单相电路参数测量和功率因数的提高
浙大电工电子学实验报告实验二单向交流电路
百度文库- 让每个人平等地提升自我实验报告课程名称：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：cosφRL= P/ (U·I RL)=测量值计算值U/V U L/V U R/V I RL/A P/W cosφRL219 172 112表2-2专业：姓名：学号：__ _日期：地点：(2)测量并联不同电容量时的总电流I和各支路电流I、I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 cosφ电感性1 电感性电感性电感性电感性电感性表2-3注：上表中的计算公式为cosφ= P/( I ·U)，其中U为表2-2中的U=219V。
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=，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= Ω据图得U L与I RL夹角为81°，则得：R L+jX L=Z=U L/I RL=+ j因而得：R L= ΩX L= ΩL= X L/2пf= H2.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。
单相功率因数校正电路的设计与研究论文
单相功率因数校正电路的设计与研究论文摘要:单相功率因数校正电路是一种用于提高电力系统功率因数的电路装置。
本文以单相电力系统的功率因数校正为目标，对单相功率因数校正电路进行了设计与研究。
文章首先分析了单相功率因数校正的原理与意义，然后根据需求设计了一套单相功率因数校正电路，并进行了详细的实验与测试。
结果显示，该单相功率因数校正电路能够有效提高系统的功率因数，达到预期的效果。
关键词:单相电力系统、功率因数校正、电路设计、研究1.引言单相电力系统中，功率因数是衡量电力系统能量利用效率的一个重要指标。
功率因数是指有功功率与视在功率之间的比值。
当系统的功率因数低于1时，电网会出现无效功率，造成能量的浪费。
因此，单相功率因数校正电路的设计与研究具有重要的实际意义。
2.单相功率因数校正的原理与意义单相功率因数校正的原理是通过改变负载电路的电流波形，使其与电源电压波形保持一致，从而提高功率因数。
通过增加并联电容或改变电路的相角，可以对功率因数进行调节。
功率因数校正的意义在于提高电力系统的能源利用率，降低电网的无效功率损耗。
3.单相功率因数校正电路的设计根据单相功率因数校正的原理与需求，设计了一套单相功率因数校正电路。
该电路由交流电源、并联电容、三角形三角波发生器、比较器等组成。
交流电源提供电压供电，通过并联电容和三角波发生器的输出进行比较，得到比较器的输出信号，最后控制负载电流波形，实现功率因数校正。
4.实验与测试为验证单相功率因数校正电路的性能，进行了详细的实验与测试。
首先搭建了实验平台，连接电源、负载，同时进行电流、电压和功率因数的测量。
然后通过比较实验数据，分析功率因数校正前后的差异。
实验结果显示，通过单相功率因数校正电路的设计，系统的功率因数得到了明显的提高。
5.结论本文针对单相电力系统的功率因数校正问题，进行了电路设计与研究。
通过实验测试，验证了单相功率因数校正电路的有效性。
该电路能够提高电力系统的功率因数，达到节能减排的目的。
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。
5单相正弦交流电路的功率及功率因数提高的方法解读
(1) 感抗 容抗
XL L 314 127 10
3
40
XC 1 / C (314 40 106 ) 1 80
复阻抗
Z R jX 30 j (40 80) 30 40 j 50 53
单相正弦交流电路的功率
(2) 电流有效值
2
Q S sin 141.4 0.707 100kVar P 1001000 372A （2）P UI cos I U cos 380 0.707
P 1001000 （1） P S cos S 141.4kVA cos 0.707
U U L C
单相正弦交流电路的功率
例题
解
