一、實驗目的
1.掌握正弦交流電路中電壓、電流相量之間的關係。
2.掌握功率的概念及感性負載電路提高功率因數的方法。
3.了解日光燈電路的工作原理，學會日光燈電路的連線。
4.學會使用功率表。
二、實驗原理簡述
1.在單相正弦交流電路中，用交流電流錶測得各支路的電流值，用交流電壓表測得迴路各元件兩端的電壓值，它們之間的關係應滿足相量形式的基爾霍夫定律，即
和實驗電路為ｒｃ串聯電路，如圖1—3—1所示，在正弦穩態訊號的激勵下，則有：
、與相量圖為乙個直角電壓三角形。當阻值改變時，與始終保持著 90°的相位差，所以的相量軌跡是乙個半圓。如圖1—3—2所示。
從圖中我們可知，改變c或r值可改變φ角的大小，從而達到移相的目的。
圖1—3—1圖1—3—2
2、日光燈實驗電路如圖1—3—3（a）所示，（日光燈的工作原理參閱附錄3）。日光燈點燃後的等效電路如圖1—3—3（b）所示，其中燈管相當於純電阻負載r，鎮流器可用小電阻r和電感l串聯來等效。
若用低功率因數表測得鎮流器所消耗的功率，也就是等效電阻r所消耗的功率，又用電流錶測得通過鎮流器的電流，則可求得鎮流器的等效電阻r。
由於則用萬用表的電壓檔測得鎮流器的端電壓ulr，則鎮流器的等效電感為：
其中：日光燈燈管r所消耗的功率為，電路消耗的總功率為。只要測出電路的總功率p、總電流i和總電壓u，就能求出電路的功率因數。
日光燈的功率因數較低，（電容c=0時）一般在0.6以下，且為感性電路，因此往往採用併聯電容器來提高電路的功率因數，由於電容支路的電流c超前於電壓90°，抵消了一部分日光燈支路電流中的無功分量，使電路總電流減少，從而提高了電路的功率因數。當電容增加到一定值時，電容電流等於感性無功電流，總電流下降到最小值，此時，整個電路呈現純電阻性。
若再繼續增加電容量，總電流i反而増大了，整個電路呈現電容性，功率因數反而降低。
圖1—3—3（a圖1—3—3（b）
三、實驗儀器裝置
表1-3-1
四、預習要求
1.複習「電阻、電感與電容元件串聯的交流電路」和「功率因數的提高」兩章節的內容
2.了解功率表的原理和使用，參閱第二篇有關內容
3.了解日光燈電路的組成和工作原理
4.實驗電路的總電壓、燈管電壓、及鎮流器電壓之間存在著什麼關係？
5.提高日光燈電路的功率因數為什麼只採用併聯電容器法，而不用串聯法？所並的電容值是否越大越好？
6.日光燈支路併聯電容後，該支路的電流，和電路的總有功功率p是否改變？
五、實驗步驟
1、 rc串聯電路電壓三角形的測量
（1） 用兩隻220v、15w的白熾燈泡和4.7f/450v電容器組成如圖1—3—1所示的實驗電路，將自耦調壓器的輸出電壓調至220v。測量u、ur、uc值，記入表1—3—2中。
（2） 改變r阻值（用乙隻燈泡）重複（1）內容，驗證ur相量軌跡。
表1—3—2
2、 日光燈電路及其功率因數的提高
（1） 按圖1—3—3接好實驗電路，將電壓調至220v，觀察日光燈的點燃過程和啟輝器的發光情況。
（2） 分別測量未接入電容和併入電容時的各種引數，完成表1—3—3的內容。
表1—3—3
六、實驗總結
1.根據表1—3—2、表1—3—3中的實驗資料，分別繪出電壓、電流相量圖，驗證相量形式的基爾霍夫定律。
2.根據實驗資料，計算日光燈管的等效電阻值r、鎮流器的電感l和電阻r。
3.討論改善電路功率因數的意義和方法。
七、實驗注意事項
1.在實驗操作過程中，防止觸電，注意安全。
2.在接通電源前，應先將自耦調壓器手柄置於零位上。
3.為了保護儀表，日光燈啟時不要將儀表接入電路，待日光燈正常工作後進行測量。
4.如電路接線正確，日光燈不能啟輝時，應檢查啟輝器及其接觸是否良好。
正弦穩態交流電路相量的研究
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