交流阻抗参数的测量和功率因数的改善
交流电路功率因数的提高实验报告(一)
交流电路功率因数的提高实验报告(一)交流电路功率因数的提高实验报告实验目的本实验旨在探究如何提高交流电路的功率因数，以达到节省能源、提高电路效率的目的。
实验器材•交流电源•电阻•电容•电桥实验原理交流电路中，功率因数越小表示电路所用的有功功率和实际耗能之间的比例越小，电路效率就越低。
而提高功率因数，可以减小电路中无效功率的损耗，从而提高电路效率。
实现提高功率因数的方法主要有两种：加装电容和补偿电阻。
实验步骤1.连接交流电源和电桥，将电桥连接到交流电路的负载端。
2.测量负载的电流和电压，根据定义计算出功率因数。
3.先尝试加装电容，测量负载的电流和电压，并重新计算功率因数。
4.然后尝试加装补偿电阻，并重复上述测量和计算步骤。
5.对比不同方法所得的功率因数，并选择效果最好的方案。
实验结果经过多次实验，发现加装电容对于提高功率因数有较好的效果，但需要根据实际电路情况选择合适的电容型号和数值。
实验结论通过实验可以得知，加装电容是一种简便有效的提高交流电路功率因数的方法，可以有效减小电路中无效功率的损耗，提高电路效率。
在实际应用中需要根据具体情况灵活运用，以达到最优化的效果。
实验注意事项1.实验时应注意安全，严禁操作不当导致的触电事故。
2.实验中所用电阻和电容应具有足够的容量和耐压，以免电路过载或者损坏。
3.测量、计算、记录数据时应严格按照规定，并注意测量精度。
实验拓展1.加装电感可以否提高交流电路的功率因数？2.改变电路拓扑结构可以否提高交流电路的功率因数？3.怎样选用合适的电容型号和数值以最大化提高功率因数的效果？实验结语提高交流电路功率因数是现今工业生产和日常生活中十分重要的一环，本次实验我们通过试验验证了加装电容和补偿电阻是实现这一目标的有效途径之一，希望通过该实验的学习，能够对广大科研工作者和电工从业人员有所帮助。
实验四 交流阻抗参数的测量和功率因数的改善
实验四交流阻抗参数的测量和功率因数的改善一、实验目的1．测量交流电路的参数。
2．验证提高感性负载功率因数的方法，体会提高功率因数的意义。
3．设计感性负载电路中补偿电容的大小。
4．学会使用单相功率表。
二、预习要求1．掌握交流电路中电流、电压间的相量关系及提高功率因数的意义和方法。
2．当外加电压不变，感性负载并联电容后，线路的总电流如何变化？它对R、L串联支路电流及功率有无影响？画出相量图。
3．熟悉功率表的选择与使用方法。
二、实验原理1、日光灯电路及其原理说明：（1）日光灯电路如图4-1所示，它由日光灯管，镇流器和启辉器主要部件组成。
A、灯管是一根玻璃管，其内壁涂有荧光粉，两端各有一个阳极和灯丝，前者为镍丝，后者为钨丝，二者焊在一起，管内充有惰性气体和水银蒸气。
B、启辉器由封在充有惰性气体的玻璃泡内的双金属片和静触片组成，双金属片和静触片都具有触头。
C、镇流器是一个带铁心的电感线圈。
图4-1（2）工作原理：当日光灯刚接通电源时，启辉器的两个触头是断开时，电路中没有电流，电源电压全加在起辉器的两个触头之间产生辉光放电，电流通过起辉器，灯丝和镇流器构成通路，对灯丝加热，灯丝发出大量电子。
起辉器放电时产生大量的热量，使双金属片受热膨胀至使触头闭合，导致放电结束。
双金属片冷却后两触头断开，通路被切断，在触头被切断的瞬间镇流器产生相当高的自感电动势与电源电压串联加在灯管的两端，启动管内的水银蒸气放电，这时辐射出的紫外线照到管内壁的荧光粉上发出白光。
灯管放电后，电源电压大部分加在镇流器上，灯管两端电压（既启辉器两触头之间的电压）较低，不能使起辉器光线光放电，因而其触头不能再接触。
