实验八-单相交流电路及功率因数的提高
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。
单相交流电路的测量及功率因数的提高
日光灯电路及功率因数的提高
一、实验目的
1.了解日光灯电路的组成，工作原理和安装方法；
2.验证单相交流电路中的电流、电压和功率的关系；
3.了解电感性电路提高功率因数的方法和意义；
4.学习交流电流表，交流电压表和功率表的使用方法。
二、实验内容
1. 按照图1正确连接日光灯的实验电路,首先不并联电容C，即开关S断开，测量日光灯管、镇流器及整个电路的各部分电压、电流和功率，并将结果记于表1中。
根据测量数据了解串联交流电路中，各部分电压和电流之间的相量关系。
图1 日光灯实验电路
2. 在实验内容1的基础上，并联容量不同的电容来提高日光灯的功率因数。
测量各部分的电压、电流和功率，将实验数据记录于表1中。
电容变化范围为1～15μF，要求选择至少七个不同的电容值来观察电路中各个物理量的变化，并与实验内容1的数据进行比较与分析，了解并联交流电路中，各部分电压和电流之间的相量关系。
根据实验数据分析并联不同电容对整个电路功率的影响。
表1 实验数据
3. 在内容2基础上，根据总电流的变化规律探究功率因数接近于1时电容量的近似值，然后选择几个具有代表性的电容值，再次测量电路的总电压、总电流和总功率，并计算功率因数。
设计电容选择方案，并将实验数据记录于表2中。
分析并联不同电容对功率因数的影响。
表2 并联不同电容后的功率因数。
单相电路参数测量及功率因数的提高
单相电路参数测量及功率因数的提高一实验目的1．掌握单相功率表的使用。
2．了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接。
3．研究日光灯电路中电压、电流相量之间的关系。
4．理解改善电路功率因数的意义并掌握其应用方法。
二实验原理1．日光灯电路的组成日光灯电路是一个RL串联电路，由灯管、镇流器、起辉器组成，如图3－1所示。
由于有感抗元件，功率因数较低，提高电路功率因数实验可以用日光灯电路来验证。
图3－1日光灯的组成电路灯管：内壁涂上一层荧光粉，灯管两端各有一个灯丝（由钨丝组成），用以发射电子，管内抽真空后充有一定的氩气与少量水银，当管内产生辉光放电时，发出可见光。
镇流器：是绕在硅钢片铁心上的电感线圈。
它有两个作用，一是在起动过程中，起辉器突然断开时，其两端感应出一个足以击穿管中气体的高电压，使灯管中气体电离而放电。
二是正常工作时，它相当于电感器，与日光灯管相串联产生一定的电压降，用以限制、稳定灯管的电流，故称为镇流器。
实验时，可以认为镇流器是由一个等效电阻R L和一个电感L串联组成。
起辉器：是一个充有氖气的玻璃泡，内有一对触片，一个是固定的静触片，一个是用双金属片制成的U形动触片。
动触片由两种热膨胀系数不同的金属制成，受热后，双金属片伸张与静触片接触，冷却时又分开。
所以起辉器的作用是使电路接通和自动断开，起一个自动开关作用。
2．日光灯点亮过程电源刚接通时，灯管内尚未产生辉光放电，起辉器的触片处在断开位置，此时电源电压通过镇流器和灯管两端的灯丝全部加在起辉器的二个触片上，起辉器的两触片之间的气隙被击穿，发生辉光放电，使动触片受热伸张而与静触片构成通路，于是电流流过镇流器和灯管两端的灯丝，使灯丝通电预热而发射热电子。
与此同时，由于起辉器中动、静触片接触后放电熄灭，双金属片因冷却复原而与静触片分离。
在断开瞬间镇流器感应出很高的自感电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使灯管内水银蒸气电离产生弧光放电，并发射紫外线到灯管内壁，激发荧光粉发光，日光灯就点亮了。
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
电分实验功率因数的提高
二、实验内容：
任务一
研究不同的电容值对功率因数的影响
（1）按图3-23接线，图中感性负载为图3-25（a）所示。其中R元件箱（一）EEL-51，取值200Ω（200Ω/8W）的电阻（注意：取该电阻需用试验台上的交直流转接插孔）；电感线圈用互感线圈经顺接串联（线圈的2、3端短接）得到，其参数大约为r=57Ω、L=0.6H；C为元件箱（二）EEL-52的电容箱，先取C=0；调节调压器使电压表读数为30V，且始终保持此电压值不变。将电容值在0~10.17μF之间改变，按表格中的电容值取各个点，记录I、P、cosφ于表3-21中。
预习
（20分）
操作及记录
（40分）
数据处理与结果陈述30分
思考题
10分
报告整体
印象
总分
23.07
L0.92
2.33
3.2
0.086
19.95
L0.94
2.34
3.67
0.085
16.26
L0.96
2.35
4.3
0.084
14.07
L0.97
2.35
4.77
0.084
11.48
0.98
2.36
5.3
0.083
11.48
0.98
2.37
6.5
0.084
11.48
0.98
2.37
7.5
0.086
在并入电容C之前，总电流I = I1，U与I的相位差φ由感性负载的阻抗角决定。并入电容C之后，由于U保持不变，故I1不变，但I=I1+IC，由图3-24（a）可见，总电流I以及U与I的相位差φ'均变小了，即提高了功率因数cosφ'。
提高功率因数实验报告
提高功率因数实验报告引言：功率因数是电路中一个重要的参数，用来衡量电路对功率的利用效率。
功率因数越高，电路能更有效地利用输入电能转化为有用的输出功率。
为了提高功率因数，在实验中我们进行了一番研究和探索。
