电路实验文档实验十功率因数的提高

1、实验十功率因数的提高一、实验目的1.了解日光灯结构和工作原理；2.学习提高功率因数的方法；3.了解输电线线路损耗情况，理解提高功率因数的意义。二、实验原理与说明1.正弦电流电路中，不含独立电源的二端网络消耗或吸收的有功功率,称为功率因数，为关联参考方向下二端网络端口电压与电流之间的相位差。2.在工业用户中，一般感性负载很多，如电动机、变压器等，其功率因数较低。当负载的端电压一定时，功率因数越低，输电线路上的电流越大，导线上的压降也越大，由此导致电能损耗增加，传输效率降低，发电设备的容量得不到充分的利用。从经济效益来说，这也是一个损失。因此，应该设法提高负载端的功率因数。通常是在负载端并联电容器

2、，这样流过电容器中的容性电流补偿原负载中的感性电流，此时负载消耗的有功功率不变，且随着负载端功率因数的提高，输电线路上的总电流减小，线路损耗降低，因此提高了电源设备的利用率和传输效率。电路见图10-1。3.图102是供电线路图，在工频下，当传输距离不长、电压不高时，线路阻抗可以看成是电阻R1和感抗X1相串联的结果。若输电线的始端(供电端)电压为U1，终端(负载端)电压为U2，负载阻抗和负载功率分别为和P2，负载端功率因数为，则线路上的电流为线路上的电压降为输电功率为式中，P1为输电线始端测得的功率，为线路上的损耗功率。实验时，可以用一个具有较小电阻的元件模拟输电线路阻抗，用日光灯模拟负载阻抗Z

3、2，研究在负载端并联电容器改变负载端功率因数时，输电线路上电压降和功率损耗情况以及对输电线路传输效率的影响。 图10-1 图10-2 负载的功率因数可以用三表法测U、I、P以后，再按公式计算得到，也可以直接用功率因数表或相位表测出。三、实验任务1. 测定日光灯电路模型参数按图10-3电路接线。断开开关S1，调节调压器输出电压为220V，观察日光灯起辉过程。用电压表测量日光灯端电压U2；用电流表测灯管电流I；用功率表测日光灯消耗的有功功率。计算日光灯电路模型参数。2简单供电线路的模拟按图10-3电路接线。在d、e间串入一电阻模拟传输线路阻抗，将开关S1倒向1和2位置，增加电容量直到电路为容性，分

4、别测出U1和P1（开关S1置1）、U2和P2（开关S1置2）、电流I记录入表10-1。 图10-3表10-1顺序电容测量计算102345678表中电压损耗，功率损耗，功率。3.自拟实验线路，用功率因数表直接测日光灯电路的功率因数。实验注意事项在实验中保持日光灯负载两端电压为。并联电容可提高功率因数，电容箱接入前应先置放电位置。四、实验设备单相调压器1台功率表1块日光灯灯具1套交流电压表1只交流电流表1只滑线变阻器1只电容箱1只单刀单掷开关各1只五、提示与思考1.并联电容可提高功率因数，是否电容并得愈多，功率因数愈高，为什么? 2.将负载与电容器串联能否提高功率因数?3.如何减少输电线损耗?六、

5、实验报告要求1.根据实验任务1所测试的数据，确定日光灯电路模型参数。2.根据表10-1数据，作出、和三条曲线。3.根据表10-1数据，作出、和三条曲线。附：日光灯简介1.日光灯的构造日光灯由灯管、镇流器和启辉器三部分组成。灯管为一根均匀涂有荧光物质的玻璃管，管内充有少量水银蒸气和惰性气体，灯管两端装有灯丝电板。镇流器为一个铁心线圈，其作用是日光灯起辉时，产生高压将灯管点亮；在日光灯管工作时，限制电流。启辉器是一个充有氖气的玻璃泡并装有两个电极，高温时两电极接通，低温时两电极断开。2.日光灯的启辉过程刚接通电源，由于日光灯没有点亮，220V的交流电全部加在启辉器两端(见图10-3)，启辉器两电极

6、之间产生辉光放电，使电极受热而接触，从而接通日光灯灯丝，灯丝被加热，当启辉器两电极接触后，辉光放电停止，两电极因温度下降而复原(断开)。在断开瞬时，镇流器产生一个比电源电压高得多的自感电压加在日光灯灯管两端，使热灯丝间产生孤光放电并放射出紫外线，管内壁所涂荧光粉受紫外线激发而发出可见光。灯管点亮后，灯管电压只是电源电压的一部分，由于日光灯与启辉器是并联关系，较低的电压不足以使启辉器再重新动作，因此启辉器启动完毕之后就处于断开状态。实验十一磁耦合线圈的研究一、实验目的1.观察互感现象，分析互感与哪些因素有关；2.学习测定同名端的直流通断法与交流法；3.学习测量互感的方法；4.自拟实验线路，提高实

