实验三交流参数的测试及感性负载功率因数的提高.ppt

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1、实验三交流参数的测试及感性负载功率因数的提高 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望电工电子技术实验(实验3)上海理工大学电工电子实验中心上海理工大学电工电子实验中心实验三实验三 交流参数的测试及感性负载功率因数的提高交流参数的测试及感性负载功率因数的提高一一 实验目的实验目的1.1.掌握交流参数的测试方法（三表法）。掌握交流参数的测试方法（三表法）。2.2.掌握感性负载功率因数提高的方法和实际意义。掌握感性负载功率因数提高的方法和实际意义。3.3.了解日

2、光灯电路的基本原理，并学会日光灯电路的了解日光灯电路的基本原理，并学会日光灯电路的 正确连接和使用。正确连接和使用。4.4.掌握正确使用交流电流表、电压表、功率表的方法。掌握正确使用交流电流表、电压表、功率表的方法。二二 预习要求预习要求1.1.复习交流串并联电路中电压和电流的相量关系及提复习交流串并联电路中电压和电流的相量关系及提高功率因数的意义和方法。高功率因数的意义和方法。2.2.熟悉日光灯电路的组成及工作原理。熟悉日光灯电路的组成及工作原理。3.3.熟悉交流电压表、电流表、功率表的使用。熟悉交流电压表、电流表、功率表的使用。三三 实验原理实验原理1.1.三表法测交流电路的等效参数三表法

3、测交流电路的等效参数 正弦交流激励下的正弦交流激励下的等效参数等效参数(阻抗值阻抗值)，可以用交流电压表、交流，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压U U，流过该元件的电流流过该元件的电流I I和它所消耗的功率和它所消耗的功率P P，如图如图1 1所示，然后通过计算得到所求的等效参数，所示，然后通过计算得到所求的等效参数，这种方法称为这种方法称为三表法三表法。根据交流电路的欧姆定律，可以有：根据交流电路的欧姆定律，可以有：阻抗的模：阻抗的模：ZZ电路的功率因数：电路的功率因数：coscosUIUI等效电阻：等效电阻：R RI I

4、2 2 ZcosZcos等效电抗：等效电抗：X XZsinZsin对于感性元件：对于感性元件：X XXLXL2fL2fL对于容性元件：对于容性元件：X XXcXc2fC2fC2.2.交流电路中的功率因数及改善交流电路中的功率因数及改善(1)(1)功率因数功率因数 交流电路的交流电路的功率因数功率因数定义为有功功率与视在功率之比，即：定义为有功功率与视在功率之比，即：cos cosP/SP/SUI UI（P=UIP=UIcos）其中其中为电路的总电压与总电流之间的相位差。为电路的总电压与总电流之间的相位差。(2)(2)功率因数提高的实际意义功率因数提高的实际意义 功率因数的大小关系到功率因数的大

5、小关系到电源设备容量的利用率电源设备容量的利用率和和输电线路输电线路能量的消耗能量的消耗。交流电路的负载多为感性交流电路的负载多为感性(如日光灯、电动机、变压器等如日光灯、电动机、变压器等)，电感与外界交换能量本身需要一定的无功功率，因此功率因数电感与外界交换能量本身需要一定的无功功率，因此功率因数比较低比较低(coscos1)1)。从供电方面来看，在同一电压下输送给负从供电方面来看，在同一电压下输送给负载一定的有功功率时，所需电流就较大，若将功率因数提高载一定的有功功率时，所需电流就较大，若将功率因数提高 (如如coscos1)1)，所需电流就可小些。这样即可提高供电设备的所需电流就可小些。

