正弦稳态交流电路相量的研究

实验十三   正弦稳态交流电路相量的研究

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

                      

和

                       

2.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°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（cosφ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

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、UR、UC值 ,验证电压三角形关系。

(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。

(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。

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=UA+UC  满足基尔霍夫定律KVL

电流相量图如下：

  

I=IC+IL     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/(Ucosj)，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。

4（1）.当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。

（2）

一般情况下，总电流是减小了。因为通过电容和感性负载的电流相位相差90°，可以认为有一部分电流相互抵消了，因此在电源入口，总的电流减小了。

当然，过补偿的情况例外。

总电流变小。感性元件上的电流和功率会变小，因为电压会随着电容是并联而减小。

（3）

采用并联电容补偿，是线路与负载的连接方式决定的：在低压线路上（1KV以下），因为用电设备大多数是电机类的，都是感性负载，又是并联在线路上，线路需要补偿的是感性无功，所以要用电容器并联补偿。串联无法补偿。

   高压输电线路，特别是高压电缆，他们对电源端呈容性，所以线路补偿常常串联电感（电力上叫：电抗器）。

   电容器也是无功元件，如果补偿过头，造成过补偿，线路中的容性无功功率过大，线路的功率因数一样会降低。所以补偿要恰到好处（适量），不是越大越好。

 

第二篇：正弦稳态交流电路相量研究及功率因数提高

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