RLC串联电路，已知R=30, L=127mH, C=40F,电源 电压u=220 2 (sin314t+20º)V 求: (1)电路的感抗、容抗和复阻抗； (2)电流有效值及瞬时值的表达式； (3)各部分电压有效值及瞬时值的表达式； (4)作相量图；(5)电路的功率P和Q。
I U / Z 220 / 50 4.4A
电流瞬时值 i 4.4 2 sin( 314t 20 53) 4.4 2 sin( 314t 73) A (3)电阻端电压
UR I R 4.4 30 132V
u R 132 2 sin( 314t 73)V
额定功率一定
N N 因为发电设备的额定功率一定，所以 功率因数越小发电设备的发出的有功功率越小，无功功率越大。
P U I cos
(2)增加线路和发电机绕组的功率损耗。
P UI cos
发电机的电压U和输出功率P 一定时，电流I与功率因数成反比。 线路和发电机绕组上的功率损耗与功率因数成反比。 2 P 1 2 △P rI r 2 2 U cos
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。
电路实验文档实验十功率因数的提高
实验十 功率因数的提高一、实验目的1.了解日光灯结构和工作原理；2.学习提高功率因数的方法；3.了解输电线线路损耗情况，理解提高功率因数的意义。
二、实验原理与说明1.正弦电流电路中，不含独立电源的二端网络消耗或吸收的有功功率P=UI cos ϕ,cos ϕ称为功率因数，ϕ为关联参考方向下二端网络端口电压与电流之间的相位差。
2.在工业用户中，一般感性负载很多，如电动机、变压器等，其功率因数较低。
当负载的端电压一定时，功率因数越低，输电线路上的电流越大，导线上的压降也越大，由此导致电能损耗增加，传输效率降低，发电设备的容量得不到充分的利用。
从经济效益来说，这也是一个损失。
因此，应该设法提高负载端的功率因数。
通常是在负载端并联电容器，这样流过电容器中的容性电流补偿原负载中的感性电流，此时负载消耗的有功功率不变，且随着负载端功率因数的提高，输电线路上的总电流减小，线路损耗降低，因此提高了电源设备的利用率和传输效率。
电路见图10-1。
3.图10—2是供电线路图，在工频下，当传输距离不长、电压不高时，线路阻抗1Z 可以看成是电阻R 1和感抗X 1相串联的结果。
若输电线的始端(供电端)电压为U 1，终端(负载端)电压为U 2，负载阻抗和负载功率分别为()222Z =R +jX 和P 2，负载端功率因数为2=cos λϕ，则线路上的电流为222P I U cos ϕ＝线路上的电压降为12U U -U ∆=输电功率为22221221P P P P P P P I R η∆===++ 式中，P 1为输电线始端测得的功率，P ∆为线路上的损耗功率。
实验时，可以用一个具有较小电阻的元件模拟输电线路阻抗，用日光灯模拟负载阻抗Z 2，研究在负载端并联电容器改变负载端功率因数时，输电线路上电压降和功率损耗情况以及对输电线路传输效率的影响。
图10-1 图10-2 负载的功率因数可以用三表法测U 、I 、P 以后，再按公式P=cos =UIλϕ计算得到，也可以直接用功率因数表或相位表测出。
单相交流电路实验报告数据处理
单相交流电路实验报告数据处理单相交流电路实验报告数据处理引言：单相交流电路实验是电工类专业学生在大学期间必修的实验之一。
通过这个实验，学生可以了解和掌握单相交流电路的基本原理和特性。
本文将对单相交流电路实验报告中的数据进行处理和分析，以便更好地理解实验结果。
实验背景：单相交流电路实验是通过连接电源、电阻、电容和电感等元件，对交流电路中电流、电压和功率等参数进行测量和分析。
实验中使用的电源一般为交流电源，频率为50Hz。
电阻、电容和电感等元件的参数可以通过实验设备进行调节。
实验步骤：1. 连接电路：根据实验要求，按照电路图连接电源、电阻、电容和电感等元件。
2. 测量电压和电流：使用万用表或示波器等仪器，分别测量电路中的电压和电流值。
3. 记录数据：将测量到的电压和电流值记录下来，并进行整理和分类。
4. 分析数据：根据实验要求，对实验数据进行处理和分析，得出结论。
数据处理：1. 电压和电流的波形图：根据测量到的电压和电流值，绘制出波形图。
通过观察波形图，可以判断电路中是否存在相位差、谐波等现象。
2. 电压和电流的有效值：根据测量到的电压和电流值，计算出它们的有效值。