7、验设计能力。二、实验原理与说明1.互感两个有磁耦合的线圈，如图111所示。当线圈1中电流变化时，在线圈2中便产生感应电压，当线圈2电流变化时，在线圈1中也产生感应电压，这就是磁耦合线圈具有的互感现象。2同名端的判别方法同名端指同一变化磁通下，保持有相同电压极性的那对端子。常用的同名端判别方法有：(1)直流通断法如图112所示，用直流电源及直流仪表(电压表、毫安表或检流计)确定同名端。当开关S闭合瞬间，线圈2两端将产生互感电压，若毫安表正偏，则1与2或1与2端为同名端；若毫安表反偏，则1与2或1与2为同名端。图11-1 图11-2 图11-3(2)交流三电压表法如图113所示。用交流电压表分别测

8、出、和的有效值，若有，则1与2为同名端；若，则1和2为同名端。(3) 线圈顺反向串联法两个具有互感的线圈，顺接时等效电感；反接时等效电感，因此，在同值正弦电压下串入电流表，通过比较两种接法时电流表读数大小，可以判别线圈的同名端。电流小时为顺接，电流大时为反接。3.互感M的确定(1)互感电压法在图114(a)所示电路中，若电压表内阻足够大则有即互感系数 (a) (b)图11-4同样，在图114(b)所示电路中，有可以证明(2)顺反向串联法利用三表法分别测出两线圈顺、反向串联时等效电感、，则4.耦合系数两线圈之间无耦合时M为零，M最大为。为表征两个线圈耦合紧密程度，通常用耦合系数K来表示，K定义为

9、三、实验任务1.观察互感现象保持线圈1电流不变，改变两个线圈的相对位置（远近、垂直、平行等）；在紧耦合时插入铁棒和木棒；在两线圈之间分别用铁板、铝板分隔。观察线圈所接电压表的读数变化情况。2.根据实验室给定的仪器设备，试用两种方法判别同名端，画出自拟的实验测试线路。记录表格参考表111。3.用两种方法测定互感M。画出具体的实验线路，记录于表11-2中和表11-3中。4.测定两线圈的自感系数L1、L2。实验注意事项为确保线圈安全，实验中用电流表监视实验电流不超过线圈额定电流。调压器的输出输入端切勿接反，以免损坏调压器。测量用电压表尽量用高内阻电表，以减少仪表内阻对测量结果的影响。表11-1同名端

10、判别序号测量方法测量 数 据判别同名端结论表偏转顺串反串1直流通断法2交流三电压表法3顺、反向串联法表11-2 表11-3测量方法测量数据计算结果测量方法测量数据计算结果互感电压法顺反向串联法1顺串2反串四、实验设备数字电压表1块交流电流表1块低功率因数表1块直流稳压电源1台也可用电池代互感线圈1台附铁棒、木棒单刀开关1只铁板、铝板各1块五、提示与思考1.用直流法判断线圈同名端，开关通断时的判别结果是否相同，结论是否一致，为什么？2.用相量图说明交流三电压表法确定同名端的原理。3.实验中交流电流表有哪些作用？六、实验报告要求1.画出所有自拟的测试线路，整理实验数据。2.分析并讨论实验结果，如何

11、减少测量误差？3.利用测试数据计算耦合系数K值。实验十三三相电路中电压和电流测量一、实验目的1.了解三相负载的星形及三角形接线方法，加深理解线电压和相电压、线电流和相电流之间的关系；2.用实验方法研究三相四线制电路中中线的作用；3.了解相序测定方法。二、实验原理与说明1.三相电路中，负载的联接方式有星形联接和三角形联接。星形联接时根据需要可以采用三相三线制或三相四线制供电，三角形联接时只能用三相三线制供电。三相电路中的电源和负载有对称和非对称两种情况。我们在此主要研究三相电源对称，负载作星形、三角形联接时的电路工作情况。2.图131是星形联接的三线制供电原理图。当线路阻抗忽略不计时，负载的线电

