三相交流电路认识实验报告(gxt).doc

东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称： 电路实验 第 二 次实验实验名称：交流阻抗参数的测量和功率因数的改善 院 （系）： 吴健雄学院 专 业：电类强化班 姓 名： 学 号：61013219 实 验 室: 204 实验组别： 同组人员： 实验时间：2014 年11 月 28日 评定成绩： 审阅教师： 交流阻抗参数的测量和功率因数的改善一、 实验目的1、 学习测量阻抗参数的基本方法，通过实验加深对阻抗概念的理解；2、 掌握电压表、电流表、功率表和单相自耦调节器等电工仪表的正确使用方法。二、 实验原理1正弦交流电路中的电阻、电感和电容元件。电感元件中电压与电流是同频率的正弦量，但在相位上电压超前电流90度；电容元件中电压与电流是同频率的正弦量，但在相位上电流超前电压90度。它们不断与外电路进行能量交换用无功功率Q表示。把电路的电压和电流的有效值乘积称为视在功率S表示。2. 三电压表法。先将一已知电阻R与被测元件Z串联，如实验内容图一（a）所示。当通过已知频率的正弦交流信号时，用电压表分别测出电压U、U1和U2，然后根据这三个电压向量构成的三角形矢量图和U2分解的直角三角形矢量图，从中可求出元件阻抗参数，如图一（b）所示。这种方法称为三电压表法。 （a）测量电路 （b）相量图图1 三电压表法由矢量图可得： 3. 三表法：如图二所示：图2 三表法首先用交流电压表，交流电流表和功率表分别测出元件Z两端电压U、电流I和消耗的有功功率P，并且根据电源角频率w,然后通过计算公式间接求得阻抗参数。这种测量方法称为三表法，它是测量交流阻抗参数的基本方法。被测元件阻抗参数（r、L、C）可由下列公式确定： 4.功率因数的改善原理：通过对感性电路并联电容提高功率因数：电容的无功功率补偿电感吸收的部分无功功率，提高能量的利用率；三、 实验内容1、单相、三相交流电路的接线操作，按照强电实验操作规范接线、通电、操作：包括开关、熔断器、接触器、继电器、自耦变压器等电器设备结构原理的理解和使用方法。此处暂略。2、三电压表法测量电路如图1所示，Z1=10+L（114mH），Z2=100+C（10uF），按表1的内容测量和计算。 （a）测量电路 （b）相量图图1 三电压表法表1三电压表法Z测量参数计算参数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） 误差计算：电感内阻r测量误差为（26-22.44）/26*100%=13.69%电感L测量误差为 (114-101.12)/114*100%=11.30%电容C测量误差为（10.77-10）/10*100%=7.7%2） 误差分析：易得电感测量误差相对较大，而电容的测量误差较小较准确（1）在测量过程中，电路发热，使得电感自身性质发生改变，导致测量值偏离理论值。而电容在状态下较为稳定，不易受到干扰。（2）自耦变压器的旋钮十分敏感，示数会来会变化，故在记录数据的时候产生误差。（3）电流表和电压表不是理想电压表。Z测量参数计算参数I/AU/VP/Wz/cosr/x/L/ mHC/ uFZ10.314.703.2049.000.7335.5633.71107.36无0.629.5013.0049.170.7336.1133.37106.27无Z20.3102.209.90340.670.32无322.76无9.870.6206.1042.30343.500.34无323.04无9.86Z1+Z20.398.8013.8329.330.47153.33291.46无10.930.6198.7057.10331.170.48158.61290.72无10.95Z1/Z20.315.603.8052.000.8142.2230.3696.69无0.631.1015.3051.830.8242.5029.6794.50无3、三表法（电流表、电压表、功率表）按图2所示电路接线，将实验数据填入表2中。