正弦稳态交流电路相量研究及功率因数提高
交流电路中功率因数的提高
六. 思考题
1. 并联电容是如何提高电路的功率因数的？为什么不使用串联的方法？ 2. 对做出cos ������ ～C曲线进行分析，为什么随着 C 的增大，功率因数逐渐
增加后又开始逐步减小？ 3. 根据实验数据，讨论补偿电容大小对灯管电压和镇流器电压的影响。
2
电工技术实验讲义：交流电路中功率因数的提高
交流电路中功率因数的提高
一. 实验目的
1. 加深对电路中的功率因数及其测量方法的认识； 2. 掌握采用补偿电容来改善电路功率因数。
二. 实验说明
请在预习时参阅《电工学》课本和其它资料中关于提高供电线路功率因数 的相关内容。下面只作一个简单的说明。
负载的有功功率P = UI cos ������，其中 UI 被称为视在功率 S，cos ������被称为功 率因数。通常要求供电电压是一个稳定值，当有功功率 P 不变时，功率因数越 低线路中的电流越大，导致线路中的损耗也会增大。因此，必须防止功率因数 过低的情形。
W
iA A
uL
镇流器
L
启辉器 灯管
* *
~
V
u
C1 C2 C3 C4
uA
A
图 2. 测试(μF)
P(W)
U (V)
UL(V)
UA(V)
I(A)
0
1
2.2
3.2
4.4
5.4
7.5
做出cos ������ ～C曲线，并估计最佳补偿电容值。
计算值
S(VA)
cos ������
实验二 正弦稳态交流电路相量的研究
一、实验目的
1．掌握正弦交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2．掌握功率的概念及感性负载电路提高功率因数的方法。 3．了解日光灯电路的工作原理，学会日光灯电路的连接。 4．学会使用功率表。
二、实验原理简述
1．RC 串联电路
在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各
cosϕ = P U ⋅I
I
ILr
I
ILr
IC
U Lr
U
K1 K2 K3 C1 C2 C3
U R
IC
L
U Lr
U
r
K1 K2 K3
C1 C2 C3
R
U R
（a）日光灯实验电路
（b）日光灯点燃后的等效电路
图 1-2-3 日光灯实验电路及等效电路
日光灯的功率因数较低（电容 C =0 时），一般在 0.6 以下，且为感性电路，因此往往
表 1-2-3 不同补偿电容时的参数测量值
测量项目
U
ULr
UR
I
ILr
IC
P
PLr
PR 计算
测试条件
(V) (V) (V) (A) (A) (A) (W) (W) (W) cosφ
C=0 C=1μF C=2.2μF C=3.2μF C=4.7μF C=7.9μF
六、实验总结
1．根据表 1-2-3 中的实验数据，在同一方格纸上作日光灯电路提高功率因数的电压、电流 相量图。 2．根据实验数据，计算日光灯管的等效电阻值 R、镇流器的电感 L 和电阻 r。 3．讨论改善电路功率因数的意义和方法。
白炽灯盏数 2 1
U（V）
ф
正弦稳态交流电路相量实验问题研究
２ ３ 实 验 的 内窖 ．
３ 实 验 中遇 到 的 问 题 、 生 的 原 因 和 解 决 的 方 法 产
按 图 ｌ 线 。 Ｒ 为 ２ ０ １ Ｗ 的 白 炽 灯 泡 ， 容 器 为 接 ２ Ｖ、５ 电 在做实验 的过程中 ， 生按 电路图接 线 ， 实验 步骤做 学 按 ４７Ｆ ４０ ． ￣ ／ ５ Ｖ。接 通 实 验 台 电 源 ， 自耦 调 压 器 输 出 （ Ｕ） 实 验 ， 会 出 现 实 验 不 成 功 的 情 况 ， 是 什 么 原 因 造 成 的 将 即 也 这 调至 ２０ ２ Ｖ。记 录 Ｕ、 ＵＲ、 ｃ值 ， 证 电 压 三 角 关 系 。 Ｕ 验 呢 ？ 据 多 年 的 实 验 经 验 ， 过 分 析 ， 在 把 实 验 中 可 能 遇 根 经 现 按 图 ４接 线 。经 检 查 后 接 通 实 验 台 电 源 ， 节 自耦 凋 调
摘
要 ： 做 “ 弦 稳 态交 流 电路 向量 的研 究 ” 验 中会 经 常 遇 各 种 各 样 的 问 题 ， 果 不 及 时排 除 这 些 问题 ， 会 影 响 在 正 试 如 就
实验 效 果 ， 至 会 导 致 实验 失败 。 为提 高 该 实验 的 成 功 率 ， 在 做 该 实 验 中 遇 到 的 各 种 问题 进 行 了总 结 ， 析 了 实验 中 产 甚 将 分
现代商贸工业
Ｎ ｏ． ２ １ ２， ０１
Ｍｏ ｅｎＢ ｓ ｅ ｒｄ ｄ ｓ ｙ ｄｒ ｕｉ ｓ Ｔ ａ ｅＩ ｕｔ ｎｓ ｎ ｒ
２１ 年第 ｚ ０１ 期
正弦 稳 态交 流 电路 相量 实验 问题研 究
秦 宗锋
董 泽 民 谢 霈
（ ． 汉 大 学计 算机 学 院 ， 北 武 汉 ４ ０ ７ ； ． 汉科 技 大 学城 市 学院 实验 实 训 中心 ， 北 武 汉 ４ ０ ８ ） １武 湖 ３０２２武 湖 ３ ０ ３
