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实验3 感性电路的测量及功率因数的提高一、实验目的1．进—步熟悉日光灯电路的工作原理。
2.进—步理解交流电路中电压、电流的相量关系。
3.学习感性负载电路提高功率因数的方法。
4. 学习交流电压表、电流表、功率表的使用。
二、实验任务（建议学时：2学时）基本实验任务1. 正确连接日光灯电路并学习测量日光灯电路中的各项参数。
2. 选择合适的实验电路，采取正确的实验方法，提高感性负载电路的功率因数。
扩展实验任务1.采用正确的实验方法排除日光灯电路的简单故障。
三、实验器材（一）仪器仪表1.交流电压表 1台2.交流电流表 1台3.单相功率表 1台（或多功能电参数测试仪1台）（二）器材器件1.日光灯电路板 1套2.电流插孔若干3.电容器若干四、实验原理（一）基本实验任务1. 日光灯电路的组成及工作原理日光灯电路由日光灯管、镇流器、启动器及开关组成，如图3.1所示。
图3.1 日光灯电路（1）日光灯管灯管是内壁涂有荧光粉的玻璃管，两端有钨丝，钨丝上涂有易发射电子的氧化物。
玻璃管抽成真空后充入一定量的氩气和少量水银，氩气具有使灯管易发光和保护电极延长灯管寿命的作用。
工作时灯管可认为是电阻性负载。
（2）镇流器镇流器是一个具有铁心的线圈。
在日光灯启动时，它和启辉器配合产生瞬间高压促使灯管导通，管壁荧光粉发光。
灯管发光后在电路中起限流作用。
工作时镇流器是电感性负载。
（3）启动器启动器的外壳是用铝或塑料制成，壳内有一个充有氖气的小玻璃泡和一个纸质电容器，玻璃泡内有两个电极，其中弯曲的触片是由热膨胀系数不同的双金属片（冷态常开触头）制成。
电容器作用是避免启动器触片断开时产生的火花将触片烧坏，也防止管内气体放电时产生的电磁波辐射对收音机、电视机的干扰。
（4）日光灯发光原理及启动过程在图2.7.1中当接通电源后，电源电压（220V ）全部加在启动器静触片和双金属片两级间，高压产生强电场使氖气放电（红色辉光），热量使双金属片伸直与静触片连接。
感性负载功率因数的提高实验报告感性负载功率因数的提高实验报告引言：功率因数是电力系统中一个重要的参数，它反映了电路中有功功率和视在功率的比值。
在实际应用中，低功率因数会导致电网负载的增加，降低电能的传输效率，增加线路的损耗。
因此，提高感性负载的功率因数对电力系统的稳定运行和能源利用具有重要意义。
实验目的：本实验旨在通过改变感性负载的电感值，研究电感对负载功率因数的影响，并探讨提高感性负载功率因数的方法。
实验装置：1. 交流电源：提供实验所需的交流电源。
2. 电感器：用于改变感性负载的电感值。
3. 电流表：用于测量电路中的电流。
4. 电压表：用于测量电路中的电压。
5. 功率因数表：用于测量负载的功率因数。
实验步骤：1. 将交流电源接入电路，并连接电感器、电流表和电压表。
2. 调节交流电源的电压，使其保持稳定。
3. 测量电路中的电流和电压，计算得到负载的功率因数。
4. 更换不同电感值的电感器，重复步骤3，记录不同电感值下的功率因数。
实验结果：通过实验测量和计算，得到了不同电感值下的负载功率因数。
结果显示，随着电感值的增加，负载的功率因数逐渐提高。
这是因为电感器的引入使得负载电流滞后于电压，从而减小了视在功率。
讨论：为了进一步提高感性负载的功率因数，我们可以采取以下措施：1. 并联电容器：通过并联适当容值的电容器，可以补偿感性负载的滞后功率，提高功率因数。
2. 调整电感值：通过调整电感器的电感值，可以使负载电流与电压的相位差减小，从而提高功率因数。
3. 优化电路设计：在电路设计阶段，可以合理选择电感值和电容值，以达到较高的功率因数。
结论：通过本实验，我们验证了电感对感性负载功率因数的影响，并探讨了提高功率因数的方法。
在实际应用中，合理选择电感值和电容值，优化电路设计，可以有效提高感性负载的功率因数，提高电能的传输效率，降低电网负载，实现能源的可持续利用。
总结：本实验通过实际测量和计算，研究了感性负载功率因数的提高方法。
感性负载与电容器并联及功率因数的提高教学设计 1 / 1感性负载与电容器并联及功率因数的提升实质大部分负载都属于电感性负载，既含有 R 又含有 L 。
