燈等效參數(shù)：R=UR/I=96. 47/0. 379Q =254. 5Q七、討論與心得1. 討論當(dāng)初設(shè)計(jì)的備用方案之一（另一個(gè)是使用白雙燈串聯(lián)鎮(zhèn)流器）：將電感正向串接，用16V變壓器輸入, 需要同時(shí)串接電阻。經(jīng)多次仿真結(jié)果顯示能將最佳補(bǔ)償點(diǎn)控制在7pF左右，同時(shí)功率表讀數(shù)在1.2w左右, 電阻的功率也沒(méi)有超過(guò)IWo另外，便用

17、此方案，初始的功率因數(shù)商達(dá)0.9,雖然能看出補(bǔ)償效果，但是效果實(shí)在不明顯。如果要 減小電阻，增大補(bǔ)償效果，最佳補(bǔ)償點(diǎn)需大于8 pF。XWM1XMM2這次實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作中，我對(duì)這種設(shè)想進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果發(fā)現(xiàn)，初始的功率因數(shù)過(guò)高（0.94）, 難以看出補(bǔ)償效果，最佳補(bǔ)償點(diǎn)在6.6uFo（數(shù)據(jù)見(jiàn)五-3）2. 心得本次實(shí)驗(yàn)總體難度不高，1、在日光燈啟動(dòng)及電容并聯(lián)過(guò)程中，因暫態(tài)變換，故電流、電壓比穩(wěn)態(tài)時(shí)大，儀表量程要選擇足夠的余 量；記錄數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)改變合適的量程讀取數(shù)據(jù)。2、日光燈管是非線性器件，需要點(diǎn)亮數(shù)十分鐘，在此期間可以觀察電流、功率等數(shù)據(jù)會(huì)有緩慢變化，待 數(shù)據(jù)顯示趨于穩(wěn)定后，再讀取記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3電容器C并聯(lián)接入電路，其數(shù)值從0開(kāi)始逐步增加，直到最