在电网交流电的作用下，灯管两端的灯丝和阳极之间电位不断地发生变化，一端为正电位时另一端为负电位。
负电位端发射电子，正电位端吸收电子，从而形成为电流通路。
启辉过程：电源（220V）接通→氖气电离放电产生热→两电极通→灯丝热发射电子→辉光管极间电压为0，断开→镇流器产生感应电动势（>220V）→水银蒸汽游离放电→荧光灯发光2、功率因数的提高：（1）功率因数：对于一个无源二端网络，如下图4-2所示，它所吸收的功率P=UIcos φ，其中cosφ称为功率因数。
实验7单相交流电路的测量及功率因数的提高
实验7单相交流电路的测量及功率因数的提高实验介绍：本实验主要是通过测量和分析单相交流电路中的各种参数，以及探索如何优化单相交流电路的功率因数。
实验中将使用一台主要由电阻、电容和电感组成的单相交流电路进行测量和调整。
实验目的：1.理解单相交流电路的基本原理和工作原理。
2.了解单相交流电路中各种参数的测量方法和技巧。
3.掌握如何调整和改善单相交流电路的功率因数。
实验步骤：1.搭建单相交流电路。
使用电源、电阻、电容和电感组成一个单相交流电路。
2.测量电路中的电阻、电容和电感的阻抗值。
使用万用表或阻抗仪测量电阻、电容和电感的阻抗值。
3.测量电路中的电流和电压。
使用电流表和电压表测量电路中的电流和电压的大小和相位关系。
4.测量电路的功率因数。
根据电流和电压的相位关系计算电路的功率因数。
5.调整电路中的电容或电感的数值。
通过改变电容或电感的数值，观察功率因数的变化。
6.记录实验数据。
记录测量结果和调整参数的过程，进行数据分析和讨论。
实验注意事项：1.在拼接和连接电路元件时，要确保电路连接正确、接触良好，避免因接触不良造成测量误差。
2.在测量电路中的电压和电流时，要注意选择合适量程的电压表和电流表，并要保证测量的准确性。
3.在调整电路中的电容或电感时，要小心操作，避免短路或过载，以免对电路和仪器造成损坏。
实验结果分析：通过测量和分析实验数据，可以得出以下结论：1.电路中的电阻、电容和电感的阻抗值会影响电路的功率因数。
当电阻值较大，电容值较小，电感值较大时，电路的功率因数较低。
2.调整电路中的电容或电感数值可以改善电路的功率因数。
增加电容值或减小电感值可以提高电路的功率因数。
3.大功率因数的电路具有较低的无功功率，能够提高电能的利用率，并减少电能的浪费。
实验总结：通过本次实验，我们对单相交流电路的测量方法和技巧有了更深入的了解，并且掌握了如何调整和改善单相交流电路的功率因数。
实验结果表明，优化电路的功率因数可以提高电能的利用效率，减少能源浪费。
交流电路参数测定与功率因数提高(实验讲稿)
I ， cos ↘ C ↘， I C ↗， ↗， (-)容性↗
荧光灯支路的所有量（I、U、P）保持不变 I， cos 1
ULR ULr IC
UL I
I
cos
ILR C* C
LR
UR
Ur
荧光灯电路参数的计算方法
cos LR
PLR U LR I LR
或
或
cos LR
Rr
R r 2 2fL2
ULR ULr UL
R
PR 2 I LR
R
UR I LR
1 2f
r
Pr 2 I LR
L 有三种求法：
（1） Z Lr
LR
L
2 Z Lr r2
U Lr I LR
UR
Ur
ILR
（2） LR arccos
PLR U LR I LR
2 r 2 Lr
P A P B P C 总 P
U* I*
二瓦 图 11-4 三相交流电路实验接线图
2
QL PLR tan LR
Pr I LR
2
L
QL 2fI LR
（3） U
2 L
U
2 Lr
U U
L
XL 1 UL 2f 2f I LR
1
三相交流电路
(a)Y 形联接 图 11-1
(b) 形联接 三相负载的联接方式
