交流元件参数的测量和负载功率因素的提高——电子电工综合实验论文

1、电子电工综合实验论文交流元件参数的测量和负载功率因素的提高一、 摘要: 本文主要是研究如何测量交流元件电感、电容的参数以及感性负载功率因数的提高。由于电容、电感是交流元器件，所以测量它们参数的电路必须是在交流电路中，在电路中我们还要研究感性负载的功率因素的提高。在众多测量电容、电感的的试验方法中，相量法和伏安法是测量比较方便，准确度比较高的方法。它们利用电路原理中的相量分析法和交流通路中的欧姆定律，间接的测量出了交流元件的参数。感性负载功率因素提高的试验中，通过改变与感性负载相并联的电容C的值，找出感性负载功率因素的最大值。利用Multisim 11.0软件进行仿真，测量参数，获取实验的波形图

2、，同时用Excel记录了相关的仿真数据，绘制了图形。此外，还介绍了一些关于提高功率因素的重要性和实际生产中的应用。二、 关键词：电感 电容 相量法 伏安法 负载 功率因素三、 引言： 在一些实验环节中，有时我们需要用简单的仪器，快速准确地测量出交流器件电容、电感的参数。相量法和伏安法能够方便精准的间接测量出它们的参数，满足实验的所需。研究负载的功率因素提高，很有实际意义。通过研究负载的功率因素变化规律和如何让其提高功率因素，对于提高能源的利用率的和社会的可持续发展着实有着重要的意义。在实验中，通过仿真软件的模拟，能更好的分析和理解测量电路的原理以及电路可行性的研究。通过模拟测量多组数据，绘制相

3、应曲线，并进行了相应的分析，从而达到研究的目的。四、 正文：1. 实验要求：测量交流元件电感、电容的的参数（至少用两种不同的方法测量） 感性负载功率因素的提高（1） 电感参数的测量（2） 电容参数的测量（3） 感性负载功率因素提高的研究2. 实验原理： 电感参数的测量 （1） 相量法测电感 相量法测电感又称为“三点压法”，是一种间接测量方法，不仅可以测量电感，而且常用于测量阻抗。它利用电路原理中相量分析法，计算出电感和直流电阻，测量的精度取决于仪表的准确度。其优点是测量方便，只要正弦电源和交流电压表即可。)实验原理图： 实际的电感是由理想的L和r组成的。将一个外接电阻R与实际电感相串联，连接到

4、交流电压源上，只需测量有效值、，就可利用余弦定理计算。图 1）相量图分析：图 2只需测量有效值、，就可利用余弦定理计算=arccos(1)cos(2)(3)(4)(5)(6)实验内容 根据实验原理，设计的电路图及元件参数如下： U=120R=1K f=60HzV1120 Vrms 60 Hz 0° R11k?R21k?L11HU1AC 10MOhm58.961V+-U2AC 10MOhm63.012V+-U3AC 10MOhm120.000V+-实验测得V ， 将所测数据带入上面（1）（2）（3）（4）（5）（6）式中，即可得：=arccos=cos22.221V=58.961mA=

5、1.001H=0.999K又已知选取的电感的实际参数为L=1.000H，r=1.000K，所以： L的相对误差E= r的相对误差E=（2） 伏安法测电感伏安法是一种间接测量方法，用于测量线性或非线性电感的情况。其误差取决于电压和电流表的准确度。）实验原理图实际的电感是由理想的L和r组成的。将一个外接电阻R与实际电感相串联，测量时分别对电感元件通以直流和交流，测量其上的直流电压、直流电流和交流电压和交流电流。RLI电源则电感元件的等效电阻为 （7） 电感元件的等效阻抗为 （8）由此可得电感值为= （9）式中，f是交流电源的频率。当感抗 >>电阻R时，可以近似于= （10）实验内容根据

6、实验原理，设计的电路图和参数如下 直流电源10V 交流电源频率f=60HZ,电压有效值U=120V通直流电时的电路图如下： 测得直流电压=10.000V，直流电流=0.010A 通交流电时的电路图如下：测得交流电压=120.000V,交流电流=0.112A将所测数据带入有： =1K=1.071 K=1.021HL的相对误差E= 电容参数的测量（1） 数字式表测量电容 数字式仪表测量电容的方法之一是将待测电容量转化成直流电压，再利用数字电压表测量出电压，以完成的转换。这样在测量其他电路元器件参数时就可增加测量电容的档位。数字式仪表测量电容的另一种常用的方法是脉宽调节法（PWM）。基本原理是利用被

7、测电容的充放电过程去调制一个频率f和占空比D均固定的脉冲波，使其占空比D与的值成正比，记过滤波后得到直流电压送到A/D转换器，转换成数字量并显示。（2） 伏安法测电容 采用伏安法测电容如下图所示，当加上频率为f的正弦交流电源后，只须测量电压U和电流I。)实验原理图：AVUI在忽略电容本身的损耗时，即有式中，当电流单位为A，电压单位为V，电容单位为F。）实验内容根据实验原理，设计的电路图和参数如下：交流电压有效值U=120V,频率f=60HZ 实验测得U=120.000V，I=0.045A 代入公式 可解得F=0.995 F 又已知选取的电容的 F的相对误差E=感性负载功率因素的提高由荧光灯作为

8、感性负载，研究提高功率因素。)实验原理图：提高感性负载的电路图如下所示，通过改变电容C的值，观察相应仪表，找出功率因素提高到最佳点的对应电容值，计算出各点的功率因素。WV220）相量图分析相量图)实验内容 根据实验原理，设计的电路图及元件参数如下： 有效值 U=120f=10000HZ 可调电容C当改变可调电容的值时，通过功率表可观察功率因素的值，以及对应的电表仪器的读数。记录的相关数据如下： C/pF U/V I/mAIlr/mAIC/mA COS01201.8671.8580.0220.179351201.5971.8610.2690.186701201.3271.8620.5360.18

9、71051201.0641.8640.8050.2491401200.8211.8631.0690.3681751200.5751.8621.3410.5042101200.3561.8621.6050.7752451200.2891.8631.8720.9912801200.4071.8582.1380.6683151200.6491.8612.4060.5013501200.8911.8642.6740.355曲线图如下所示：由实验曲线图和所测数据可知，当C=245pF时，COS有最大值，而电流I有最小值。所以功率因素最高点所对应的电容值C=245pF。五、 结论：在交流元件电容、电感参数的测量中，我们注意到电感、电容参数测量的准确度与工作条件、测试方法和测量工具有关。 (1) 相量法测电感，它利用电路原理中相量分析方法进行测量，只需测量有 、，就可利用余弦定理计算出电感和直流电阻。实验原理简单明了，测量次数的简约，加之仪表精度的提高，对比与实验结果与理论值的相对误差，不难发现此种测量方法及其方便，准确度相当的高。伏安法用于测量线性和非线性的电感中，其误差仅仅取决于电压和电流表的准确度，其测量精度亦是很高。 （2） 中值电容的测量过程亦是简便清晰。在伏安法测量过程中，是忽略了电容本身的一部分损耗，故测量精