浙大电工电子学实验报告实验二单向交流电路

实验报告

课程名称： 电工电子学实验 指导老师： 实验名称： 单向交流电路

一、实验目的

1.学会使用交流仪表（电压表、电流表、功率表）。

2.掌握用交流仪表测量交流电路电压、电流和功率的方法。

3.了解电感性电路提高功率因数的方法和意义。

二、主要仪器设备

1.实验电路板

2.单相交流电源(220V)

3.交流电压表或万用表

4.交流电流表

5.功率表

6.电流插头、插座

三、实验内容

1.交流功率测量及功率因素提高

按图2-6接好实验电路。

图2-6

(1)测量不接电容时日光灯支路的电流I RL 和电源实际电压U 、镇流器两端电压U L 、日光灯管两端电压U R 及电路功率P ，记入表2-2。

计算：cos φRL = P/ (U·I RL )= 0.46

测量值

计算值

U/V U L /V U R /V I RL /A P/W cos φRL 219

172

112

0.380

38.37

0.46

表2-2

(2)测量并联不同电容量时的总电流I 和各支路电流I RL 、I C 及电路功率，记入表2-3。 并联电容C/μF

测量值

计算值

判断电路性质 (由后文求得) I/A I C /A I RL /A P/W cos φ

0.47 0.354 0.040 0.385 39.18 0.51 电感性 1 0.322 0.080 0.384 39.66 0.56 电感性 1.47 0.293 0.115 0.383 39.63 0.62 电感性 2.2 0.257 0.170 0.387 40.52 0.72 电感性 3.2 0.219 0.246 0.387 40.77 0.85 电感性 4.4

0.199

0.329

0.389

41.37

0.95

电感性

表2-3

注：上表中的计算公式为cos φ= P/( I ·U)，其中U 为表2-2中的U=219V 。

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四、实验总结

1.根据表2-2中的测量数据按比例画出日光灯支路的电压、电流相量图，并计算出电路参数R、R L、X L、L。

如图，由于I RL在数值上远远小于各电压的值，因而图中只标明了方向，无法按比例画出。

另外，此处I RL是按照U R的方向标注的。(如若按照cosφRL=0.46，得I RL与U的夹角φRL=-63°，则I RL与U R的方向有少许差别，这会在后文的误差分析中具体讨论。)

R=U R/I RL=294.7 Ω据图得U L与I RL夹角为81°，则得：R L+jX L=Z=U L/I RL=26.9+169.9 j 因而得：R L=26.9 ΩX L=169.9 ΩL= X L/2пf=0.54 H

2.根据表2-3的数据，按比例画出并联不同电容量后的电源电压和各电流的相量图，并判别相应电路是电感性还是电容性。

所得向量图如下，其中由于电压与电流数量级相差过多，电压未按比例绘制长度。

如图，由于φ全部<0，因此所测电路都为电感性。

3.讨论电感性负载用并联电容器的方法来提高功率因素的方法和意义。

根据上面各图所示，I RL在电容变化时基本保持不变，这是因为加在负载(包括电感和日光灯)两端的电压是恒定的，因此其内部的电流不变，而当并联的电容改变时，只改变I C的相位，因而导致I的相位改变，可以看出，在φ<0时，随着电容的增大φ越来越接近0，即I与U的方向趋于一致，因而cosφ趋向于1，功率因素提高。而当φ=0时，系统为电阻性，功率因素为1，功率利用率最高。而当电容继续增大时，φ>0且不断增加，致使cosφ变小，功率因素减小，此时系统处于电容性。此次实验由于实验次数与数据尺度的限制，没有出现电阻性和电容性的情况。

综上可得，提高功率因素的一般方法是，对于电感电路(日常使用电路通常为电感电路)，并联适当大小的电容器有利于功率因素的提高，其电容大小以使总电压与总电流相位差接近0为宜。根据公式计算，当20

121R L

C LC

f -

=

π，即并联谐振时，功率因素达到最大(式中R 表示负载和电感的等效电阻)。在现实生活生产中增大功率因素是有积极意义的，因为这样可以更充分地利用电源所供给的功率，增大生产效率。由于日常所用电路大多为电感性的，因此并联电容这种方法能够得到广泛应用，但在实际电路设计制造中，可能会由于多种因素的限制影响，不可能使得功率因素刚好为1，只能尽可能接近于1，这也体现了理论与实践的差别。

五、心得体会

本次实验涉及到交流电，是从前的电学实验从未接触过的，总体感觉有些复杂，但经过仔细的实践和分析，最终结果还是比较符合要求的。在这次实验过程中，我们学习并使用了交流仪表，并掌握了测量交流电路中电流、电压及功率的方法，了解、分析了电感性电路提高功率因数的方法及其意义。

下面对本次实验的误差进行分析。在不接电容时测得的数据中(表2-2)，通过功率和总电压与电流的计算得到的cos φRL =0.46，为一个计算值，如继续算下去，可得φRL =-63°，即为I RL 与U 的夹角，然而根据分析可知，I RL 应与U R 在向量图中的方向相同，因此据此推算应得U R 与U 的夹角也为63°；然而根据测量值，U R 与U 的夹角约为51°，与计算值有所差异。这种情况下，应以测量值为准，因为计算值为二次数据，并非直接所得，因此可信度不如测量值高。造成这种现象可能有多种原因：1.电路上或仪表内有耗能元件，导致功率测量偏小，从而致使cos φRL 偏小。2.由于功率表电流插孔的问题，电路总线上的电流未完全流入功率表，而有部分“漏过”功率表直接进入负载端，导致测得的功率偏小，进而使cos φRL 偏小。3.由于这是电路首次接通后测得的数据，电路内部及仪表内部各元件可能还未达到稳定状态，对测得的数据有所影响，造成偏差，这种情况下应进行多组平行实验，以判断是随机误差还是系统误差。4.功率表或其他测量元件已损坏，这种情况发生的可能性较低，基本可以排除。

另外，这次实验不足的是，在更改并联电容大小时，未能设计足够多的组和恰当的数据尺度，导致实

验结果处理时，所得全部电路都为电感性，没有得到电容性和电阻性的电路，因而从未能体现出电容并联过度反而会使功率因素下降这一现象。此外，通过表2-3可见，随着并联电容的增多，功率P 也有少许增加，因此推测可能电容也有少量负载耗电，这与理论上的理想电容器时有所差别的，当然这种现象的出现也不排除其他元件或温度的影响。