图 11-2 三瓦计法 三相四线制电路： 通常采用三瓦计法，特殊也 可以用二瓦计法（三相星形对 称）
交流电路参数测定与功率因数提高
*U
ILR
I* ~220V
W
A
IC
交流阻抗参数的测量实验报告
交流阻抗参数的测量实验报告一、实验目的交流阻抗参数的测量是一种重要的电化学研究方法，本次实验的目的在于：1、掌握交流阻抗参数测量的基本原理和实验方法。
2、学会使用相关仪器设备进行交流阻抗参数的测量。
3、分析和理解测量结果，探究电化学体系的性质和特征。
二、实验原理交流阻抗法是一种以小振幅的正弦波电位（或电流）为扰动信号，测量电极系统在不同频率下的响应，从而获得电极系统的阻抗信息。
在一个电化学系统中，总阻抗可以表示为电阻和电容、电感等元件的组合。
通过测量不同频率下的阻抗值，可以得到阻抗的实部（电阻）和虚部（电抗），进而构建出 Nyquist 图（复数阻抗平面图）和 Bode图（阻抗模量和相位角与频率的关系图）。
在简单的等效电路中，例如由电阻（R）和电容（C）串联组成的电路，其阻抗可以表示为：＼Z ＝ R ＋＼frac{1}｛j\omega C}＼其中，＼（j\）为虚数单位，＼（＼omega\）为角频率（＼（＼omega ＝ 2\pi f\），＼（f\）为频率）。
三、实验仪器与试剂1、电化学工作站2、三电极体系：工作电极（研究对象）、参比电极（提供稳定的电位参考）、辅助电极（传导电流）3、电解质溶液4、计算机四、实验步骤1、电极的准备对工作电极进行预处理，如打磨、清洗，以确保表面洁净、活性良好。
安装三电极体系，确保电极之间的接触良好。
2、仪器参数设置在电化学工作站上设置测量的频率范围、振幅、起始电位等参数。
3、测量启动测量程序，让仪器在设定的频率范围内自动施加交流扰动信号，并记录响应数据。
4、数据保存与处理将测量得到的数据保存到计算机中。
使用相应的软件对数据进行处理和分析，绘制 Nyquist 图和 Bode 图。
五、实验结果与分析1、 Nyquist 图分析观察 Nyquist 图的形状，判断电化学系统的等效电路类型。
从图中提取出电阻和电容等参数的值。
例如，如果 Nyquist 图呈现为一个半圆加一条直线，可能表示为一个电阻和一个常相位角元件（CPE）的组合。
实验二、交流电路参数测量与功率因数的改善
实验二、单相交流电路实验预习：一、实验目的 1、通过对R-L 串联电路及其与C 并联的单相交流电路的实际测定，查找出它们的电压、电流及功率之间的关系。
2、学习电路元件参数的测量方法（间接法测定R 、r 、L 、C 等）。
3、掌握感性负载并联电容提高功率因数的方法，并进一步理解其实质。
4、学习并掌握功率表的使用。
二、实验原理 1、R-L 串联电路LXRrSZ图1-8-1 R-L 串联电路图1-8-1表示了一个R-L 串联电路，其电感为空心线性电感。
由于空心线性电感的内阻不可忽略，这里用内阻r 与理想电感X L 串联来代替空心电感，设其总阻抗为Z S 。
根据0=∑U ，列出Lr R S R U U U U U U ++=+= 电感线圈上的正弦电压U S 将超前电流I 一个ϕ1角度，相量图如图1-8-2所示。
由相量图上的电压三角形，根据余弦定理，得：U S 2 = U R 2 +U 2 -2 U U R Cos ϕ1从而求出ϕ1，而U （R + r ）=U Cos ϕ1式中U （R + r ）=U R + U r又因为U L =U Sin ϕ1 ，这样可求得： R =U R / I 1 ； r = U r / I 1；X L =U L /L ； L =X L /ω =X L / 2πf2、研究感性负载电路提高功率因数的方法。
