實驗二、交流電路參數(shù)測量與功率因數(shù)的改善

1、 實驗二、單相交流電路實驗預(yù)習(xí)：一、實驗?zāi)康?、通過對 R-L 串聯(lián)電路及其與 C 并聯(lián)的單相交流電路的實際測定，查找出它們的電壓、電流及功率之間的關(guān)系。2、學(xué)習(xí)電路元件參數(shù)的測量方法（間接法測定R、r、L、C 等）。3、掌握感性負載并聯(lián)電容提高功率因數(shù)的方法，并進一步理解其實質(zhì)。4、學(xué)習(xí)并掌握功率表的使用。二、實驗原理1、R-L 串聯(lián)電路URRUrUZSSXL圖 1-8-1 R-L 串聯(lián)電路圖 1-8-1 表示了一個 R-L 串聯(lián)電路，其電感為空心線性電感。由于空心線性電感的內(nèi)阻不可忽略，這里用內(nèi)阻 r 與理想電感 X 串聯(lián)來代替空心電感，L設(shè)其總阻抗為 Z 。SU 0 U U U U U

2、U根據(jù)，列出 RSRrL電感線圈上的正弦電壓 U 將超前電流 I 一個 角度，相S1量圖如圖 1-8-2 所示。由相量圖上的電壓三角形，根據(jù)余弦定理，得：RU = U +U -2 U U Cos222SRR1從而求出 ，而 U（R + r）=U Cos11圖1-8-2 R-L串聯(lián)電路中電壓、式中 U（R + r）=U + URr電流相量圖又因為 U =U Sin ，這樣可求得：L1R =U / I ； r = U / I ；X =U /L ；R1r1LLL =X / =X / 2 fLL2、研究感性負載電路提高功率因數(shù)的方法。感性負載電路的功率因數(shù)一般比較低，為了提高電路的功率因數(shù)，常在感性負

3、載電路的兩端并聯(lián)電容器，以提高電路的功率因數(shù)。并入電容后的電壓、電流相量圖如圖 1-8-3 所示。電容支路的電流 I 在相位上超前電源電壓 90（以 U 為參考）。圖1-8-3感性負C載并聯(lián)電容后的電流相量圖 I 0 I I I并聯(lián)電容后線路的總電流1C由圖 1-8-3 的相量圖，根據(jù)余弦定理得：I = I +I -2 I I COS（90 + ）：2221CC式中 COS（90 + ）= -Sin 。這樣，只要測量出 I、I 、I ，即可根據(jù)上式求得角1C及 COS ，因為角 COS ，功率因數(shù)得以提高。111由此可以充分說明感性負載電路并聯(lián)電容后，能夠提高電路的功率因數(shù)，并入的電容容量由下

4、式?jīng)Q定：C=（tg - tg ）P/U ；式中 ，為并聯(lián)電容補償前和補償后的功率因數(shù)角。2113、功率表的結(jié)構(gòu)、接線與使用。功率表（又稱瓦特表）是一種動圈式儀表，其電流線圈與負載串聯(lián)（兩個電流線圈可串聯(lián)或并聯(lián)，因而可得兩個電流量限），其電壓線圈與負載并聯(lián)，電壓線圈可以與電源并聯(lián)使用，也可與負載并聯(lián)使用，此即為并聯(lián)電壓線圈的前接法與后接法之分，后接法測量會使讀數(shù)產(chǎn)生較大的誤差，因并聯(lián)電壓線圈所消耗的功率也計入了功率表的讀數(shù)之中。圖1-8-4 是功率表電壓線圈前接法的外部連接線路。圖 1-8-4 功率表外部連接電路三、預(yù)習(xí)要求與計算仿真1、本次實驗涉及到以下儀器：功率表、交流電壓表、交流電流表、自

5、耦調(diào)壓器。關(guān)于這些設(shè)備的使用說明，詳見附錄，在正式實驗前應(yīng)予以預(yù)習(xí)。2、根據(jù)圖 1-8-5 中的電路參數(shù)，估算出待測量的電流、電壓值，記入表中，以便與實驗測量的數(shù)據(jù)比較，并幫助正確選定測量儀表的量程。3、利用 PSPICE 仿真軟件，根據(jù)圖 1-8-5，選擇合適參數(shù)，設(shè)計仿真電路，并試運行。（PSPICE 仿真軟件的使用方法詳見附錄）四、注意事項1、本實驗用交流市電 100V，務(wù)必注意用電和人身安全。2、在接通電源前，應(yīng)先將自耦調(diào)壓器手柄置在零位上。調(diào)節(jié)時，使其輸出電壓從零開始逐漸升高，每次改接實驗線路或?qū)嶒炌戤?，都必須先將其旋柄慢慢調(diào)回零位，再斷電源。必須嚴格遵守安全操作規(guī)程。3、功率表要正

6、確接入電路，使用時注意實驗電流、電壓不超過功率表電壓和電流的量限，讀數(shù)時應(yīng)注意量程和標度尺的折算關(guān)系。五、思考題 1、 為什么電感性負載在并聯(lián)電容器后可以提高功率因數(shù)？是否并聯(lián)電容越大，功率因數(shù)越高？2、 RL 串聯(lián)電路在并聯(lián)電容后，電路的總功率 P 及 RL 支路中的電流怎樣變化？3、 電感性負載串聯(lián)電容后線路的功率因數(shù)是否發(fā)生變化？4、為什么不用串聯(lián)電容的方法來提高線路的功率因數(shù)？實驗內(nèi)容：一、實驗線路實驗線路如圖 1-8-5 所示。（ 為電流插座，用來串入電流表測量電流I，I ，I ）1C圖 1-8-5 單相交流電路功率因數(shù)改善的實驗電路二、實驗設(shè)備序號名稱1234567功率表111D3

7、51D36111330滑動變阻器三、實驗步驟按圖 1-8-5 線路接線，取R=330 （實驗臺上滑線變阻器取 1/3 處），電感3000 匝。調(diào)整自耦調(diào)壓器，使二次側(cè)輸出電壓為 100V。1、3000 匝電感線圈負載實驗1）R-L 串聯(lián)電路實驗閉合開關(guān) S，斷開開關(guān) S ，即為 R-L 電路。用功率表、電壓表、電流表量測并讀取 U，1 U ，U ，I，I ，及 P 等數(shù)據(jù)，記入表 1-8-1 中。（注意：此時，電容未并入電路，I = I ）RS112）R-L 串聯(lián)電路并電容 C 實驗閉合開關(guān) S，逐步選擇并入的電容C 的數(shù)值，并再次測量 U，U ，U ，I，I ，I 及 P 等RS1C數(shù)據(jù)，將不同的電容 C 值時對應(yīng)的上述數(shù)據(jù)值記入表 1-8-1 中。2、1500 匝電感線圈負載實驗*將圖 1-8-5 中電感改為線性電感（1500 匝，40mH），重復(fù) 1 實驗步驟。四、表格與數(shù)據(jù)表 1-8-1數(shù)據(jù)UIPRrcos S項目VAW未投 CC=2.2 FC=3.2 FC=4.7 FC=5.7 FC=6.9 FC=7.9 F五、實驗報告1、根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)，計算出電路中各元件參數(shù)值，填入表中。2、根據(jù)實驗時測量數(shù)據(jù)，以電壓U 為參考量、按比例繪出相量圖