電路實(shí)驗(yàn)文檔實(shí)驗(yàn)十功率因數(shù)的提高

1、實(shí)驗(yàn)十功率因數(shù)的提高一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解日光燈結(jié)構(gòu)和工作原理；2.學(xué)習(xí)提高功率因數(shù)的方法；3.了解輸電線線路損耗情況，理解提高功率因數(shù)的意義。二、實(shí)驗(yàn)原理與說明1.正弦電流電路中，不含獨(dú)立電源的二端網(wǎng)絡(luò)消耗或吸收的有功功率,稱為功率因數(shù)，為關(guān)聯(lián)參考方向下二端網(wǎng)絡(luò)端口電壓與電流之間的相位差。2.在工業(yè)用戶中，一般感性負(fù)載很多，如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，其功率因數(shù)較低。當(dāng)負(fù)載的端電壓一定時(shí)，功率因數(shù)越低，輸電線路上的電流越大，導(dǎo)線上的壓降也越大，由此導(dǎo)致電能損耗增加，傳輸效率降低，發(fā)電設(shè)備的容量得不到充分的利用。從經(jīng)濟(jì)效益來說，這也是一個(gè)損失。因此，應(yīng)該設(shè)法提高負(fù)載端的功率因數(shù)。通常是在負(fù)載端并聯(lián)電容器

2、，這樣流過電容器中的容性電流補(bǔ)償原負(fù)載中的感性電流，此時(shí)負(fù)載消耗的有功功率不變，且隨著負(fù)載端功率因數(shù)的提高，輸電線路上的總電流減小，線路損耗降低，因此提高了電源設(shè)備的利用率和傳輸效率。電路見圖10-1。3.圖102是供電線路圖，在工頻下，當(dāng)傳輸距離不長(zhǎng)、電壓不高時(shí)，線路阻抗可以看成是電阻R1和感抗X1相串聯(lián)的結(jié)果。若輸電線的始端(供電端)電壓為U1，終端(負(fù)載端)電壓為U2，負(fù)載阻抗和負(fù)載功率分別為和P2，負(fù)載端功率因數(shù)為，則線路上的電流為線路上的電壓降為輸電功率為式中，P1為輸電線始端測(cè)得的功率，為線路上的損耗功率。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以用一個(gè)具有較小電阻的元件模擬輸電線路阻抗，用日光燈模擬負(fù)載阻抗Z

3、2，研究在負(fù)載端并聯(lián)電容器改變負(fù)載端功率因數(shù)時(shí)，輸電線路上電壓降和功率損耗情況以及對(duì)輸電線路傳輸效率的影響。 圖10-1 圖10-2 負(fù)載的功率因數(shù)可以用三表法測(cè)U、I、P以后，再按公式計(jì)算得到，也可以直接用功率因數(shù)表或相位表測(cè)出。三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. 測(cè)定日光燈電路模型參數(shù)按圖10-3電路接線。斷開開關(guān)S1，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出電壓為220V，觀察日光燈起輝過程。用電壓表測(cè)量日光燈端電壓U2；用電流表測(cè)燈管電流I；用功率表測(cè)日光燈消耗的有功功率。計(jì)算日光燈電路模型參數(shù)。2簡(jiǎn)單供電線路的模擬按圖10-3電路接線。在d、e間串入一電阻模擬傳輸線路阻抗，將開關(guān)S1倒向1和2位置，增加電容量直到電路為容性，分

4、別測(cè)出U1和P1（開關(guān)S1置1）、U2和P2（開關(guān)S1置2）、電流I記錄入表10-1。 圖10-3表10-1順序電容測(cè)量計(jì)算102345678表中電壓損耗，功率損耗，功率。3.自擬實(shí)驗(yàn)線路，用功率因數(shù)表直接測(cè)日光燈電路的功率因數(shù)。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)在實(shí)驗(yàn)中保持日光燈負(fù)載兩端電壓為。并聯(lián)電容可提高功率因數(shù)，電容箱接入前應(yīng)先置放電位置。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備單相調(diào)壓器1臺(tái)功率表1塊日光燈燈具1套交流電壓表1只交流電流表1只滑線變阻器1只電容箱1只單刀單擲開關(guān)各1只五、提示與思考1.并聯(lián)電容可提高功率因數(shù)，是否電容并得愈多，功率因數(shù)愈高，為什么? 2.將負(fù)載與電容器串聯(lián)能否提高功率因數(shù)?3.如何減少輸電線損耗?六、