6、这样即可提高供电设备的利用率，又可减少线路的能量损失。利用率，又可减少线路的能量损失。2.2.交流电路中的功率因数及改善交流电路中的功率因数及改善(3)(3)功率因数提高的方法功率因数提高的方法 为了提高交流电路的功率因数，可为了提高交流电路的功率因数，可在感性负载两端并联适当的在感性负载两端并联适当的电容电容，如图，如图2 2所示。并联电容以后，对于原电路所加的电压和所示。并联电容以后，对于原电路所加的电压和负载参数均未改变，但由于负载参数均未改变，但由于IcIc的出现，电路的总电流的出现，电路的总电流I I减小了，总减小了，总电压与总电流之间的相位差电压与总电流之间的相位差减小，即功率因数

7、减小，即功率因数coscos得到提高。得到提高。电感负载所需的无功功率大部分或全部由电容器供给，使供电系电感负载所需的无功功率大部分或全部由电容器供给，使供电系统的能量得到充分利用。统的能量得到充分利用。镇流器作用镇流器作用:a.a.在灯管启辉瞬间产生一个比电源电压在灯管启辉瞬间产生一个比电源电压高的多的自感电压帮助启辉。高的多的自感电压帮助启辉。b.b.限制日光灯的工作电流。限制日光灯的工作电流。启辉器作用启辉器作用:在电路中起自动开关作用。电容是防在电路中起自动开关作用。电容是防止灯管启辉时对无线电干扰。止灯管启辉时对无线电干扰。(1)(1)日光灯电路的组成日光灯电路的组成 日光灯由灯管、

8、启辉器日光灯由灯管、启辉器和和镇流器组成。如图镇流器组成。如图3 3所示所示。3.3.日光灯电路的工作原理日光灯电路的工作原理(2)(2)日光灯电路的工作原理日光灯电路的工作原理日光灯管的工作原理：当灯管两端加上高压时，管内水银日光灯管的工作原理：当灯管两端加上高压时，管内水银蒸气蒸气游离放电游离放电，发出弧光，弧光中的紫外线射到管壁荧粉，发出弧光，弧光中的紫外线射到管壁荧粉上，使它受到激励而发光。日光灯管的工作特性如图上，使它受到激励而发光。日光灯管的工作特性如图4 4所示，所示，由图可见日光灯管在开始游离放电时需要足够高的电压，由图可见日光灯管在开始游离放电时需要足够高的电压，正常工作时灯

9、管两端电压较低。正常工作时灯管两端电压较低。日光灯电路的工作过程：日光灯电路的工作过程：当接通电源瞬间，电源电压都加在启辉器光管的两电极之间，使当接通电源瞬间，电源电压都加在启辉器光管的两电极之间，使“U U”型的双金属片接通，这时日光灯的灯丝通过电极与电源构成一个闭型的双金属片接通，这时日光灯的灯丝通过电极与电源构成一个闭合回路。合回路。同时，启辉器接通后电极间电压为零，启辉器停止放电，倒同时，启辉器接通后电极间电压为零，启辉器停止放电，倒“U U”型型双金属片冷却，在此瞬间回路中的电流突然断电，于是镇流器两端产生双金属片冷却，在此瞬间回路中的电流突然断电，于是镇流器两端产生一个比电源电压高

10、得多的感应电压连同电源电压一起加在灯管两端，使一个比电源电压高得多的感应电压连同电源电压一起加在灯管两端，使管内水银蒸气游离放电，发出弧光，管壁荧粉受到弧光激励而发光。管内水银蒸气游离放电，发出弧光，管壁荧粉受到弧光激励而发光。四四 实验任务实验任务 1.1.设计一设计一RLRL串联交流电路，实验参考线路图如下，测量以下参串联交流电路，实验参考线路图如下，测量以下参数：总电压数：总电压总总，电感上的电压电感上的电压rLrL,电阻电阻R R上的电压上的电压R R,RLRL串串联支路中的电流联支路中的电流I I，总功率总功率P P；并计算出实验电路中的各部分参并计算出实验电路中的各部分参数，将数据

