实验十三 正弦稳态交流电路相量的研究
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实验日期
一、实验目的
1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系
2.掌握日光灯线路的接线。
3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明
1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,用交流电压表测得回路各元件两端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即 i =∑0
和
&U
=∑02.如图13-1
所示的RC 串联电路,在正弦稳态信号的激励下,与保持有90°&U R
U &&U C 的相位差,即当阻值Ｒ改变时,的相量轨迹是一个半圆,、与三者形成一个直角
&U R &U &U C &U R 形的电压三角形。Ｒ值改变时,可改变φ角的大小,从而达到移相的目的。
图 13-1
3.日光灯线路如图13-2 所示,图中Ａ是日光灯管,Ｌ是镇流器,Ｓ是启辉器,Ｃ是补偿电容
器,用以改善电路的功率因数（cos φ值）。
图 13-2
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
三、实验设备
序号名称型号与规格数量备注
1单相交流电源0~220V
12三相自耦调压器13交流电压表14交流电流表15功率因数表1
DGJ-076白炽灯组15W/220V 2DGJ-047镇流器与30W 灯管配用
1
DGJ-048电容器
1uf,2.2uf, 4.7µf/450V
DGJ-04
9启辉器与30W 灯管配用
1DGJ-0410日光灯灯管30W
1DGJ-0411电门插座
3
DGJ-04
四、实验内容
(1)用两只15W /220V 的白炽灯泡和4.7µf/450V 电容器组成加图13-1所示的实验电路,经指导老师检查后，接通市电220V 电源，将自藕调压器输出调至220V 。记录U 、U R 、U C 值 ,验证电压三角形关系。
测量值 计算值
白炽灯盏数
U(V) U R (V) U C (V) U’(V) φ2 220 200 84 217 22.8 1
220
213
45
218
11.9
(2)日光灯线路接线与测量
图 13-3
按图13-3组成线路,经指导教师检查后按下闭合按钮开关,调节自耦调压器的输出,使其
输出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为止,记下三表的指示值。然后将电压调至220Ｖ,测量功率Ｐ,电流Ｉ,电压 等值,验证电压、电流相量关系。U U U L A ,, P(W)cos φI(A)U(V)U L (V)U A (V)启 辉 值 29.9 0.53 0.28 200 149 85正常工作值
36.5
0.45
0.35
220
175
80
(3)并联电路——电路功率因数的改善 按图13-4组成实验线路
图 13-4
经指导老师检查后,按下绿色按钮开关调节自耦调压器的输出调至220V,记录功率表,电压表读数,通过一只电流表和三个电流取样插座分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行三次重复测量。电容值测 量 数 值计 算 值(μF)P(W)U(V)I(A)I L (A)I C (A)cos φI ’(A)cos φ 1 35.5 2200.30 0.36 0.065 0.52 0.16 0.53 2.2 36.3 220 0.24 0.38 0.15 0.69 0.165 0.69 4.7
36.5
220
0.17
0.39
0.33
0.92
0.166
0.97
五、实验注意事项
1.本实验用交流市电220V ，务必注意用电和人身安全。
2.在接通电源前，应将自藕调压器手柄置在零位上。
3.功率表要正确接入电路,读数时要注意量程和实际读数的折算关系。
4..线路接线正确,日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。
七、实验报告
1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。
误差分析： 1、仪表精确度； 2、读数时存在误差
2.根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基尔霍夫定律。
电压相量图如下：
U=U A +U C 满足基尔霍夫定律KVL 电流相量图如下：
I=I C +I L 满足基尔霍夫定律KCL
3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。
意义：功率因数低会导致设备不能充分利用，电流到了额定值，但功率容量还有。而
且当输出相同的有功功率时，线路上电流大，I =P /(U cos )，线路压降损耗大。方法：（1）高压传输。 （2）改进自身设备。
（3
）并联电容，提高功率因数。
I
U A
