東南大學電工電子實驗中心
實驗報告
課程名稱： 電路實驗
第二次實驗
實驗名稱：交流阻抗引數的測量和功率因數的改善
院 （系）： 吳健雄學院專業：電類強化班
姓名學號：61013219
實驗室: 204實驗組別
同組人員： 實驗時間：2014 年11 月 28日
評定成績審閱教師
交流阻抗引數的測量和功率因數的改善
一、 實驗目的
1、 學習測量阻抗引數的基本方法，通過實驗加深對阻抗概念的理解；
2、 掌握電壓表、電流錶、功率表和單相自耦調節器等電工儀表的正確使用方法。
二、 實驗原理
1．正弦交流電路中的電阻、電感和電容元件。
電感元件中電壓與電流是同頻率的正弦量，但在相位上電壓超前電流90度；電容元件中電壓與電流是同頻率的正弦量，但在相位上電流超前電壓90度。它們不斷與外電路進行能量交換用無功功率q表示。把電路的電壓和電流的有效值乘積稱為視在功率s表示。
2. 三電壓表法。
先將一已知電阻r與被測元件z串聯，如實驗內容圖一（a）所示。當通過已知頻率的正弦交流訊號時，用電壓表分別測出電壓u、u1和u2，然後根據這三個電壓向量構成的三角形向量圖和u2分解的直角三角形向量圖，從中可求出元件阻抗引數，如圖一（b）所示。這種方法稱為三電壓表法。
a）測量電路b）相量圖
圖1 三電壓表法
由向量圖可得
3. 三表法：
如圖二所示：
圖2 三表法
首先用交流電壓表，交流電流錶和功率表分別測出元件z兩端電壓u、電流i和消耗的有功功率p，並且根據電源角頻率w,然後通過計算公式間接求得阻抗引數。這種測量方法稱為三表法，它是測量交流阻抗引數的基本方法。
被測元件阻抗引數（r、l、c）可由下列公式確定：
4.功率因數的改善原理：
通過對感性電路併聯電容提高功率因數：電容的無功功率補償電感吸收的部分無功功率，提高能量的利用率；
三、 實驗內容
1、單相、三相交流電路的接線操作，按照強電實驗操作規範接線、通電、操作：包括開關、熔斷器、接觸器、繼電器、自耦變壓器等電器裝置結構原理的理解和使用方法。
此處暫略。
2、三電壓表法
測量電路如圖1所示，z1=10ω+l（114mh），z2=100ω+c（10uf），按表1的內容測量和計算。
a）測量電路b）相量圖
圖1 三電壓表法
表1三電壓表法
分析：1） 誤差計算：
電感內阻r測量誤差為（26-22.44）/26*100%=13.69%
電感l測量誤差為 (114-101.12)/114*100%=11.30%
電容c測量誤差為（10.77-10）/10*100%=7.7%
2） 誤差分析：
易得電傳感量誤差相對較大，而電容的測量誤差較小較準確
（1）在測量過程中，電路發熱，使得電感自身性質發生改變，導致測量值偏離理論值。而電容在狀態下較為穩定，不易受到干擾。
（2）自耦變壓器的旋鈕十分敏感，示數會來會變化，故在記錄資料的時候產生誤差。
（3）電流錶和電壓表不是理想電壓表。
3、三表法（電流錶、電壓表、功率表）
按圖2所示電路接線，將實驗資料填入表2中。
z1=10ω+l（114mh），z2=100ω+c（10uf），
圖2 三表法
表2 三表法
分析：1.當z=z1時，測得的r包含了10ω的電阻和電感的內阻，用i=0.3a和0.
6a時測量值的平均值作為結果，則電傳感得內阻為（35.56-10）+（36.11-10）/2=25.
84，測量誤差為 (26-25.84)/26*100%=0.62%；電傳感量值為（107.
36+106.27）/2=106.2，測量誤差為（（114-106.
2）/114）*100%=6.3%。
可見，對電感的測量，用三表法測量誤差仍然很大，原因與之前類似：
（1）在測量過程中，電路發熱，使得電感自身性質發生改變，導致測量值偏離理論值。而電容在狀態下較為穩定，不易受到干擾。
（2）自耦變壓器的旋鈕十分敏感，示數會來會變化，故在記錄資料的時候產生誤差。
（3） 電流錶和電壓表不是理想電壓表。
2.當z=z2時，電容測量值為（9.87+9.
86）/2=9.865，測量誤差為(10-9.865)*100%/10=1.