5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)1所測(cè)試的數(shù)據(jù)，確定日光燈電路模型參數(shù)。2.根據(jù)表10-1數(shù)據(jù)，作出、和三條曲線。3.根據(jù)表10-1數(shù)據(jù)，作出、和三條曲線。附：日光燈簡(jiǎn)介1.日光燈的構(gòu)造日光燈由燈管、鎮(zhèn)流器和啟輝器三部分組成。燈管為一根均勻涂有熒光物質(zhì)的玻璃管，管內(nèi)充有少量水銀蒸氣和惰性氣體，燈管兩端裝有燈絲電板。鎮(zhèn)流器為一個(gè)鐵心線圈，其作用是日光燈起輝時(shí)，產(chǎn)生高壓將燈管點(diǎn)亮；在日光燈管工作時(shí)，限制電流。啟輝器是一個(gè)充有氖氣的玻璃泡并裝有兩個(gè)電極，高溫時(shí)兩電極接通，低溫時(shí)兩電極斷開。2.日光燈的啟輝過程剛接通電源，由于日光燈沒有點(diǎn)亮，220V的交流電全部加在啟輝器兩端(見圖10-3)，啟輝器兩電極

6、之間產(chǎn)生輝光放電，使電極受熱而接觸，從而接通日光燈燈絲，燈絲被加熱，當(dāng)啟輝器兩電極接觸后，輝光放電停止，兩電極因溫度下降而復(fù)原(斷開)。在斷開瞬時(shí)，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生一個(gè)比電源電壓高得多的自感電壓加在日光燈燈管兩端，使熱燈絲間產(chǎn)生孤光放電并放射出紫外線，管內(nèi)壁所涂熒光粉受紫外線激發(fā)而發(fā)出可見光。燈管點(diǎn)亮后，燈管電壓只是電源電壓的一部分，由于日光燈與啟輝器是并聯(lián)關(guān)系，較低的電壓不足以使啟輝器再重新動(dòng)作，因此啟輝器啟動(dòng)完畢之后就處于斷開狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)十一磁耦合線圈的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察互感現(xiàn)象，分析互感與哪些因素有關(guān)；2.學(xué)習(xí)測(cè)定同名端的直流通斷法與交流法；3.學(xué)習(xí)測(cè)量互感的方法；4.自擬實(shí)驗(yàn)線路，提高實(shí)

7、驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。二、實(shí)驗(yàn)原理與說明1.互感兩個(gè)有磁耦合的線圈，如圖111所示。當(dāng)線圈1中電流變化時(shí)，在線圈2中便產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)線圈2電流變化時(shí)，在線圈1中也產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這就是磁耦合線圈具有的互感現(xiàn)象。2同名端的判別方法同名端指同一變化磁通下，保持有相同電壓極性的那對(duì)端子。常用的同名端判別方法有：(1)直流通斷法如圖112所示，用直流電源及直流儀表(電壓表、毫安表或檢流計(jì))確定同名端。當(dāng)開關(guān)S閉合瞬間，線圈2兩端將產(chǎn)生互感電壓，若毫安表正偏，則1與2或1與2端為同名端；若毫安表反偏，則1與2或1與2為同名端。圖11-1 圖11-2 圖11-3(2)交流三電壓表法如圖113所示。用交流電壓表分別測(cè)

8、出、和的有效值，若有，則1與2為同名端；若，則1和2為同名端。(3) 線圈順反向串聯(lián)法兩個(gè)具有互感的線圈，順接時(shí)等效電感；反接時(shí)等效電感，因此，在同值正弦電壓下串入電流表，通過比較兩種接法時(shí)電流表讀數(shù)大小，可以判別線圈的同名端。電流小時(shí)為順接，電流大時(shí)為反接。3.互感M的確定(1)互感電壓法在圖114(a)所示電路中，若電壓表內(nèi)阻足夠大則有即互感系數(shù) (a) (b)圖11-4同樣，在圖114(b)所示電路中，有可以證明(2)順反向串聯(lián)法利用三表法分別測(cè)出兩線圈順、反向串聯(lián)時(shí)等效電感、，則4.耦合系數(shù)兩線圈之間無耦合時(shí)M為零，M最大為。為表征兩個(gè)線圈耦合緊密程度，通常用耦合系數(shù)K來表示，K定義為

9、三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1.觀察互感現(xiàn)象保持線圈1電流不變，改變兩個(gè)線圈的相對(duì)位置（遠(yuǎn)近、垂直、平行等）；在緊耦合時(shí)插入鐵棒和木棒；在兩線圈之間分別用鐵板、鋁板分隔。觀察線圈所接電壓表的讀數(shù)變化情況。2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)室給定的儀器設(shè)備，試用兩種方法判別同名端，畫出自擬的實(shí)驗(yàn)測(cè)試線路。記錄表格參考表111。3.用兩種方法測(cè)定互感M。畫出具體的實(shí)驗(yàn)線路，記錄于表11-2中和表11-3中。4.測(cè)定兩線圈的自感系數(shù)L1、L2。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)為確保線圈安全，實(shí)驗(yàn)中用電流表監(jiān)視實(shí)驗(yàn)電流不超過線圈額定電流。調(diào)壓器的輸出輸入端切勿接反，以免損壞調(diào)壓器。測(cè)量用電壓表盡量用高內(nèi)阻電表，以減少儀表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。表11-1同名端

