正弦穩態交流電路相量的研究

（1）實驗目的

① 研究正弦穩態交流電路中電壓、電流相量之間的關係。

② 掌握rc、rl、lc、rlc串聯電路的相量軌跡及其應用。

③ 學習日光燈工作原理，掌握其線路的接線。

④ 了解改善電路功率因數的意義並掌握其方法。

（2）實驗方法

① 由基爾霍夫電壓、電流定律可知：

2-49)

和 2-50)

② 如圖2-40所示的ｒｃ串聯電路，在正弦穩態訊號的激勵下，與保持有 90°的相位差，即當阻值ｒ改變時，的相量軌跡是乙個半圓，,與三者形成乙個直角形的電壓三角形。ｒ值改變時，可改變角的大小，從而達到移相的目的。

③ 在日常的用電裝置中，用電負載多為感性負載，其功率因數較低，通常可通過在負載端並接電容器的方法來提高功率因數。原理是用電容器儲存的電量來補償感性負載的無功電流，使總電流減小，同時電源電壓與總電流的相位差減小，從而提高了功率因數。電路如圖2-41所示。

（3）實驗儀器

① 交流電壓、電流錶、功率表、功率因數表；

② 調壓器；

③ 日光燈鎮流器、電容器400ｖ／4μｆ；

④ 30w日光燈；20ｗ220ｖ白熾燈。

（4）實驗內容

① 如圖2-41所示的實驗電路，調節調壓器輸出至220ｖ，驗證電壓三角形關係。資料填入表2-38。

表2-38 日光燈實驗資料

(ab)

② 日光燈安裝與測量

如圖2-41所示的實驗電路，調節自耦調壓器的輸出，使其輸出電壓緩慢增加，直到日光燈剛啟輝點亮為止，記下三表的指示值。然後將電壓調至220ｖ，測量功率ｐ，電流ｉ，電壓u、ul、ua等值，驗證電壓、電流相量關係。資料填入表2-39。

表2-39 日光燈實驗資料

③ 功率因數的改善

我們通過併聯電容器來提高功率因數。按圖2-42組成實驗線路。調節自耦調壓器的輸出至220ｖ，記錄功率表，電壓表，電流錶的讀數。

改變電容值，進行三次重複測量。資料記入表2-40。

（5）實驗要點

① 功率表要正確接入電路，讀數時要注意量限和實際讀數的折算關係。

② 線路接線正確，日光燈不能啟輝時，應檢查日光燈、啟輝器是否有故障？

③ 測功率因數實驗時，電流錶可以用乙個。

（6）預習與解答

① 了解日光燈的工作原理，鎮流器、啟輝器的作用是什麼？

② 在日常生活中，當日光燈上缺少了啟輝器時，人們常用一導線將啟輝器的兩端短接一下，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？

③ 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，此時感性元件上的電流和功率是否改變？

④ 說明用併聯電容器來提高功率因數的原理與計算方法。

表2-40 功率因數實驗資料

（7）實驗要求

① 對實驗資料進行計算，並做誤差分析。

② 根據實驗資料，分別繪出電壓、電流相量圖，驗證相量形式的基爾霍夫定律。

③ 改善電路功率因數的意義和方法是什麼？