有效值是交流电路中的重要参数，可以用来计算功率、电阻、电容和电感等。
3. 相位差的计算：根据测量到的电压和电流值，计算出它们之间的相位差。
相位差是交流电路中的另一个重要参数，可以用来判断电路中的电感和电容的特性。
4. 功率的计算：根据测量到的电压和电流值，计算出它们的功率值。
功率是交流电路中的核心参数，可以用来评估电路的能量转换效率。
数据分析：1. 电路的阻抗：根据测量到的电压和电流值，计算出电路的阻抗值。
阻抗是交流电路中的一个重要参数，可以用来评估电路对交流电源的响应。
2. 电路的功率因数：根据测量到的电压和电流值，计算出电路的功率因数。
功率因数是交流电路中的另一个重要参数，可以用来评估电路的功率转换效率。
3. 电路的谐波含量：根据测量到的电压和电流值，计算出电路中的谐波含量。
《电工技术》课件 提高功率因数的意义和方法
I P
U cos
二、提高功率因数的方法
1.方法:在感性负载上并联适当的电容器 用电设备的大多数都是异步电动机，它的等效电路相当于电阻、电感串联。可以用电容与之并联以提
高功率因数。
2.分析
并联电容前：总电流就是负载RL中的电流 ，功
cosL 0.6
tanL 1.33
将已知条件代求 t得an
tan 0.95
cos 0.72
功率因数的提高及有功功率的测量（1）
提高功率因数的意义和方法
一、提高功率因数的意义
1.提高电源设备的利用率
可以为同等容量供电系统的用户提供更多的有功功率，提高供电能力。
当电源 SN U一N定IN时，供给负载的有功功率
与功PN率 因SN数cos有关。
cos
2. 减小输电线路上的能量损耗 在一定的电压下、向负载输送一定的有功功率时，负载的功率因数越低，线路电流越大，造成输电线
I P U cos
IC
U XC
U 1
UC
C
UC
U
P cos L
sin L
U
P cos
sin
U
C
P U
tan
L
tan
C
P U
2
tan L
tan
三、习题讲解
例题 已知单相交流电动机的功率为10kW，电压U为220V，功率因数 为0.6，接2在电压为 220V的工频 交流电路中。若在电动机两端并联250μF的电容，试求电路功率因数能提高到多少？ 解：本题是由已知电容值，计算电路的功率因数，直接根据推导公式进行计算，比较简单。
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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。
I
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。
灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生较大的电压降（有一半以上电压），灯管两端（也就是起辉器两端）的电压锐减，这个电压不足以引起起辉器氖管的辉光放电，因此它的两个触片保持断开状态。
即日光灯点亮正常工作后，起辉器不起作用。
3．日光灯的功率因数
日光灯点亮后的等效电路如图2 所示。
灯管相当于电阻负载R A ，镇流器用内阻R L 和电感L 等效代之。
由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低，整个电路所消耗的功率P 包括日光灯管消耗功率P A 和镇流器消耗的功率P L 。
只要测出电路的功率P 、电流I 、总电压U 以及灯管电压U R ，就能算出灯管消耗的功率P A =I ×U R ，
镇流器消耗的功率P L =P −P A ，UI
P
=ϕcos
R A
图3－2日光灯工作时的等效电路
2．功率因数的提高
日光灯电路的功率因数较低，一般在0.5 以下，为了提高电路的功率因数，可以采用与电感性负载并联电容器的方法。
此时总电流I 是日光灯电流 I L 和电容器电流 I C 的相量和：∙
∙
∙
+=C L I I I ，日光灯电路并联电容器后的相量图如图3 所示。
由于电容支路的电流I C 超前于电压U 90°角。
抵消了一部分日光灯支路电流中的无功分量，使电路的总电流I 减小，从而提高了电路的功率因数。
电压与电流的相位差角由原来的 1ϕ减小为ϕ，故cos ϕ＞cos 1ϕ。
当电容量增加到一定值时，电容电流C I 等于日光灯电流中的无功分量，ϕ= 0。