一、背景知识：功率因数是指电流与电压之间的夹角的余弦值，通常用cosφ来表示。
当电路中的电流和电压完全同相，即夹角为0时，功率因数为1，这意味着电路有效利用了输入电能。
而如果电流和电压之间的夹角为90度，此时功率因数为0，电路无法有效利用输入电能。
二、实验目的：本次实验的目的是通过实验研究，探索提高功率因数的方法和手段。
我们希望能找到一种方法，使得电路中的功率因数尽可能接近1，以提高电路的效率和稳定性。
三、实验方法：1. 实验装置：本次实验使用了一台交流供电电源、一块功率因数测试仪和一台示波器。
2. 实验步骤：首先，我们将交流供电电源与待测电路连接，确保电路中的电压和电流能够被测试仪正确测量。
然后，我们使用示波器观测电路中的电流和电压波形。
接下来，我们将调整电路中的元件，改变电路的结构和参数，以使功率因数得到改善。
这可能包括改变电容器或电感器的数值，调整电路中的电阻等。
在每一次调整后，我们使用功率因数测试仪测量电路中的功率因数，并记录结果。
四、实验结果：经过一番调整，我们得到了一些有关提高功率因数的实验结果。
以下是一些值得注意的发现：1. 增加功率因数的方法：通过在电路中添加补偿电容或补偿电感，我们可以显著提高功率因数。
这些补偿元件能够改变电流和电压之间的相位关系，从而使得功率因数接近1。
2. 调整电路参数的重要性：我们发现，调整电路中的参数对于改善功率因数十分重要。
例如，在并联电路中增加电阻和电感，可以有效地提高功率因数。
3. 实验结果的可重复性：我们进行了多次实验，结果显示，通过相同的调整方法，可以得到相似的功率因数改善结果。
这表明我们的实验结果是可重复的，提高功率因数的方法是有效的。
五、讨论：通过本次实验，我们发现了一些有关提高功率因数的方法和技巧。
功率因数提高实验报告
功率因数提高
一、实验目的
1、了解荧光灯的结构及工作原理。
2、掌握对感性负载提高功率的方法及意义。
二、实验原理
荧光灯管A，镇流器L，启动器S组成，当接通电源后，启动器内发生辉放电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使它发射电子，启动器接通后辉光放电停止，双金属片冷却，又把触电断开，这是镇流器感应出高电压加在灯管两端使荧光灯管放电，产生大量紫外线，灯管同壁的荧光粉吸收后辐射出可见光，荧光灯就开始正常的工作，启动器相当一只自动开关，能自动接通电路和开端电路。
伏在功率因数过低，一方面没有充分利用电源容量，另一方面又在输电电路中增加损耗。
为了提高功率因数，一般最常用的方法是在伏在两端并联一个补偿电容器，抵消负载电流的一部分无功分量。
三、实验内容
1、按图二接线，经老师检查无误，开启电源。
2、用交流电压表测总电压U，镇流电路两端电压Ul及灯管两端电压UA，用交流电流表测总电流I，灯光支路电流Ia及电容支路电流Ic，用功率表测其功率P。
四、实验结论
随着功率因数的提高，负载电流明显降低。
五、实验心得
1注意电容值，以免接入大电容时，电流过大。
2不能带电操作。
实验八 日光灯电路的连接及功率因数的提高
实验八 日光灯电路的连接及功率因数的提高一、实验目的1.学习功率表的使用；2.学会通过U 、I 、P 的测量计算交流电路的参数；3.掌握提高电感性电路功率因数的方法。
二、原理说明日光灯结构图如图8-1所示，K 闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启辉器两触片之间，使启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。
短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400至500V 高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯点燃发亮。
日光灯点燃后，灯管两端电压降为100V 左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中电流不会过大。
同时并联在灯管两端的启辉器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。
图8-1日光灯结构图 图8-2工作原理图日光灯工作后，启辉器断开，灯管相当于一电阻R ，镇流器可等效为电阻R L和电感X L 的串联，所以整个电路可等效为一R 、L 串联电路，其电路模型如图8-2所示。
在电路中日光灯管与镇流器串联构成一个电感性负载电路，由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低。
整个电路消耗的功率P 包括日光灯管消耗功率（P R =U 2I L ）以及镇流器所消耗的有功功率（P L =P-P R ），用功率表直接可以测量。
也可以用交流电压表，电流表及功率表，测出电路的总电压U 、电流I 和总功率P ，则电路的功率因数可用下式计算：UI PCOS =ϕ为了提高电路的功率因数，可以用并联电容器的办法，使流过电容器的无功电流分量与感性负载中的无功电流分量互相补偿，减少电压和电流之间的相位差，从而提高了功率因数。
由于电源的电压是固定的，所以并联电容器并不影响感性负载的正常工作，即感性负载支路的电流、功率和功率因数并不随并联电容量的多少而改变，仅仅是电路总电流及总功率因数发生变化。
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实验八 单相交流电路及功率因数的提高