12、压等于电源的线电压，若负载对称，则负载中性点和电源中性点之间的电压为零，此时负载的相电压对称，线电压U线与相电压U相满足U线U相的关系。若负载不对称，负载中性点与电源中性点图13-1 图13-4之间电压不再为零，负载端的各相电压也就不再对称，其数值可以通过计算得到，或者通过实验测出。3.位形图是电压相量图的一种特殊形式，其特点是位形图上的点与电路图上的点一对应。 图13-2 图13-3图13-2是对应于图131星形联接三相电路的位形图。图中代表电路中从A点到B点的电压相量，为电路从点到点之间的电压相量。在三相负载对称时，位形图中负载中性点与电源中性点重合；负载不对称时，虽然线电压仍对称，但负载

13、的相电压不再对称，负载中性点发生位移，如图13-3所示。4.在图131中，若把电源中性点和负载中性点之间用中线联接起来，就成为三相四线制。在负载对称时，中线电流等于零，其工作情况与三线制相同；负载不对称时，若忽略线路阻抗，则负载端相电压仍然对称，但这时中线电流不再为零(中线电流的参考方向从指向N)，它可用计算方法或实验方法确定。5.在发电、供电系统以及用电部门，相序的确定是非常重要的。一般可用专用的相序仪测定，也可以简单地把一个电容和两个相同瓦数的灯泡联成不对称星形负载，接至被测的三相的端线上，见如图13-4所示。由于负载不对称，负载中性点发生位移，各相电压也就不再相等。若设电容所在相为A相，

14、则灯泡比较亮的相为B相，灯泡比较暗的相为C相，这样就可以方便地确定三相电源的相序。6在负载呈三角形联接的对称三相电路中，线电流是相电流倍。若负载不对称，线电流和相电流之间不存在关系。（a）（b）图13-5三、实验任务1.三相负载作星形联接，测量电路中各电压、电流值。按图135(a)接线，测定三相四线制、三相三线制对称负载与不对称负载的线电压、相电压、中点电压和线电流、中线电流，(不对称负载为A相开路、C相短路)，记录于表13-1中。2.三相负载作三角形联接，测量电路中各电压、电流值。按图13-5(b)接线，测量负载对称和不对称情况下的线(相)电压和线(相)电流，记录于表13-2中。实验注意事项

15、三相电路实验中电流的测量可用一块电流表和多个电流插座和插头来完成，实验中要特别注意安全。本实验中三相电源电压(V线380V)较高，必须严格遵守安全操作规程，身体不要触及带电部分，以保证安全。表13-1待测数据实验内容负载对称有中线无中线负载不对称有中线无中线A相开路有中线无中线相短 路无中线待测数据实验内容负载对称负载不对称A相端线断开A相负载断开表13-2四、实验设备根据实验原理与任务，实验室条件(仪器、设备、电源及负载的状况)正确地自选仪器、设备和器件并列出表格。五、提示与思考1.三相负载根据什么条件决定采用星形或三角形联接?如果电源线电压分别为380V和 220V时，要使额定电压为220

16、V的电灯正常工作应采用何种接法，画图说明。2.在三相四线制供电系统中，中线为什么不允许安装熔断器或开关?3.做负载星形联接且一相负载短路的实验时，为什么只能做无中线情况?4.负载对称作三角形联接实验中，如两相灯炮亮度变暗，另一相灯炮亮度正常，是什么原因?如果两相灯炮亮度正常，一相灯不亮，又是什么原因？ 六、实验报告要求1.根据实验测量数据，讨论三相负载星形联接时成立的条件。2.根据表13-1星形接法三相电路无中线时所测各电压值，作出相量图，分析中性点位移的原因，讨论中线的作用。3.根据表132所测数据，按比例画出A相端线断路时电压、电流相量图。实验十五设计实验 仪用三相电压源电路设计一、实验目

17、的 1学习设计简单仪用三相对称电压源的方法。 2掌握正弦电流电路的相量图分析。 3进一步学习示波器、数字多用表、函数信号发生器的使用方法。 二、实验原理 利用相数变换方法，从单相电源获得对称三相电源；可作为小功率三相电路(如测量仪器)的电源。图15-1所示电路，当电源频率和对称的三相负载一定时，选择合适的电感和电容值，即可得到对称的三相电压，其中、为一组对称的相电压。、为一组对称的线电压。对图15-1电路列B节点KCL定律方程有： 设则： 图15-1 将以上各式代入节点方程得： 三相对称电源的线电压是相电压的倍，记作。线电压超前相的相电压30o。 三、实验任务1、按图15-1所示电路，取正弦信号频率为100，对称三相负载为500，确定所设计单相变换为三相电源的电路器