电工学实验指导书
实验一 正弦稳态交流电路相量的研究一、实验目的1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。
2. 掌握日光灯线路的接线。
3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明 图1-11. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得 各支路的电流值， 用交流电压表测得回路各元件两 端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔 霍夫定律，即 Σ0I =和Σ0U =。
2. 图1-1所示的RC 串联电路，在正弦稳态信 号U 的激励下，u R 与u C 保持有90º的相位差，即当 图1-2R 阻值改变时，U R 的相量轨迹是一个半圆。
U 、U C 与U R 三者形成一个直角形的电压三 角形，如图1-2所示。
R 值改变时，可改 变φ角的大小，从而达到移相的目的。
3. 日光灯线路如图10-3所示，图中 A是日光灯管，L 是镇流器， S 是启辉器，C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cos φ值）。
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
三、实验设备四、实验内容1. 按图1-1 接线。
R 为220V 、15W 的白炽灯泡，电容器为 4.7μF/450V 。
经指导教师检查后，接通实验台电源， 将自耦调压器输出( 即U)调至220V 。
记录U 、U R 、U C 值，U cR验证电压三角形关系。
日光2.灯线路接线及功率因数的改善按图1-4组成实验线路经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V ，记录功率表、电压表读数。
通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。
五、实验注意事项1. 本实验用交流市电220V ，务必注意用电和人身安全。
2. 功率表要正确接入电路。
3. 线路接线正确，日光灯不能启辉时， 应检查启辉器及其接触是否良好。
六、预习思考题1. 参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。
2. 在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时， 人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮（DG09实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做一下试验。
正弦交流电路中提高功率因数意义和方法
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正弦稳态交流电路相量的研究
优点：(1) 传热温度差Δtm ↑； (2) 可利用低压蒸汽或废汽作为加热蒸汽 ； (3)可防止热敏性物料变质或分解 ； (4)沸点温度低，减少热损失。
3 Part
蒸发的流程
蒸发操作的特点
➢ 溶液的沸点升高：由于不挥发溶质的存在，溶液的蒸气压低于同 温度下纯溶剂的蒸气压。因此，在相同压力下，溶液的沸点高于 纯溶剂的沸点，这种现象称为溶液的沸点升高。溶液的沸点升高 导致蒸发的传热温度差的降低。
➢ 能耗较大：蒸发操作所汽化的溶剂量较大，需要消耗大量的加热 蒸气。因此需要考虑热量的利用的问题。
2 Part
蒸发的应用
蒸发操作广泛用于化工、轻工、制药、食品等工业生产中。 在化工生产中的主要作用： ➢ 浓缩溶液或将浓缩液进一步加工处理获取固体产品。例如电
解法制得的稀烧碱溶液、蔗糖水溶液、牛奶、抗生素溶液等 的蒸发。 ➢ 制取或回收纯溶剂。如海水淡化、有机磷农药苯溶液的浓缩 脱苯等。
厦门电大工学技术航实空验航课天程学团院队
➢ 溶液特性：有些物料浓缩时易于结晶，结垢；有些热敏性物料由 于沸点升高更易于变性；有些则具有较大的粘度或较强的腐蚀性， 等等。需要根据物料的特性和工艺要求，选择适宜的蒸发流程和 设备。
厦门电大工学技术航实空验航课天程学团院队
3 Part
蒸发的流程
蒸发操作的类型
1. 按二次蒸气的利用情况分：单效蒸发和多效蒸发
厦门电大工学技术航实空验航课天程学团院队
3 Part
蒸发的流程
08 正弦稳态电路的一般分析及功率因数的提高
cos ϕ = 0.2 ~ 0.3 cosϕ = 0.7 ~ 0.9
cos ϕ = 0.5 ~ 0.6