11、填入表数，将数据填入表1 1中。中。v 实验线路的连接实验线路的连接(1)(1)在实验台中找出对应的源、在实验台中找出对应的源、元件及测量工具。元件及测量工具。函数信号源的使用函数信号源的使用。交流电压表交流电压表的使用的使用。交流交流电流表的使用电流表的使用。函数信号源交流电压表交流电流表v 实验线路的连接实验线路的连接l 功率表组成的三个关键部分：功率表组成的三个关键部分：a.a.具有不同量限具有不同量限电流线圈电流线圈，测，测量时应与负载串联；量时应与负载串联；b.b.具有不同量限的具有不同量限的电压线圈电压线圈，测量时应与负载并联；测量时应与负载并联；c.c.同名端同名端：为了不使功率

12、表的：为了不使功率表的指针反向偏转，在电流线圈和指针反向偏转，在电流线圈和电压线圈的一个端钮上都标有电压线圈的一个端钮上都标有“*”标记，称为同名端。标记，称为同名端。功率表功率表的使用。的使用。功率表l 功率表的连接：功率表的连接：a.a.将标有将标有“*”标记的两个同名端钮接标记的两个同名端钮接在一起，接到电源的同一端；在一起，接到电源的同一端；b.b.电流线圈的另一端串接至负载端；电电流线圈的另一端串接至负载端；电压线圈另一端则并联至负载的另一端。压线圈另一端则并联至负载的另一端。图图6 6是功率表在电路中的连接示意图。是功率表在电路中的连接示意图。功率表的使用。功率表的使用。l 功率表

13、量程的选择：功率表量程的选择：电感和电阻元件电感和电阻元件的取用。的取用。功率表电感和电阻元件(2)(2)实验线路连接方法说明。实验线路连接方法说明。(3)(3)实验线路连接示范。实验线路连接示范。v 实验中注意点实验中注意点 (1)(1)交流电路实验先接线，后调节电源交流电路实验先接线，后调节电源(调节电调节电源前检查电源幅度调节旋钮是否归零源前检查电源幅度调节旋钮是否归零)。(2)(2)改接实验线路或实验完毕，先将电源幅度改接实验线路或实验完毕，先将电源幅度调节旋钮归零，再断电源。调节旋钮归零，再断电源。(3)(3)开启函数电源开关前，合理的选择交流电开启函数电源开关前，合理的选择交流电压

14、表压表(50V)(50V)、交流电流表交流电流表(200(200mA)mA)和功率表和功率表(50(50V,0.4A)V,0.4A)的量程。的量程。(3)(3)函数电源频率和幅度的正确调节函数电源频率和幅度的正确调节:频率：频率：200200HZHZ；幅度：幅度：1818V V(4)(4)数据采集点说明数据采集点说明。2.2.设计一日光灯电路，观察日观灯的起辉情况。设计一日光灯电路，观察日观灯的起辉情况。要求：将可变电容箱与日光灯支路并联，改变电容值，使电要求：将可变电容箱与日光灯支路并联，改变电容值，使电路的性质从感性负载变为谐振状态后再改变到容性负载，每改路的性质从感性负载变为谐振状态后再

15、改变到容性负载，每改变一次电容变一次电容C C，测出相应的测出相应的总总、R R、rLrL、I I总总及及P P值并计算功值并计算功率因数，将数据填入表率因数，将数据填入表2 2中。中。v 实验线路的连接实验线路的连接(1)(1)在实验台中找出对应的源、元件及测在实验台中找出对应的源、元件及测量工具。量工具。单相可调电压源的使用。单相可调电压源的使用。日光灯电路日光灯电路的组成以及线路连接说明的组成以及线路连接说明。电容电容的调节与连接说明。的调节与连接说明。(2)(2)实验线路的连接方法与实验线路的连接方法与连接示范连接示范。单相交流可调电源日光灯元件电容元件日光灯实验线路连接示范日光灯实验