感性负载电路的功率因数一般比较低，为了提高电路的功率因数，常在感性负载电路的两端并联电容器，以提高电路的功率因数。
并入电容后的电压、电流相量图如图1-8-3所示。
电容支路的电流I C 在相位上超前电源电压90º（以U 为参考）。
图1-8-2 R-L 串联电路中电压、电流相量图图1-8-3 感性负载并联电容后的电流相量图R并联电容后线路的总电流 0=∑I CI I I +=1 由图1-8-3的相量图，根据余弦定理得：I 12 = I C 2 +I 2 -2 I I C COS （90º + ϕ）：式中 COS （90º + ϕ）= -Sin ϕ 。
实验三交流参数的测试及感性负载功率因数的提高ppt课件
④功率表的运用。
功率表的衔接：
a.将标有“*〞标志的两个同名端钮接 在一同，接到电源的同一端；
b.电流线圈的另一端串接至负载端； 电压线圈另一端那么并联至负载的另一 端。
图功6率是表功量率程表的在选电择路：中的衔接表示图。
⑤电感和电阻元件的取用。
功率表
电感和电阻元件
〔2〕实验线路衔接方法阐明。 〔3〕实验线路衔接示范。
路的性质从感性负载变为谐振形状后再改动到容性负载，每改 动一次电容C，测出相应的Ｕ总、ＵR、ＵrL、I总及P值并计算 功率因数，将数据填入表2中。
❖ 实验线路的衔接
〔1〕在实验台中找出对应的源、元件及 丈量工具。
①单相可调电压源的运用。 ②日光灯电路的组成以及线路衔接阐明。
③电容的调理与衔接阐明。
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 电阻值，功率因数和阻抗。
4.经过实验景象及实验数听阐明提高功率因数的意义?
5.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？
6.普通在运用仪表丈量时都要选择适宜的量程，在运用功率表丈 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 圈的量程能够需求改动才干继续丈量，为什么？
四 实验义务
1.设计一RL串联交流电路，实验参考线路图如下，丈量以下参 数：总电压Ｕ总，电感上的电压ＵrL ,电阻R上的电压ＵR , RL 串联支路中的电流I，总功率P；并计算出实验电路中的各部分参 数，将数据填入表1中。
❖ 实验线路的衔接
〔1〕在实验台中找出对应的 源、元件及丈量工具。
① 函数信号源的运用。 ② 交流电压表的运用。
2.交流电路中的功率因数及改善
电工实验思考题
实验一常用电子仪器的使用1、示波器荧光屏上的波形不断移动不能稳定，试分析其原因。
调节哪些旋钮才能使波形稳定不变。
答：用示波器观察信号波形，只有当示波器内部的触发信号与所测信号同步时，才能在荧光屏上观察到稳定的波形。
若荧光屏上的波形不断移动不能稳定，说明触发信号与所测信号不同步,即扫描信号（X轴）频率和被测信号（Y轴）频率不成整数倍的关系（fx≠nfy）,从而使每一周期的X、Y轴信号的起扫时间不能固定，因而会使荧光屏上显示的波形不断的移动。
此时，应首先检查“触发源”开关（SOURCE）是否与Y轴方式同步（与信号输入通道保持一致）；然后调节“触发电平”（LEVEL），直至荧光屏上的信号稳定。
2、交流毫伏表是用来测量正弦波电压还是非正弦波电压？它的表头指示值是被测信号的什么数值？它是否可以用来测量直流电压的大小？答；①正弦波电压和非正弦波电压都可以测，但测的是交流电压的有效值。
②它的表头指示值是被测信号的有效值。
③不能用交流毫伏表测量直流电压。
因为交流毫伏表的检波方式是交流有效值检波，刻度值是以正弦信号有效值进行标度的，所以不能用交流毫伏表测量直流电压。
