交流電路的研究
一、實驗目的
1、學會使用交流數字儀表（電壓表、電流錶、功率表）和自耦調壓器；
2、學習用交流數字儀表測量交流電路的電壓、電流和功率；
3、學會用交流數字儀表測定交流電路引數的方法；
4、加深對阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。
5、研究提高感性負載功率因數的方法和意義；
二、實驗原理
1、交流電路的電壓、電流和功率的測量
正弦交流電路中各個元件的引數值，可以用交流電壓表、交流電流錶及功率表，分別測量出元件兩端的電壓u，流過該元件的電流i和它所消耗的功率p，然後通過計算得到所求的各值，這種方法稱為三表法，是用來測量50hz交流電路引數的基本方法。計算的基本公式為：
電阻元件的電阻：或
電感元件的感抗，電感
電容元件的容抗，電容
串聯電路復阻抗的模，阻抗角
其中：等效電阻 ，等效電抗
在r、l、c串聯電路中，各元件電壓之間存在相位差，電源電壓應等於各元件電壓的相量和，而不能用它們的有效值直接相加。
電路功率用功率表測量，功率表（又稱為瓦特表）是一種電動式儀表，其中電流線圈與負載串聯，（具有兩個電流線圈，可串聯或併聯，以便得到兩個電流量程），而電壓線圈與電源併聯，電流線圈和電壓線圈的同名端（標有*號端）必須連在一起，如圖3-1所示。本實驗使用數字式功率表，連線方法與電動式功率表相同，電壓、電流量程分別選500v和3a。
2、提高感性負載功率因數的研究
供電系統由電源（發電機或變壓器）通過輸電線路向負載供電。負載通常有電阻負載，如白熾燈、電阻加熱器等，也有電感性負載，如電動機、變壓器、線圈等，一般情況下，這兩種負載會同時存在。由於電感性負載有較大的感抗，因而功率因數較低。
若電源向負載傳送的功率，當功率p和供電電壓u一定時，功率因數越低，線路電流i就越大，從而增加了線路電壓降和線路功率損耗,若線路總電阻為，則線路電壓降和線路功率損耗分別為和；另外，負載的功率因數越低，表明無功功率就越大，電源就必須用較大的容量和負載電感進行能量交換，電源向負載提供有功功率的能力就必然下降，從而降低了電源容量的利用率。因而，從提高供電系統的經濟效益和供電質量，必須採取措施提高電感性負載的功率因數。
通常提高電感性負載功率因數的方法是在負載兩端併聯適當數量的電容器，使負載的總無功功率q＝ql－qc減小，在傳送的有功率功率p不變時，使得功率因數提高，線路電流減小。當併聯電容器的qc＝ql時，總無功功率q＝0，此時功率因數＝1，線路電流i最小。若繼續併聯電容器，將導致功率因數下降，線路電流增大，這種現象稱為過補償。
負載功率因數可以用三表法測量電源電壓u、負載電流i和功率p，用公式計算。
本實驗的電感性負載用鐵心線圈，（日光燈鎮流器）電源用220v交流電經自耦調壓器調壓供電。
三．實驗裝置
1．交流電壓表、電流錶、功率表（在控制屏）
2．自耦調壓器（輸出可調的交流電壓）
3．neel—17（或eel—52、eel—55或meel—001、meel—02）—30w鎮流器，630v/4.3μf電容器，電流插頭，40w/220v白熾燈，30w日光燈
四．實驗內容
1．測量日光燈電路
日光燈電路如圖3-2所示，功率表的連線方法見圖3-1，交流電源經自耦調壓器調壓後向負載日光燈供電。將電壓u調到220v，測量日光燈管兩端電壓ur、鎮流器電壓url和總電壓u以及電流和功率，並記入自擬的資料**中。
2．提高感性負載功率因數實驗
按圖3-2組成實驗電路經指導老師檢查後，按下按鈕開關，調節自耦變壓器的輸出電壓為220v，記錄功率表、功率因數表、電壓表和電流錶的讀數，接入電容，從小到大增加電容值，記錄不同電容值時的功率表、功率因數表、電壓表和電流錶的讀數，並記入表3-1中。實驗中用電流取樣插頭測量三個支路的電流。在實驗過程中，一直要保持負載電壓u2等於210v，以便對實驗資料進行比較。
注意：日光燈啟動時電流較大（約0.6a），工作時電流約為0.37a，注意儀表量程選擇。
表3-1提高感性負載功率因數實驗資料
五．實驗注意事項
1．通常，功率表不單獨使用，要有電壓表和電流錶監測，使電壓表和電流錶的讀數不超過功率表電壓和電流的量程；
2．注意功率表的正確接線，上電前必須經指導教師檢查；
3．自耦調壓器在接通電源前，應將其手柄置在零位上，調節時，使其輸出電壓從零開始逐漸公升高。每次改接實驗負載或實驗完畢，都必須先將其旋柄慢慢調回零位，再斷電源。必須嚴格遵守這一安全操作規程。
六．預習與思考題
1．自擬實驗所需的**；
2．參閱課外資料，了解日光燈的電路連線和工作原理；
3．當日光燈上缺少啟輝器時，人們常用一根導線將啟輝器插座的兩端短接一下，然後迅速斷開，使日光燈點亮；或用乙隻啟輝器去點亮多隻同型別的日光燈，這是為什麼？
4．了解功率表的連線方法；
5．了解自耦調壓器的操作方法。
6．電感性的負載為什麼功率因數較低？負載較低的功率因數對供電系統有何影響？為什麼？
7．為了提高電路的功率因數，常在感性負載上併聯電容器，此時增加了一條電流支路，試問電路的總電流是增大還是減小？此時感性負載上的電流和功率是否改變？
8．提高線路功率因數為什麼只採用併聯電容器法，而不用串聯法？
七．實驗報告要求
1．根據實驗1的資料，計算鎮流器的引數（電阻r和電感l）；
2．根據實驗2的資料，畫出各個電壓和電流的相量圖，說明各個電壓之間的關係。
3．根據實驗2資料，計算出日光燈和併聯不同電容器時的功率因數，並說明併聯電容器對功率因數的影響。繪製出功率因數與所並電容的曲線，所並電容是否越大越好?
4．根據表3-1中的電流資料，說明 i＝ic＋irl嗎？為什麼？
7．畫出所有電流和電源電壓的相量圖，說明改變併聯電容的大小時，相量圖有何變化？
8．根據實驗2資料，從減小線路電壓降、線路功率損耗和充分利用電源容量兩個方面說明提高功率因數的經濟意義。
9．回答思考題6、7、8。
提高交流電路功率因數的意義及方法
摘要 功率因數是供用電系統的一項重要技術經濟指標。功率因數的高低關係到輸配電線路 裝置的供電能力，也影響到其功率損耗。提高功率因數對於節約電能，降低損耗，提高輸配電裝置的供電能力具有十分重要的意義。關鍵字 交流電路功率因數用電穩定性 中圖分類號 tm 文獻標識碼 a 文章編號 1009 914x 2...
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