16、线路连接示范(4)(4)采集的数据分布情况。采集的数据分布情况。实验中电路工作特点为并联谐振；测量数据的特征为实验中电路工作特点为并联谐振；测量数据的特征为I I总先由大变小总先由大变小,再再由小变大；总、由小变大；总、R R、rLrL及及P P值保持不变值保持不变。v 实验中注意点实验中注意点(2)(2)单相可调电压源幅度的正确调节：单相可调电压源幅度的正确调节：幅度：幅度：220V220V，在电压达到，在电压达到190V190V附近，日光灯附近，日光灯开始启动。开始启动。(3)(3)日光灯的启动电流较大，启动时要注意电流表及功率表电流线圈的量程，日光灯的启动电流较大，启动时要注意电流表及功

17、率表电流线圈的量程，以免损坏仪表。以免损坏仪表。(1)(1)开启单相可调电压源开关前，合理的开启单相可调电压源开关前，合理的选择交流电压表选择交流电压表(250(250V)V)、交流电流表交流电流表(1(1A)A)和功率表和功率表(500(500V,0.4A)V,0.4A)的量程。的量程。五五 实验总结实验总结 1.1.将实验数据整理并列表记录，加以分析。将实验数据整理并列表记录，加以分析。2.2.观察当并联电容值变化时，总电流观察当并联电容值变化时，总电流I I的变化情况，并分析其原的变化情况，并分析其原因。因。3.3.根据实验所得数据，计算日光灯的近似值，镇流器的电感值与根据实验所得数据，

18、计算日光灯的近似值，镇流器的电感值与电阻值，功率因数和阻抗。电阻值，功率因数和阻抗。4.4.通过实验现象及实验数据说明提高功率因数的意义通过实验现象及实验数据说明提高功率因数的意义?5.5.为何采用并联电容来提高功率因数为何采用并联电容来提高功率因数？串联电容行不行？为什么串联电容行不行？为什么？6.6.一般在使用仪表测量时都要选择合适的量程，在使用功率表测一般在使用仪表测量时都要选择合适的量程，在使用功率表测量交流电路功率时，应根据什么值来选择它的量程？在实验中，量交流电路功率时，应根据什么值来选择它的量程？在实验中，随者并联电容逐渐增大，虽然总功率没有变化，但功率表电流线随者并联电容逐渐增

19、大，虽然总功率没有变化，但功率表电流线圈的量程可能需要改变才能继续测量，为什么？圈的量程可能需要改变才能继续测量，为什么？六六 注意事项注意事项1.1.严格遵守电工实验安全操作条例。严格遵守电工实验安全操作条例。2.2.交交流流电电路路实实验验先先接接线线，后后调调节节电电源源。线线路路连连接接好好后后，开开启启电电压压源源开开关关前前，先先将将电电源源幅幅度度调调节节旋旋钮钮调调整整到到零零位位。实实验验中中，输输出出电电压压从从零零开开始始逐逐渐渐升升高高。改改接接实实验验线线路路或或实实验验完完毕毕，先先将将电电源源幅幅度度调调节节旋旋钮钮调调回回零位，再断电源。零位，再断电源。3.3.

20、功功率率表表要要正正确确接接入入电电路路，并并且且要要有有电电压压表表和和电电流流表表监监测测，使使两两表表的的读数不超过功率表电压和电流的量限。读数不超过功率表电压和电流的量限。4.4.做完实验后做完实验后,应先断开电源开关应先断开电源开关,再拆线。再拆线。5.5.实验时，电流表应串联，电压表应并联，合理选择量程。实验时，电流表应串联，电压表应并联，合理选择量程。6.6.使使用用单单相相功功率率表表时时，应应将将公公共共端端接接在在一一起起，然然后后将将电电流流线线圈圈与与负负载载串联，电压线圈与负载并联。串联，电压线圈与负载并联。7.7.日日光光灯灯的的启启动动电电流流较较大大，启启动动时时要要注注意意电电流流表表及及功功率率表表电电流流线线圈圈的的量程，以免损坏仪表。量程，以免损坏仪表。