④交流毫伏表和示波器荧光屏测同一输入电压时数据不同是因为交流毫伏表的读数为正弦信号的有效值，而示波器荧光屏所显示的是信号的峰峰值。
实验二叠加定理和戴维宁定理的验证1、在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？答：在叠加原理中，当某个电源单独作用时，另一个不作用的电压源处理为短路，做实验时，也就是不接这个电压源，而在电压源的位置上用导线短接就可以了。
2、叠加原理实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？答：当然不成立，有了二极管就不是线性系统了，但可能在一定范围内保持近似线性，从而叠加性与齐次性近似成立。
如果误差足够小，就可以看成是成立。
3、将戴维宁定理中实测的R0与理论计算值R0进行比较，分析电源内阻对误差的影响。
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东南大学电工电子实验中心
实验报告
课程名称：电路实验
第三次实验
实验名称：交流阻抗参数的测量和功率因数的改善院（系）：专业：
姓名：学号：
实验室: 103 实验组别：
同组人员：实验时间：09 年11月13日评定成绩：审阅教师：
交流阻抗参数的测量和功率因数的改善
一、 实验目的
1、 学习测量阻抗参数的基本方法，通过实验加深对阻抗概念的理解；
2、 掌握电压表、电流表、功率表和单相自耦调节器等电工仪表的正确使用方法。
二、 实验原理
对于交流电路中的元件阻抗值（r 、L 、C ），可以用交流阻抗电桥直接测量，也可以用下面两种方法来进行测量。
1． 三电压表法
先将一已知电阻R 与被测元件Z 串联，如实验内容图一（a ）所示。
当通过一已知频率的正弦交流信号时，用电压表分别测出电压U 、U1和U2，然后根据这三个电压向量构成的三角形矢量图和U2分解的直角三角形矢量图，从中可求出元件阻抗参数，如图一（b ）所示。
这种方法称为三电压表法。
由矢量图可得：
2
22
1212
22cos 2cos sin r x U
U U U U U U U U θθ
θ
--=
== 111r x x
R U r U R U L w U U C w R U =
=
=
2.三表法
图如图二所示：
首先用交流电压表，交流电流表和功率表分别测出元件Z 两端电压U 、电流I 和消耗的有功功率P ，并且根据电源角频率w,然后通过计算公式间接求得阻抗参数。
这种测量方法称为三表法，它是测量交流阻抗参数的基本方法。
被测元件阻抗参数（r 、L 、C ）可由下列公式确定：
2
cos cos U z I
P IU P r z I
ϕϕ
=
==
=
sin 1x z x L w C xw
ϕ
===
=
三、 实验内容
1、三电压表法
测量电路如图1所示，Z 1=10Ω+L （114mH ），Z 2=100Ω+C （10uF ），按表1的内容测量和计算。
50Hz
R 0
Z =r+jX 0
1,2
Z
1
U
r
U I
（a ）测量电路 （b ）相量图
图1 三电压表法
表1三电压表法
分析：
1） 实验中L 用变压器的初级线圈，其电感量约为114mH ，内阻为26Ω，实际测得r ≈24.03，
误差为
2624.03
*100%7.58%26
-=
2） 电感L 的测量误差=
11499.36*100%12.84%114
-=
3） 电容C 的测量误差=109.83
*100% 1.7%10
-=
可知电容测得较准确，而电感测量误差比较大。
实际上，实验所采用的线圈，其给出的参考值本身就不是很准确，加之电感在实验中受实验时间影响比较大（发烫），所以其实际参数并不是准确等于给定值的。