10、判別序號(hào)測(cè)量方法測(cè)量 數(shù) 據(jù)判別同名端結(jié)論表偏轉(zhuǎn)順串反串1直流通斷法2交流三電壓表法3順、反向串聯(lián)法表11-2 表11-3測(cè)量方法測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果測(cè)量方法測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果互感電壓法順反向串聯(lián)法1順串2反串四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)字電壓表1塊交流電流表1塊低功率因數(shù)表1塊直流穩(wěn)壓電源1臺(tái)也可用電池代互感線圈1臺(tái)附鐵棒、木棒單刀開關(guān)1只鐵板、鋁板各1塊五、提示與思考1.用直流法判斷線圈同名端，開關(guān)通斷時(shí)的判別結(jié)果是否相同，結(jié)論是否一致，為什么？2.用相量圖說明交流三電壓表法確定同名端的原理。3.實(shí)驗(yàn)中交流電流表有哪些作用？六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.畫出所有自擬的測(cè)試線路，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2.分析并討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如何

11、減少測(cè)量誤差？3.利用測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算耦合系數(shù)K值。實(shí)驗(yàn)十三三相電路中電壓和電流測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解三相負(fù)載的星形及三角形接線方法，加深理解線電壓和相電壓、線電流和相電流之間的關(guān)系；2.用實(shí)驗(yàn)方法研究三相四線制電路中中線的作用；3.了解相序測(cè)定方法。二、實(shí)驗(yàn)原理與說明1.三相電路中，負(fù)載的聯(lián)接方式有星形聯(lián)接和三角形聯(lián)接。星形聯(lián)接時(shí)根據(jù)需要可以采用三相三線制或三相四線制供電，三角形聯(lián)接時(shí)只能用三相三線制供電。三相電路中的電源和負(fù)載有對(duì)稱和非對(duì)稱兩種情況。我們?cè)诖酥饕芯咳嚯娫磳?duì)稱，負(fù)載作星形、三角形聯(lián)接時(shí)的電路工作情況。2.圖131是星形聯(lián)接的三線制供電原理圖。當(dāng)線路阻抗忽略不計(jì)時(shí)，負(fù)載的線電

12、壓等于電源的線電壓，若負(fù)載對(duì)稱，則負(fù)載中性點(diǎn)和電源中性點(diǎn)之間的電壓為零，此時(shí)負(fù)載的相電壓對(duì)稱，線電壓U線與相電壓U相滿足U線U相的關(guān)系。若負(fù)載不對(duì)稱，負(fù)載中性點(diǎn)與電源中性點(diǎn)圖13-1 圖13-4之間電壓不再為零，負(fù)載端的各相電壓也就不再對(duì)稱，其數(shù)值可以通過計(jì)算得到，或者通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出。3.位形圖是電壓相量圖的一種特殊形式，其特點(diǎn)是位形圖上的點(diǎn)與電路圖上的點(diǎn)一對(duì)應(yīng)。 圖13-2 圖13-3圖13-2是對(duì)應(yīng)于圖131星形聯(lián)接三相電路的位形圖。圖中代表電路中從A點(diǎn)到B點(diǎn)的電壓相量，為電路從點(diǎn)到點(diǎn)之間的電壓相量。在三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，位形圖中負(fù)載中性點(diǎn)與電源中性點(diǎn)重合；負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，雖然線電壓仍對(duì)稱，但負(fù)載

13、的相電壓不再對(duì)稱，負(fù)載中性點(diǎn)發(fā)生位移，如圖13-3所示。4.在圖131中，若把電源中性點(diǎn)和負(fù)載中性點(diǎn)之間用中線聯(lián)接起來，就成為三相四線制。在負(fù)載對(duì)稱時(shí)，中線電流等于零，其工作情況與三線制相同；負(fù)載不對(duì)稱時(shí)，若忽略線路阻抗，則負(fù)載端相電壓仍然對(duì)稱，但這時(shí)中線電流不再為零(中線電流的參考方向從指向N)，它可用計(jì)算方法或?qū)嶒?yàn)方法確定。5.在發(fā)電、供電系統(tǒng)以及用電部門，相序的確定是非常重要的。一般可用專用的相序儀測(cè)定，也可以簡(jiǎn)單地把一個(gè)電容和兩個(gè)相同瓦數(shù)的燈泡聯(lián)成不對(duì)稱星形負(fù)載，接至被測(cè)的三相的端線上，見如圖13-4所示。由于負(fù)載不對(duì)稱，負(fù)載中性點(diǎn)發(fā)生位移，各相電壓也就不再相等。若設(shè)電容所在相為A相，