这种负载与电容器并联，就构成了如图2.4.10 所示的电路，在适用中很存心义。
1. 电流与电压的关系及功率设电源电压 v 的初相为零，经过 RL 支路的刹时电流为 i1，相应的有效 值为i 1 滞后 v 的角度 φ1cos φ1 = R/| Z 1 | 经过电容支路的电流为 i C ，有效 值为I C = V/X C i C 比超前v 了 π /2，它们的矢量如图 所示。
I 1 和 I C 的合成矢量 I ，即为所求总电流的矢 量。
I =I 1+I C由矢量图可得由矢量图可看出： 当 I 1sin φ1 ＞ I C 时，电流 i 滞后电压 v ，电路呈感性； 当 I 1sin φ1＜I C 时，i 超前 v ，电路呈容性； 当 I 1sin φ1 = I C 时， i 与 v 同相，电路呈阻性。
R 、 L 与 C 并联电路的有功功率 P 和无功功率 Q 分别为P = VIcos φQ = VI sin φ2. 功率因数的提升从矢量图中能够看出，在电感性负载的两头并联电容器后，使总电流与电压间的相位差负载上电流与电压的相位差 φ1 ，这样就提升了电路的功率因数。
φ 小于感性功率因数是电路运转情况的重要指标之一。
如负载为纯电阻，功率因数 cos φ = 1 ，说明电源供给的功率所有变换成有功功率 P ；在供电线路中，电感性负载越多，如电动机、电磁铁等，这意味着电源向电路供给的视在功率中有功成分减少，而与电感间进行能量互换的成分增大，功率因数不再为 1。
这部分能量来回传达，占用了线路的容量而又未获得电源向负载输送能量的成效。
可见，提升功率因数是特别有实际意义的。
（ 1）提升功率因数可使电源设施的容量获取充足利用。
设电源的容量为 S = VI ，负载取用的有功功率 P = VI cos φ。
感性负载功率因数的提高一． 提高功率因数的实际意义1）为了最大程度利用发电机的容量2）提高功率因数cosØ会降低输电线上的功率损耗！Pl=R*P./V/cosØ 由以上式可以看出，在V 和P 都不变的情况下 可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。
例如：当cosØ=0.5时的损耗是cosØ=1时的4倍。
在实际用电过程中，提高负载的功率因数是最有效地提高电力资源利用率的方式。
3）可减少线路的功率损失，提高电网输电效率二．提高功率因数的几种方法1. 提高自然因数法：1). 恰当选择电动机容量，减少电动机无功消耗，防止“大马拉小车”。
2）避免电机或设备空载运行。
2. 人工补偿法：在感性负载上并联电容器。
可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。
在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，纯电感负载中的电流滞后于电压90º，而纯电容的电流则超前于电压90º，电容中的电流与电感中的电流相差180º，能相互抵消。
电力系统中的负载大部分是感性的，因此总电流将滞后电压一个角度，如图1所示，将并联电容器与负载并联，则电容器的电流将抵消一部分电感电流，从而使总电流减小，功率因数将提高。
三。
日光灯交流电路的研究：在电路中日光灯管与镇流器串联构成一个电阻和电感串联的电感性负载电路，由于镇流器本身电感较 大，故整个电路功率因数很低。
整个电路消耗的功率 P 包括日光灯管消耗功率（PR=U2I ）以及镇流器所消耗的有功功率（PL=P-PR ）。
为了提高电路的功率因数，可以与电感性负载并联电容器，此时总电流I 是日光灯电流 IR 和电容器电流 IC 的相量和： ，其相量图如图所示。
因为电容器吸取的容性无功电流 IC 抵消了一部分日光灯电流中的感性无功分量，所以电路总电流下降，电路的功率因数被提高了。
电感性负载电路及功率因素的提高用电设备中，多数是电感性负载，本试验所用的日光灯电路就是一个电感性负载电路。
