哈工大电路自主设计实验

1、 姓名 xxx 班级 xxxxxxx 学号 xxxxxxxxx 实验日期 节次 教师签字 成绩 对无功补偿现象的研究以及对未知电感数值的测量1.实验目的利用Fluke三相电能质量分析仪，通过对三种电路的视在功率、有功功率、无功功率和功率因数的测量，验证相应电路各个功率的计算公式。同时，利用Fluke三相电能质量分析仪，研究电路的无功补偿现象，并基于无功补偿现象，对实验室已知电感的电感值进行测量。2.总体设计方案或技术路线l、设计电路，只含有两个电阻，测量该电路的视在功率、有功功率、无功功率及功率因数；2、设计电路，含有电阻和电感，测量该电路的视在功率、有功功率、无功功率及功率因数；3、设计电路

2、，含有电阻和电容，测量该电路的视在功率、有功功率、无功功率及功率因数；4、设计电路，含有串联的电阻和电感，测量该电路的视在功率、有功功率、无功功率及功率因数。同时，在该支路两端，并联电容，测量不同电容值的电容，对应的电路的视在功率、有功功率、无功功率及功率因数；5、基于第四项，找到恰好无功补偿时，对应的无功补偿的电容值。并根据该值列写方程，求出未知电感的电感值；3.实验电路图 图 3-1 图 3-2 图 3-3 图 3-4 4. 仪器设备名称、型号定值电阻 两只定值电容 若干未知电感值的电感 一只交流信号源 一个5.理论分析或仿真分析结果(1)理论分析实验1：定值电阻表现为阻性，当在其两端加正

3、弦交流电时，有功功率等于视在功率，功率因数为1。实验2：定值电感表现为感性，当在其两端加正弦交流电时，无功功率等于视在功率，功率因数为0。实验3：定值电容表现为容性，当在其两端加正弦交流电时，无功功率等于视在功率，功率因数为0。实验4：当在由电感和定值电阻串联组成的电路两端并联电容时，由于电容值不同，故得到的电路各项功率数值均不同。电容从0开始，随着电容值的增大，功率因数逐渐增加，电路感性成分逐渐减小，可达到峰值为1,超过峰值对应的电容值时，随着电容值的增加，功率因数逐渐降低，电路容性成分逐渐增大，无功补偿效果越来越差。(2)仿真结果 C=0.1F 时的视在功率、有功功率、功率因数C=0.3F

4、 时的视在功率、有功功率、功率因数 C=0.5F 时的视在功率、有功功率、功率因数 C=0.7F 时的视在功率、有功功率、功率因数C=0.9F 时的视在功率、有功功率、功率因数6.详细实验步骤及实验结果数据记录（包括各仪器、仪表量程及内阻的记录）l、详细实验步骤选用电压源：有效值为5V,频率为20Hz的正弦交流电。(1)根据实验电路图l连接电路，用Fluke三相电能质量分析仪，分别测出R2及电路的视在功率、有功功率、无功功率和功率因数的测量，并进行记录；(2)根据实验电路图2连接电路，用Fluke三相电能质量分析仪，分别测出Ll及电路的视在功率、有功功率、无功功率和功率因数的测量，并进行记录；

5、 (3)根据实验电路图3连接电路，用Fluke三相电能质量分析仪，分别测出Cl及电路的视在功率、有功功率、无功功率和功率因数的测量，并进行记录；(4)根据实验电路图4连接电路。通过选用不同电容值的电容，用Fluke三相电能质量分析仪，分别测出电路的视在功率、有功功率，并进行记录。(7)选取功率因数为l的电容值，列写方程，求出未知电感的电感值。(8)对上述数据进行分析，得出结论。2、实验数据（1）实验数据记录表1.实验电路图1实验电路图2实验电路图3C/FR2所有负载L1所有负载C1所有负载视在功率/VA0.61.31.62.21.02.1有功功率/W0.61.30.31.600.7无功功率/V

6、ar001.51.41.02.1功率因数110.190.7300.33体现性质阻性阻性感性感性容性容性（2）实验数据记录表2.实验电路图4C/F0.10.30.5570.70.9视在功率/VA2.112082.062.022.04有功功率/var1.051.672.051.921.51功率因数0.510.8210.950.75体现性质感性感性阻性容性容性2、数据处理（1）对数据进行作图分析（2）对数据进行计算分析如图：设电源电压为U，电容大小为C，电感大小为L，电阻大小为R,正弦电压的频率为W。IC为流过电容的电流；I为未并联电容之前电路的端口电流；Ip为功率补偿之后，电路的端口电流。所以，有

7、： IC=U(1C) I=UR+jL=UR2+(L)2 tan=LR sin=|IC|I|=R2+(L)21C于是又方程： (sintan)2+sin2=1将数据带入方程进行精确计算，可得: L=0.557H7.实验结论1、实验研究背景：本实验在三项电路板上完成。实验中所选的定值电阻为电路板上的灯泡，实验中的电容为电路板右侧的定值电容，并且通过电容的串并联得到不同的定值电容。实验中所测的电感为三项电路板上右侧的电感。在实验电路图2中，测的其确实有感性，故推测其为有阻值的电感。因其数值未标明，故成为本实验测量的对象。2、由实验数据得出的结论：(1)由实验电路图l数据可知：定值电阻表现为阻性，当在

8、其两端加正弦交流电时，有功功率等于视在功率，功率因数为1。(2)由实验电路图2数据可知：定值电感表现为感性，当在其两端加正弦交流电时，无功功率等于视在功率，功率因数为0。本实验因电感本身存在阻值，故与理论结果有些偏差，但偏差不大，可得到理论结论。(3)由实验电路图3数据可知：定值电容表现为容性，当在其两端加正弦交流电时，无功功率等于视在功率，功率因数为0。 (4) 由实验电路图4数据及图2可知：当在由电感和定值电阻串联组成的电路两端并联电容时，由于电容值不同，故得到的电路各项功率数值均不同。电容从0开始，随着电容值的增大，功率因数逐渐增加，电路感性成分逐渐减小，可达到峰值为1,此时无功补偿效果

9、最好，电路表现为阻性，得到该点的电容值；超过峰值对应的电容值时，随着电容值的增加，功率因数逐渐降低，电路容性成分逐渐增大，无功补偿效果越来越差。3、由实验数据测量未知电感的电感值：(1)由实验电路图4,取功率因数为1对应的电容值，列写方程，求得未知电感的电感值为：L=0.0557H;综上分析：该未知电感的电感值在O.O5H左右，与交直流实验箱标定基本相符。8.实验中出现的问题及解决对策最初在设计实验的时候，只做了理论计算，没有做仿真，在网站上查了实验室的元件参数。结果由于找不到合适的元件，实验几乎无法进行。随后自己在电脑上下载PSpice后，并且拍了实验室的元件照片后，受限于元件参数，经过多次的计算仿真，最终才设计出了能够实现无功补偿的电路。9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议 由上述8中描述的问题，得到了感悟，做实验不能只做理论上的计算，首先需要仿真验证理论上的可行性，其次由于实验的仪器并不是理想的，可能还会找不到合适的元件，以及元件本身会有误差，导致实验的结果不理想。这就需要我们进行不断的调试，仿真再实验。通过这次电路实验，对上学期电路的知识有了更好的理解和掌握，也对实验室的仪器更加熟悉。并且