14、則燈泡比較亮的相為B相，燈泡比較暗的相為C相，這樣就可以方便地確定三相電源的相序。6在負(fù)載呈三角形聯(lián)接的對(duì)稱三相電路中，線電流是相電流倍。若負(fù)載不對(duì)稱，線電流和相電流之間不存在關(guān)系。（a）（b）圖13-5三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1.三相負(fù)載作星形聯(lián)接，測(cè)量電路中各電壓、電流值。按圖135(a)接線，測(cè)定三相四線制、三相三線制對(duì)稱負(fù)載與不對(duì)稱負(fù)載的線電壓、相電壓、中點(diǎn)電壓和線電流、中線電流，(不對(duì)稱負(fù)載為A相開路、C相短路)，記錄于表13-1中。2.三相負(fù)載作三角形聯(lián)接，測(cè)量電路中各電壓、電流值。按圖13-5(b)接線，測(cè)量負(fù)載對(duì)稱和不對(duì)稱情況下的線(相)電壓和線(相)電流，記錄于表13-2中。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

15、三相電路實(shí)驗(yàn)中電流的測(cè)量可用一塊電流表和多個(gè)電流插座和插頭來完成，實(shí)驗(yàn)中要特別注意安全。本實(shí)驗(yàn)中三相電源電壓(V線380V)較高，必須嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，身體不要觸及帶電部分，以保證安全。表13-1待測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容負(fù)載對(duì)稱有中線無中線負(fù)載不對(duì)稱有中線無中線A相開路有中線無中線相短 路無中線待測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容負(fù)載對(duì)稱負(fù)載不對(duì)稱A相端線斷開A相負(fù)載斷開表13-2四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理與任務(wù)，實(shí)驗(yàn)室條件(儀器、設(shè)備、電源及負(fù)載的狀況)正確地自選儀器、設(shè)備和器件并列出表格。五、提示與思考1.三相負(fù)載根據(jù)什么條件決定采用星形或三角形聯(lián)接?如果電源線電壓分別為380V和 220V時(shí)，要使額定電壓為220

16、V的電燈正常工作應(yīng)采用何種接法，畫圖說明。2.在三相四線制供電系統(tǒng)中，中線為什么不允許安裝熔斷器或開關(guān)?3.做負(fù)載星形聯(lián)接且一相負(fù)載短路的實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么只能做無中線情況?4.負(fù)載對(duì)稱作三角形聯(lián)接實(shí)驗(yàn)中，如兩相燈炮亮度變暗，另一相燈炮亮度正常，是什么原因?如果兩相燈炮亮度正常，一相燈不亮，又是什么原因？ 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，討論三相負(fù)載星形聯(lián)接時(shí)成立的條件。2.根據(jù)表13-1星形接法三相電路無中線時(shí)所測(cè)各電壓值，作出相量圖，分析中性點(diǎn)位移的原因，討論中線的作用。3.根據(jù)表132所測(cè)數(shù)據(jù)，按比例畫出A相端線斷路時(shí)電壓、電流相量圖。實(shí)驗(yàn)十五設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 儀用三相電壓源電路設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

17、的 1學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單儀用三相對(duì)稱電壓源的方法。 2掌握正弦電流電路的相量圖分析。 3進(jìn)一步學(xué)習(xí)示波器、數(shù)字多用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的使用方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 利用相數(shù)變換方法，從單相電源獲得對(duì)稱三相電源；可作為小功率三相電路(如測(cè)量?jī)x器)的電源。圖15-1所示電路，當(dāng)電源頻率和對(duì)稱的三相負(fù)載一定時(shí)，選擇合適的電感和電容值，即可得到對(duì)稱的三相電壓，其中、為一組對(duì)稱的相電壓。、為一組對(duì)稱的線電壓。對(duì)圖15-1電路列B節(jié)點(diǎn)KCL定律方程有： 設(shè)則： 圖15-1 將以上各式代入節(jié)點(diǎn)方程得： 三相對(duì)稱電源的線電壓是相電壓的倍，記作。線電壓超前相的相電壓30o。 三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1、按圖15-1所示電路，取正弦信號(hào)頻率為100，對(duì)稱三相負(fù)載為500，確定所設(shè)計(jì)單相變換為三相電源的電路器