Z1=10+L（114mH），Z2=100+C（10uF），图2 三表法表2 三表法分析： 1.当Z=Z1时，测得的r包含了10的电阻和电感的内阻，用I=0.3A和0.6A时测量值的平均值作为结果，则电感测得内阻为（35.56-10）+（36.11-10）/2=25.84，测量误差为 (26-25.84)/26*100%=0.62%；电感测量值为（107.36+106.27）/2=106.2，测量误差为（114-106.2）/114）*100%=6.3%。可见，对电感的测量，用三表法测量误差仍然很大，原因与之前类似：（1）在测量过程中，电路发热，使得电感自身性质发生改变，导致测量值偏离理论值。而电容在状态下较为稳定，不易受到干扰。（2）自耦变压器的旋钮十分敏感，示数会来会变化，故在记录数据的时候产生误差。（3） 电流表和电压表不是理想电压表。2.当Z=Z2时，电容测量值为（9.87+9.86）/2=9.865，测量误差为(10-9.865)*100%/10=1.35%，可见用三表法测量电容时误差仍然是很小的。总结：由此可见，在两个试验中，对于电感的测量误差相对于电容来说较大，除了共同的系统误差原因之外，还与元器件自身的性质有关，因而我们在测量的时候，要想办法减少因人为因素造成的误差。3.当Z= Z1+Z2时，由测得数据可得Xl=wl=35.81Xc=1/wc=318.31Z的两种情况的分析：（1）Z = Z1 + Z2 = 136-282.5J（欧）此时总电路呈现容性；（2）Z = Z1|Z2时计算可得Z=46.26 + 30.82（欧）故此时电路呈现感性。4、功率因数的改善仍按图2接线，并将电容（24F）并联在负载Z1两端。首先调节单相自耦调压器，使副方电压等于表2第二栏中测量出的电压值（负载为Z1时对应I=0.6A的电压值），然后测出I、P，计算cos，将实验数据填入表3中，并与不接电容前的负载功率因数相比较。图2 三表法表2 三表法表3并联电容测量参数计算参数I/mAU/VP/Wcos10 uF539.929.713.10.81424 uF475.129.412.80.918分析： （1）当并联电容时与不并电容时测得的功率因数相比较，并联电容后功率因数提高了；（2）并联电容分别为10uF和24uF时，功率因数分别提高到了0.814和0.918，即并联24uF比并联10uF提高功率因数更多。并联电容变大功率因数提高。四、思考题1、为了提高感性阻抗的功率因数，为什么采用的是并联电容而不是串联电容？答： 并联电容，可以保持负载两端电压不变，因而有功功率P不变，即不会改变原负载的工作状态。我们通过并联电容，并利用电容发出的无功功率，部分（或全部）补偿感性负载所吸收的无功功率，此时能量的交换主要发生在负载与电容器之间，大大减少了与电源之间的交换，从而提高电源能量的利用率.并联电容后电源线路的电流减小了，从而减小了功率损耗。 若串联电容将完全改变电路特性，电容成为电路负载的一部分,改变原负载的状态。若功率因数不断增大，而当感性部分和容性部分和为零时，功率因数达最大1；而阻抗Z最小，由于此时电流最大，而加在电感，电容两端的电流均为此值，因此会在电感、电容两端产生很大的电压，可能会使电容击穿；所以在感性负载两端适当并接电容来提高功率因数。2、“并联电容”提高了感性阻抗的功率因数，试用矢量图来分析并联的电容容量是否越大越好？答： 随着电容增加，从矢量图上根据平行四边形法则可知，功率因数增大；当电容增加到一定程度时，电路呈现纯电阻的性质，功率因数为1。而当电容继续增加，此时相位落后，电路呈现容性，功率因数减小。综上所述，电容并非越大越好，增大到一定程度后功率因数会开始减小。3、若改变并联电容的容量，试问功率表和电流表的读数应作如何变化？答：负载是与电容并联的，负载的电流还是原来的电流，而总线的电流则是负载的电流与电容的电流之和，由于是感性的，负载电流与电容电流是反相的（电容