35%，可見用三表法測量電容時誤差仍然是很小的。
總結：由此可見，在兩個試驗中，對於電感的測量誤差相對於電容來說較大，除了共同的系統誤差原因之外，還與元器件自身的性質有關，因而我們在測量的時候，要想辦法減少因人為因素造成的誤差。
3.當z= z1+z2時，
由測得資料可得
xl=wl=35.81
xc=1/wc=318.31
z的兩種情況的分析：
（1）z = z1 + z2 = 136-282.5j（歐）此時總電路呈現容性；
（2）z = z1||z2時計算可得z=46.26 + 30.82（歐）故此時電路呈現感性。
4、功率因數的改善
仍按圖2接線，並將電容（24μf）併聯在負載z1兩端。首先調節單相自耦調壓器，使副方電壓等於表2第二欄中測量出的電壓值（負載為z1時對應i=0.6a的電壓值），然後測出i、p，計算cosθ，將實驗資料填入表3中，並與不接電容前的負載功率因數相比較。
圖2 三表法
表2 三表法
表3分析：
（1）當併聯電容時與不並電容時測得的功率因數相比較，併聯電容後功率因數提高了；
（2）併聯電容分別為10uf和24uf時，功率因數分別提高到了0.814和0.918，即併聯24uf比併聯10uf提高功率因數更多。併聯電容變大功率因數提高。
四、思考題
1、為了提高感性阻抗的功率因數，為什麼採用的是併聯電容而不是串聯電容？
答： 併聯電容，可以保持負載兩端電壓不變，因而有功功率p不變，即不會改變原負載的工作狀態。
我們通過併聯電容，並利用電容發出的無功功率，部分（或全部）補償感性負載所吸收的無功功率，此時能量的交換主要發生在負載與電容器之間，大大減少了與電源之間的交換，從而提高電源能量的利用率.併聯電容後電源線路的電流減小了，從而減小了功率損耗。
若串聯電容將完全改變電路特性，電容成為電路負載的一部分,改變原負載的狀態。若功率因數不斷增大，而當感性部分和容性部分和為零時，功率因數達最大1；而阻抗z最小，由於此時電流最大，而加在電感，電容兩端的電流均為此值，因此會在電感、電容兩端產生很大的電壓，可能會使電容擊穿；
所以在感性負載兩端適當並接電容來提高功率因數。
2、「併聯電容」提高了感性阻抗的功率因數，試用向量圖來分析併聯的電容容量是否越大越好？
答： 隨著電容增加，從向量圖上根據平行四邊形法則可知，功率因數增大；
當電容增加到一定程度時，電路呈現純電阻的性質，功率因數為1。
而當電容繼續增加，此時相位落後，電路呈現容性，功率因數減小。
綜上所述，電容並非越大越好，增大到一定程度後功率因數會開始減小。
3、若改變併聯電容的容量，試問功率表和電流錶的讀數應作如何變化？
答：負載是與電容併聯的，負載的電流還是原來的電流，而匯流排的電流則是負載的電流與電容的電流之和，由於是感性的，負載電流與電容電流是反相的（電容電流超前於電壓，負載電流落後於電壓），所以總的電流會減小，電流錶讀數減小。
因為功率表的測量值為有功功率，併聯電容不改變原來負載的狀態，即兩端電壓不變，故有功功率不變，因而功率表讀數不變，
五、 總結
1.測量阻抗引數有多種方法。
2.學會使用電壓表、電流錶、功率表和單相自耦調節器等電工儀表去測量我們想要的電路中的各值。
3.增加功率因數對於節約能源有很大幫助。
三相交流電路實驗
圖4.5.1三相電路中負載的聯接 a 負載星形聯結b 負載三角形聯結 3 三相對稱負載不論是星形還是三角形聯結，三相電路的有功功率 式中pp為其中一相的功率，ip及il為相電流及線電流，為相電壓和相電流的相位差。三相電路有功功率的測量，在三相四線制供電系統中，可採用一瓦特計法 負載對稱 和三瓦特計法...
實驗報告3三相交流電路
學號13103414114 姓名馬詩琪 班級 13教技 實驗8三相交流電路 一 實驗目的 1.熟悉三相負載的兩種解法。2.驗證三相電路對負載做y和連線時，電壓和電流的線值和相值的關係。3.研究三相四線制中線的作用。4.掌握三相功率測量方法。二 實驗原理 1 三相負載星形連線 如圖2 8 1所示，三相...
三相交流電路
引言 三相交流電和單相交流電相比具有以下主要優點 1 三相電機比單相電機裝置利用率高，工作效能優良 2 三相電比單相電用途更加廣泛 3 三相電在傳輸分配方面更加優越且節省材料。由於上述原因，所以三相電得到了廣泛的應用。生活中的單相電常常是三相電中的一相。第一節對稱三相交流電源 學習目標 1.熟悉三相...