三表法测量还是很准确的，这一点可以从电容的测量误差看出。
除此之外，实验的误差还来自实验过程中对电压表的读数和调节。
2、三表法（电流表、电压表、功率表）
按图2所示电路接线，将实验数据填入表2中。
Z 1=10Ω+L （114mH ），Z 2=100Ω+C （10uF ），
50Hz
1,2
Z
图2 三表法
3
6100*114*1035.8111
318.31
100*10*10
L C x w L x w C
ππ--==≈=
=
≈
当Z1+Z2时，
121026100136()0
L C L C L C Z Z Z Jx Jx J x x X x x =+=+++-=+-=-<
∴
电路呈容性
当Z1//Z2时，(36)*(100)1*212
136()
L C L C Jx Jx Z Z Z Z Z J x x +-==
++-
算得最终X>0
∴
电路呈感性
3、 功率因数的改善
仍按图2接线，并将电容（24μF ）并联在负载Z 1两端。
首先调节单相自耦调压器，使副方电压等于表2第二栏中测量出的电压值（负载为Z 1时对应I=0.6A 的电压值），然后测出I 、P ，计算cos θ，将实验数据填入表3中，并与不接电容前的负载功率因数相比较。
表3
分析：
从表中数据可看出：1）并接电容后，cos θ都变大，功率因数提高。
2）并接24uF 的电容比并接10uF 的电容提高的功率因数更显著。
四、思考题
1、为了提高感性阻抗的功率因数，为什么采用的是并联电容而不是串联电容？
答：1）提高功率因数的原则：必须保证原负载的工作状态不变。
即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。
2）并联电容，只要保持负载两端电压不变，即可保证有功功率P 不变，即不会改变原负载的工作状态，而利用电容发出的无功功率，部分（或全部）补偿感性负载所吸收的无功功率，从而减轻了电源和传输系统的无功功率的负担。
3）串联电容，则'()L C z R J x x =+-,而没并电容之前，L z R Jx =+, |'|z 可能变大，也可能变小，或不变，因此总电流就不能确定,功率因数cos P IU
ϕ=也就不能确定是
否提高。
所以在感性负载两端适当并接电容来提高功率因数。
2、“并联电容”提高了感性阻抗的功率因数，试用矢量图来分析并联的电容容量是否越大越好？
(a) (b)
答：感性负载并联电容提高功率因数的电路如图（a ）所示；以电压为参考相量作出如图（b ）的相量图。
其中1ϕ为原感性负载的阻抗角，ϕ 为并C 后线路总电流U I 。
与间
的相位差。
从矢量图上根据平行四边形法则可知，若C 值增大，Xc 减小，I C 将增大，I 将进一步减小，从而ϕ更小，功率因数更高。
但并不是C 越大、I 越小。
再增大C ，I 将领先于U 。
，成为容性。
一般将补偿为另一种性质的情况称作过补偿，补偿后仍为同样性质的情况叫欠补偿，而恰好补偿为阻性（I
U。
同相位）的情况称作完全补偿。
所以并联的电容并非越大越好。
4、 若改变并联电容的容量，试问功率表和电流表的读数应作如何变化？ 答：由2）中结论，对电容变大、补偿后仍为感性的情况：
1）负载电流取决于所加的电压，电压没变，负载电流也没变。
2）负载是与电容并联的，负载的电流还是原来的电流，而总线的电流则是负载的电流与电容的电流之和，由于是感性的，负载电流与电容电流是反相的（电容电流超前于电压，负载电流落后于电压），所以总的电流会减小，电流表读数减小。
（因为P=UI*Cosφ，P ，U 不变，当Cosφ增大，则I 变小。
） 3）负载有功功率不变，即功率表读数不变。