cos ϕ=1，此时总电流下降到最小值，整个电路呈电阻性。
若继续增加电容量，
总电流I 反而增大，整个电路变为容性负载，功率因数反而下降。
L
I 1
C I 2C I 3C I
图3－3 日光灯并联电容器后的相量图
三 实验预习要求
1． 预习日光灯工作原理，并联电容器对提高感性负载功率因数的原理、意
义及其计算公式。
2． 如图3－1所示电路中，日光灯管（R A ）与镇流器（R L 、L ）串联后，接
于220V 、50Hz 的交流电源上，点亮后，测得其电流I =0.35A ，功率P =40W ，灯管两端电压U A =100V 。
要求写出下列各待求量的计算式。
①求cos φ1=？、φ1=？、R A =？、R L =？、L =？、灯管消耗的功率A P 和镇流器消耗的功率L P 。
②并联C =3μF 后，求I C =？、I =？、cos φ=？。
③按比例画出并联电容器后的相量图。
（如图3－3，计算出电压与总电流的相位差角φ）
3．熟悉交流电压表、电流表和单相自耦调压器的主要技术特性，并掌握其正确的使用方法。
四 实验设备与器件
1． 交流电压表 2． 交流电流表 3． 功率表 4． 自耦调压器 5． 镇流器 6． 电容器
7． 起辉器 8． 日光灯管 9． 电流表插座
五 实验内容与步骤
日光灯实验线路如图3－4所示。
图3－4日光灯交流电路
1．日光灯电路研究和参数测量
按图3－4接线，注意功率表的接法，断开所有的电容器，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电压至110V 左右，测量功率P ，电流I ，电压U 、L U 与A U ，将数据记录在表1起辉值栏目中，再调节自耦调压器的输出电压至220V 正常值，测量功率P ，电流I ，电压U 、L U 与A U ，将数据记入表3－1正常工作值栏中，并计算出R A 、R L 、L 填入下表
表3－1 日光灯电路等效参数测量
2．提高感性负载功率因数实验
如图3－4所示的实验线路中，按2.2μF 、4.7μF 、6.μF 、依次并上电容器C 1、C 2、C 3。
当电容变化时，分别记录功率表及电压表读数，测得三条支路电流
I、I L、I C的值。
测量数据记入表2。
表3－2日光灯功率因数提高实验参数测量
注：表中'I为I的计算值，
∙
∙
∙
+
=
C
L
I
I
I，其中I L和I C为上表中测量值。
六实验思考题
1．给出实验内容（1）中计算R A、R L、L的计算过程及公式，将结果填入表1中。
2．计算出本实验中灯管消耗的功率P A和镇流器消耗的功率P L。
3．画出实验内容（2）当电容为0、2.2μF、4.7μF、6.9μF时类似图3的电
压电流相量图，要求计算出各总电流∙
I与总电压
∙
U的相位差角，给出公式及计算
过程。
4．若要使本实验中日光灯电路完全补偿（也就是功率因数提高到1），需要并联多大容值的电容？请给出计算式并计算出最后结果。
5．是否并联电容越大，功率因数越高？为什么？
6．当电容量改变时，功率表有功功率的读数、日光灯的电流、功率因数是否改变？为什么？
七实验注意事项
1．本实验用交流市电220V，用单相自耦调压器来实现电压调节，当供电电源电压为220V时，调压器的输出可在0~250V之间连续调节，务必注意人身和设备的安全。
注意电源的火线和地线，在实际安装日光灯时，开关应接在火线上。
2．在使用自耦调压器过程中，接通电源前，都必须将电压调至零电压处（即逆时针旋转到头，然后再合上电源，逐渐增大电压至需要值。
3．不能将220 V 的交流电源不经过镇流器而直接接在灯管两端，否则将损
坏灯管。
4．功率表、电压表、电流表要正确接入电路，电流表应串入电路中测量电流。
5．电路接线正确，日光灯不能起辉时，应检查起辉器及其接触是否良好。
6．每次改接线路，一定要在断开电源的情况下进行，以免发生意外。
八实验报告要求
1．结合实验思考题，完成表3－1和表3－2的数据计算。
2．根据实验数据说明日光灯电路并联电容器后总电流变化与电容量的关系，电容量过大对电路性质有什么影响。
3．以电容C的值为自变量绘制
cos曲线。
4．小结本实验得到的结论和心得体会。
*5. 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。