一般电感性负载功率因素较低，通常用并联适当补偿电容器的方法来提高功率因素，并联电容后，由于电感性负载支路的感性电流与电容支路的容性电流相互补偿，总电流可以降低，功率因素随之提高，当功率因素提高到1时，电路呈现并联谐振状态。
假定电感性负载电路的功率因素从cos提高cos 到，则所需并联电容器的电容值可按下式计算：式中U--电源电压(V)P--电路所消耗的有功功率(W)日光灯电路由灯管，镇流器和起辉器三部分组成。
如下图所示。
灯管是一玻璃管，管内壁匀称地涂着一层簿的荧光粉，灯管两端各有一组灯丝，灯丝上涂有一层电子粉，灯管内充有惰性气体（如氩气）和水银蒸汽。
镇流器实际上是一个铁芯线圈，它与灯管串联使用，其作用是：(1) 限制灯管电流(2) 使日光灯起燃时，由于线路内电流突变而在灯管两端产生一脉冲高压，起燃日光灯。
镇流器必需按电源电压和日光灯功率配用，不能相互混用。
起辉器是由一个小电容和封装在玻璃泡内（泡内布满惰性气体）两个电极组成。
如左图所示。
一个电极为直形金属片，另一个电极为“”形双金属片。
接通电源时，电源电压全部加在起辉器的两个电极之间，气隙被击穿，连续发生火花，并激发惰性气体呈桔红色。
金属片受热膨胀，使两电极相碰。
相碰后，极间电压降到零，双金属片冷却复原。
由此可知，起辉器的作用是使电路接通和自动切断。
起辉器的规格依据日光灯的功率来打算。
日光灯工作原理：当日光灯刚接通电源时，起辉器放电导通，使两组灯丝串联接在电源上，灯丝加热放射出大量电子，起辉器放电时双金属片受热膨胀，使两电极相互接触，导致起辉器放电熄灭，双金属片冷却，随即断开。
由于双金属片的突然断开，导致线路电流的突然变化，于是在镇流器的两端产生开路脉冲电压，加在灯管两端使管内的氩气电离，氩气放电后，管内温度上升，使水银蒸汽压上升。
由于电子撞击水银蒸汽，从而灯管由氩气放电过渡到水银蒸汽放电，放电时辐射出紫外线，激励管壁上的荧光粉，使它发出象日光的光。
电感性负载电路及功率因数的提高
一．实验目的
1． 掌握正弦交流电路中电压、电流的相量关系。
2． 了解电感性负载并联电容器提高功率因数的原理，从而认识提高功率因数的意义。
3． 学习用实验方法求取线圈的参数。
4． 学习功率表的正确使用方法。
二．实验原理
1．电源设备的容量是视在功率S ＝UI ，而其输出的有功功率P 为UIcos ϕ,为了充分利用电源设备的容量，就要求提高电路的功率因数ϕcos ；另外，当负载的有功功率P 和电压U 一定时，功率因数越高，输出电线路中的电流ϕ
Ucos P
＝
I 就越小，在输电线路电阻上消耗的
功率也就越小，因此提高功率因数对电力系统的运行十分重要，有很大的经济意义。
用电设备中，多数是电感性负载，例如工业中广泛应用中的三相异步电动机、照明用的日光灯等。
本实验用变阻器R 与带铁心线圈（r 、L ）相串联，模拟电感性负载，如图3.1（开关S 未合上）所示。
i
C
i
C
I &
&
图3.1 电阻及电感串联电路 图3.2电感性负载并C 后各电流的相量图
一般电感性负载功率因数较低，通常用并联适当的补偿电容器来提高电路的功率因数。
并联电容后，虽然电感性负载支路的电流不变，但这个感性电流与电容支路的容性电流相补偿，使电路总电流可以减小，功率因数可以提高。
图4.3.2是由电感性负载并联电容后（图3.1中开关S 己合上），各电流的相量图（以U &为参考相量）。
如果感性负载电路的功因率数从ϕcos 提高到ϕ'cos 则所需并联电容器的电容值可按
下式计算：(F) )tan -(tan ωU P
C 2
ϕϕ'= 式中50Hz)( π 2ω==f f ，U —电源电压（V ）
，P —电路消耗的有功功率（W ）。
本实验中电容器采用电容箱，其示意图3.3。
为使用方便每个电容连接一个开关，几个电容并联后，其总电容为各电容值之和。
图3.3
电容箱示意图
2．本实验测量电流时，借用辅助设备—电流插座和插头，如图4.3.4所示。
三路电流插座是独立的，见图4.3.4（a ），可分别接入被测电流支路，电流插头与一个电流表相接，见图4.3.4（b ），当需测量某一支路电流时，可用电流插头插入电流插座的两接触铜片间，电流就流经电流表而测得所需支路电流。
ο
οοοοο12
4
（a ） （b ）
图3.4 三路电流插座及电流插头
