正弦稳态交流电路相量的研究

电路实验报告九

实验日期： 2012.12.12

实验名称 正弦稳态交流电路相量的研究

实验班级 电子11-2 班

姓名

学号

同组同学

指导老师

一：实验目的

1．研究正弦稳态交流电路中电压.电流向量之间的关系。

2．掌握日光灯电路的接线。

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，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，他们之间的关系满足向量形式的基尔霍夫定律，既∑I=0和∑U=0. 9-1 RC串联电路

2. 图9-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，

U_R与U_C保持有90°的相位差，即当R阻值改变时。U_R的向量轨迹是一个半圆。U﹑U_C与U_R三者形成一个直角形的电压三角形，如图9-2所示。R值改变时，也该表φ角的大小，从而达到移相的目的。

图 9-2 相量图

3. 日光定线路如图9-3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）。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.按图9-1接线，R为220V﹑25W的白炽灯泡，电容器为4.7Μf/450V。经指导老师检查后，接通试验台电源，将自耦调压器输出（即U）调至220V。记录U﹑U_R﹑U_C值，验证电压三角形关系。

2.日光灯接线与测量。

按图9-4接线。经指导教师检查后接通试验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉器电量为止，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U,U_L,U_A等值，验证电压﹑电流向量关系。

4. 并联电路——电路功率因数的改善。

按图9-5组成试验线路。经指导教师检查后，接通实验台电源，将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插座分别测得三条之路的电流，改变电容值，进行三次重复测量并记录。

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.功率表要正确接入电路。

3.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。

六．预习思考题

1.参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

答：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。
日光灯正常发光后。由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。

2.在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速分开，使日光灯点亮（DJ-04实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做实验。）；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

答：短接会使镇流器通电，断开瞬间，镇流器电压会瞬间加在日光灯两端，使日光灯启动。启辉器就是自动短接的一个器件。

3.为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？

答：总电流先减小，后增大。感性元件功率不变。

5. 提高线路功率因素为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？

6. 答：提高功率因数并联电容会提高功率因数，但不是越大越好，当电容达到一定程度会从1反过来降低功率因数。串联电容会分掉感性元件的一部分电压，使电器不在额定电压下工作，会缩短电器寿命。

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。

2. 根据实验数据，分别绘出电压﹑电流向量图，验证向量形式的基尔霍夫定律。

3. 讨论改善电路功率因数的意义和方法。

4. 改装日光灯线路的心得体会及其他。

5. 运用multisim软件仿真本实验。