南京理工大学自动化学院
电工学
3.10 功率因数的提高
提高功率因数的原则： 提高功率因数的原则：
必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负 必须保证原负载的工作状态不变。 载上的电压和负载的有功功率不变。 载上的电压和负载的有功功率不变。
I
+
-jXC
I2
I1
5 j5
U
_
R = 10Ω
X C = 6Ω
R
U = 16 − j8 = 17.9∠ − 26.6o V
电工学
南京理工大学自动化学院
习题4 习题4
例：已知IC =2A, IR= 2A, XL =100 , 且 U与 I C同相，求U 同相，
.
+
-jXC
IC
+ UC _
.
IR + R UR
习题5 习题5
例：已知Z=2+j2 , IR =5A, IL=3A, IC =8A 且总平均功率 已知Z =8A, P=200W, 求R, U 解：令 I R = 5∠0o A
Z 则 I L = 3∠ − 90o A, I C = 8∠90o A
工业生产中很多设备都是感性负载，感性负载的P 工业生产中很多设备都是感性负载，感性负载的P、U一定 时，λ越小，由电网输送给此负载的电流就越大。这样一 越小，由电网输送给此负载的电流就越大。 方面要占用较多的电网容量，又会在发电机和输电线上引 方面要占用较多的电网容量， 起较大的功率损耗和电压降。所以需要提高λ的值 起较大的功率损耗和电压降。所以需要提高λ
+ u _
正弦稳态交流电路相量的研究实验报告
一.试验目标 【1 】1．研讨正弦稳态交换电路中电压.电流相量之间的关系. 2. 控制日光灯线路的接线.3. 懂得改良电路功率因数的意义并控制其办法.二.道理解释1. 在单相正弦交换电路中,用交换电流表测得 各歧路的电流值,用交换电压表测得回路各元件两 端的电压值,它们之间的关系知足相量情势的基尔 霍夫定律,即.图4-1RC 串联电路2. 图4-1所示的RC 串联电路,在正弦稳态信号U 的鼓励下,U R 与U C 保持有90º的相位差,即当 R 阻值转变时,U R 的相量轨迹是一个半园.U.U C 与 U R 三者形成一个直角形的电压三角形,如图4-2所 示.R 值转变时,可转变φ角的大小,从而达到 移相的目标.图4-2相量图3. 日光灯线路如图4-3所示,图中 A 是日光灯管,L 是镇流器, S 是启辉器,C 是抵偿电容器,用以改良电路的功率因数（cos φ值）.有关日光灯的工作道理请自行翻阅有关材料.SRjXcUcU R IU RUU cIφ图4-3日光灯线路三.内心装备及所选用组件箱四.试验内容1. 按图4μF/450V. 经指点教师检讨后,接通试验台电源,将自耦调压器输出(即U)调至220V.记载U.U R .U C 值,验证电压三角形关系.表4-1 验证电压三角形关系2. 日光灯线路接线与测量.图4-4（1）按图4-4接线.（2）经指点教师检讨后接通试验台电源,调节自耦调压器的输出,使其输出电压迟缓增大,直到日光灯方才启辉点亮为止,记下三表的指导值.（3）将电压调至220V,测量功率P,电流I,电压U,UL ,UA等值,验证电压.电流相量关系.表4-2 日光灯线路测量值P(W) CosφI(A) U(V) UL (V) UA(V)启辉值正常工作值3. 并联电路──电路功率因数的改良.图4-5（1）按图4-5构成试验线路.（2）经指点先生检讨后,接通试验台电源,将自耦调压器的输出调至220V,记载功率表.电压表读数.（3）经由过程一只电流表和三个电流插座分离测得三条歧路的电流,转变电容值,进行三次反复测量.也可以直接串入3块交换电流表测量三条歧路的电流.数据记入表4-3中.表4-3 并联电路──电路功率因数的改良五．试验数据的处理1.完成数据表格中的盘算,进行须要的误差剖析. 误差剖析： 内心准确度; 读数时消失误差 ; 电路温度升高,电阻变大2.依据试验数据,分离绘出电压.电流相量图,验证相量情势的基尔霍夫定律.电压相量图如下：电容值 测 量 数 值 (μF) P(W) COSφ U(V) I （A ） I L (A) I C (A) 0 1IU AU CUφU=U A +U C 知足基尔霍夫定律KVL 电流相量图如下：I=I C +I L 知足基尔霍夫定律KCL3.评论辩论改良电路功率因数的意义和办法.意义：功率因数低会导致装备不克不及充分应用,电流到了额定值,但功率容量还有.并且当输出雷同的有功功率时,线路上电流大,I =P /(U cos ),线路压降损耗大. 办法：i. 高压传输. ii. 改良自身装备.iii.并联电容,进步功率因数.4, 装接日光灯线路的心得领会及其他i. 接线.拆线或改接电路时都必须在起首断开电源开关的情形下进行,严禁带电操纵.应养成先接试验电路后接通电源,试验完毕先断开电源后拆试验电路的优越操纵习惯. ii.布线要合理安插,走线要清晰,便于接线和检讨.iii.试验时,尤其是刚闭合电源,装备刚投入工作,要随时留意装备的运行情形.。