（a ）电流插座 （b ）电流插头
1－电流插座板 2－电流插座接触铜片 3－电流插头 4－插头引出线 5－绝缘材料
3．功率的测量，采用电动式单相功率表（其原理见有关教材），它是多量程的，一般有三档或四档电压量程，两档（串联或并联）电流量程。
使用时应根据被测电路中电流及电压的大小，分别选用合适的电流、电压量程，不能根据功率大小来选择。
由于功率表是多量程的，所以它的标度尺上只标有分格数，当选用不同的电流和电压量程时，每一分格代表不同的瓦特数。
为此，在使用功率表时，要注意被测量的实际值与指针示值之间的换算关系。
假定测量时功率表指针读数为X （格），则被测实际功率的数值（单位为W ）为：P ＝CX
其中C 为功率表的分格常数，单位是W ／格
m
m m X I U C ⋅=
式中m X ——功率表标度尺的满刻度格数
m U ——所使用的电压线圈的额定值（此值常标注在电压线圈的接线端钮旁） m I ——所使用的电流线圈的额定值（此值常标注在电表盒盖内） 功率表电流及电压端子上标有符号＊（或±）端是同名端（或称对应端），即为两个线圈的始端，接线时应联接在电源的同一端，其正确接法见 4.3.5（a ）、（b ）；4.3.5（c ）为错误接法，其中有一个线圈反接，指针将反向偏转。
负
载
负
载
负
载
（a）(b) (c)
图3.5 功率表电流和电压线圈同各端的接线方法
（a）功率表电压线圈前接(b)功率表电压线圈后接(c)错误接法具体测量时，功率表的电压线圈两端接测试笔，电流线圈应串接入电流插头，如图4.3.6所示，并辨清那根引线为电流线圈的同名端，以保证电流线圈与电压线圈的“＊”端接在一起如图4.3.6。
电流插头
图3.6功率表的具体使用方法
本实验的电感性负载支路由两个元件串联组成。
当电流线圈插入该支路的插片中，而电压线圈的两根测试笔接于电感线圈两端时，功率表指针偏转值为电感线圈所消耗的功率rL
P；当两测试笔跨接在电阻R两端时，功率表指示的读数，即为R消耗的功率R P。
用功率表测量功率时，相当于同时在电路中接入电压表和电流表，因此它们的内阻会影响测量的准确度。
功率表的电压线圈一般要取用几十毫安的电流，为了减小测量误差，对高阻抗负载（本实验电容容抗C X较大），电压线圈支路分流影响大，所以，电压线圈应接在电流线圈之前，称前接，如图3.5（a），对于低阻抗负载，电流线圈上压降影响大，电压线圈应后接，如图3.5（b）。
三．实验仪器和设备
电感线圈（200～500mH）、电阻器（100Ω，2A）、电容器（0～32μF，250V）、交流电压表（0～250～500V）、交流电流表（1～2A）、单相功率表（0～75～150～300V，0.5～1A）、电流插座板（三相）、电流插头。
四．实验内容和步骤
1．测量电感性负载支路（断开电容箱上所有开关）的电流，电压和功率。
2．电感性负载支路两端，并入8μF 电容，测量电路的电压、电流和功率， 3．测量电容值与总电流之间的关系
五．预习要求
1．设图3.7电感性负载电路，电阻R ＝100Ω，线圈阻抗Z ＝150Ω，电源电压为127V ，选择电流表的量程。
2．阅读教材中有关功率表的内容，了解功率表的原理和使用方法。
3．从实验步骤3所测各项数据，列出求取电阻R 和铁心线圈电阻r 和电感L 的计算式。
4．图3.7中并联电容后rL I 、rL ϕ、I 是否改变？如果改变，是变大还是变小？为什么？
六．实验总结报告
1．根据实验步骤3 所得数据，计算出表4.3.4中列所列各项计算值，并填入表中。
2．根据实验步骤3 、4所得测量值，按比例在坐标纸上画出U 、R U 、rL U 、rL I 、σI 及
I &的相量图（以U &为参考相量），验证是否符合R rL U U U &&&+=、C rL I I I &&&+=的相量关系。
3．本实验测量电容器所消耗的功率P c 时采用图4.3.5中哪种接法？为什么？
4．根据表3.3所测数据和计算值，在坐标纸上作出(C)f =I 及(C)cos f =ϕ的两条曲线。
在本实验中若把电路的功率因数提高到0.9=ϕcos ，从(C)f =ϕcos 曲线中找出应并联多大电容较为合适。