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. 了解日光灯电路的特点，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. 交流电路中电压、电流相量之间的关系在单相正弦交流电路中，各支路电流和回路中各元件两端的电压满足相量形式的基尔霍夫定律，即
Σİ＝0和ΣU
＝0 图8-1所示的RC 串联电路，在正弦稳态信号U 的激励下，电阻上的端电压U 与电路中的电流I 同相位，当R 的阻值改变时，R U 和C U 的大小会随之改变，但相位差总是保持90°，R U 的相量轨迹是一个半圆，电压U 、C U 与R
U 三者之间形成一个直角三角形。
即U =R
U +C U 相位角φ＝acr tg (Uc / U R )
改变电阻R 时，可改变φ角的大小，故RC 串联电路具有移相的作用。
2. 交流电路的功率因数
交流电路的功率因数定义为有功功率与视在功率之比，即
c
os φ＝P / S
其中φ为电路的总电压与总电流之间的相位差。
交流电路的负载多为感性（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，因此功率因数比较低(cos φ＜0.5)。
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 (如cos φ＝1 )，所需电流就可小些。
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。
所以，功率因数的大小关系到电源设备及输电线路能否得到充分利用。
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电容Ｃ，如图8-2所示。
并联电容Ｃ以后，对于原电路所加的电压和负载参数均未改变，但由于C I 的出现，电路的总电流I 减小了，总电压与总电流之间的相位差φ减小，即功率因数cos φ得到提高。
3. 日光灯电路
及功率因数的提高
日光灯电路由
灯管R、镇流器L和
启辉器S组成，C是
补偿电容器，用以改
善电路的功率因数，如图8-3所示。
其工作原理如下：
当接通220V交流电源时，电源电压通过镇流器施加于启辉器两电极上，使极间气体导电，可动电极(双金属片)与固定电极接触。
由于两电极接触不再产生热量，双金属片冷却复原使电路突然断开，此时镇流器产生一较高的自感电势经回路施加于灯管两端，而使灯管迅速起燃，电流经镇流器、灯管而流通。
灯管起燃后，两端压降较低，起辉器不再动作，日光灯正常工作。
三、实验设备
序号名称型号与规格数量备注
自耦调压器0～220V 1 RTDG01
交流电流表0～5A 1 RTT03-1
交流电压表0～300V 1 RTT03-1
单相瓦特表D34-W或其它 1 RTT04
白炽灯泡40W/220V 3 RTDG07
镇流器与40W灯管配用 1 RTDG08
启辉器与40W灯管配用 1 RTDG08
电容器1μF,2.2μF 4.7μF/400V RTDG08
日光灯灯管40W 1 RTDG-1
电流插座 3 RTDG08
四、实验内容
1. 用一只220V，40W的白炽灯泡和4.7μF/450V电容器组成如图8-1 所示的实验电路，经指导教师检查后，接通市电，将自耦调压器输出调至220V。
记录U、U R、U C值，验证电压三角形关系。
改变亮灯盏数(即改变R)成并联电容C之值，重复测量，数据记入表8-1中。
负载情况测量值计算值
R C U(v) UR(v) Uc(v) U’(UR,UC组成RtΔ) ΔU Ø
40WR3 4.7μF
40WR2 4.7Μf
40WR1 2.2μF
2. 日光灯线路接线与测量。
按图8-3组成线路，经指导教师检查后接通市电交流220V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至，按表8-2记录各表数据。
然后将电压调至220V，测量功率P和P R，电流I，电压U，U L，U R等值，计算镇流器等值电阻r和等效电感L。
日光灯测量值计算值
工作状态U(V) I(A) P(W) U R(V) UrL(V) Pr(W) r(Ω) L(H)
启辉状态
正常工作
3. 并联电路──电路功率因数的改善。
按图8-3组成实验线路。
经指导老师检查后，接通市电，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孔分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行重复测量。
电容值测量数值计算值
0 P(w) U(v) I(A) I L(A) I C(A) cosФI’A cos’Ф
1µF
2.2µF
3.2µF
4.7µF
5.7µF
6.9µF
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；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？
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？
4. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？
5. 若日光灯在正常电压下不能启动点燃，如何用电压表测出故障发生的位置?试简述排除故障的过程?
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. 讨论改善电路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。