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七、实验报告
1、完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。
2、根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。
3、讨论改善功率因数的意义和方法。
4、装接日光灯线路的心得体会及其他。
ΣI=0和ΣU=0
2、图（一）所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U激励下，U R与U C保持有90°的相位差，即当R阻值改变时，U R的相量轨迹是一个半园。U、U C与U R三者形成一个直角形的电压三角形，如图（二）所示。R值改变时，可改变φ角的大小，从而达到移相的目的。
3、日光灯线路如图（三）所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ值）。
U C（V）
U′（与U R、U C组成Rt⊿）( )
⊿U= U′-U（V）
⊿U/U（%）
2、日光灯线路接线与测量。
利用HE-16实验箱中“30W日光灯实验器件”、屏上与30W日光灯管连通的插孔及相关器件，按图（四）接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U、U L、U A等值，验证电压、电流相量关系。
实验六正弦稳态交流电路相量研究及功率因数提高
实验六正弦稳态交流电路相量研究及功率因数提高2学时
一、实验目的
1、研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。
2、掌握日光灯线路的接线。
3、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明
1、在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
三、实验设备
表（一）
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0～450V
1
2
交流电流表
0～5A
1
3
功率表
1
4
自耦调压器
1
5
镇流器、启辉器
与30W灯管配用
各1
HE-16
6
日光灯灯管
30W
1屏内7电容器 Nhomakorabea1μF、2.2μF、4.7μF/500V
各1
HE-16
8
白炽灯及灯座
表（四）
电容值
测量数值
计算值
（μF）
P（W）
cosφ
U（V）
I（A）
I L（A）
I C（A）
I′（A）
cosφ
0
1
2.2
4.7
五、实验注意事项
1、本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。
2、功率表要正确接入电路，读数时要注意量程和实际读数的折算关系。
3、线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉及其接触是否良好。
六、预习思考题
1、参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。
2、在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？（HE-16实验箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做一下实验。）
3、为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？
220V、15W
1～3
HE-17
9
电流插座
3
屏上
四、实验内容
1、按图（一）接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7μF/500V。经指导指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出（即U）调至220V。记录U、U R、U C值，验证电压三角形关系。
表（二）
测量值
计算值
U（V）
U R（V）
表（三）
测量数值
计算值
P（W）
cosφ
I（A）
U（V）
U L（V）
U A（V）
r（Ω）
cosφ
启辉值
正常工作值
3、并联电路-电路功率因数的改善。
利用主屏上的电流插座，按图（五）组成实验线路。
经指导教师检查后，接通实验台电源，自耦调压器的输出调至220V，记录功率表，电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。