单相交流电路及功率因数的提高
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。
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。
单相交流电路习题(1)
单相交流电路习题(1)电工技术综合试题单相交流电路基础习题班级________姓名_________学号_________一、是非题1、正弦交流量的振幅随时间变化。
（）2、直流电流为10A和交流电流有效值为10A的两电流，在相同的时间内分别通过阻值相同的两电阻，则两电阻的发热量是相等的。
（）3、交流电气设备的铭牌上所给出的电流，电压均为有效值。
（）4、纯电感交流电路中，电流的相位超前电压90。
（）5、在单相交流电路中，测得日光灯管两端电压和镇流器的两端的电压之和大于电源电压。
（）6、交流电的频率增加时，电感的感抗X1将会增加，而电容的容抗将会减小。
（）7、在感性电路中，并联电容后，可提高功率因数，电流增大，有功功率也增大。
（）8、视在功率等于有功功率与无功功率数量和。
（）9、在三相四线制供电线路中，零线（地线）可允许接熔断器。
（）10、在感性负载电路中，加接电容器，可补偿提高功率因数，其效果是减少了电路总电流，使有功功率减少，节省电能。
（）11、把100欧电阻接在220伏直流电路中，或接在有效值为220伏的交流电路中，其发热效应是相同的。
（）12、在纯电感交流电路中，电压的相位超前电流90。
（）13、在交流供电线路中，常用并联电容的方法提高功率因数。
（）14、在三相四线制中，当三相负载不平衡时，三相电压值仍相等，但中线电流不等于零。
（）15、在感性负载两端并联适当的电容器后，可使电路中总电流减少，并使总电流与电压之间相差小于未并联电容时电流与电压间的相差，因此提高了功率因数。
（）16、正弦交流电的频率提高时，通电线圈的感抗越大。
（）17、由于纯电感电路不含电阻，所以当外加交流电压以后，电路是短路的。
（）18、电容器在电路接通的瞬间，电流很大。
（）19、电感线圈在电路接通瞬间，电流为零。
（）20、对感性电路，若保持电源电压不变而增大电源的频率，则此时电路中的电流将减少。
（）21、正弦交流电路的最大值和有效值随时间变化。
电工电子学(二)实验.
实验一直流电路一、实验目的1．验证叠加原理和戴维南定理的内容,加深理解其内涵。
2．学习使用稳压电源。
3．掌握用数字万用表测量直流电量的方法。
二、相关知识叠加原理是线性电路中的普遍性原理,它是指当有几个电源同时作用于线性电路时,电路中所产生的电压和电流等于这些电源分别单独作用时在该处所产生的电压和电流的代数和。
在分析一个复杂的线性网络时,可以利用叠加原理分别考虑各个电源的影响,从而使问题简化,本实验通过测量各电源的作用来验证该原理。
戴维南定理是指在线性电路中,任何一个有源二端网络总可以看做一个等效电源,等效电源的电动势就等于该网络的开路电压U O，等效电源的内阻R O等于该网络中所有电源置零(电压源短路,电流源开路)后所得无源网络的等效电阻。
如图1—1所示有源二端网络图（a）可以由图（b）等效代替。
利用戴维南定理可以把复杂电路化简为简单电路,从而使计算简化。
（a）（b）图1—1 有源二端网络及其等效电路有源二端网络等效内阻R O的三种测量方法：1．开路短路法。
若图（a）的AB端允许短路，可以测量其短路电流I S，再测AB端的开路电压U O，则等效电阻R O=U O／I S。
2．外特性法。
在AB之间接一负载电阻R L如图（a）所示，测绘有源二端网络的外特性曲线U= f（I），该曲线与坐标轴的交点为U O和I S，则R O=U O／I S。
3．直接测量法。
使有源二端网络中的电源置零（电压源短路，电流源开路），用万用表电阻挡直接测量AB端的阻值R O。
三、预习要求1．复习教材中有关叠加定理和戴维南定理的内容,掌握其基本要点,注意其使用条件。
2．阅读实验指导中有关仪器的使用方法：3．预习本次实验内容，作好准备工作。
（1）熟悉实验线路和实验步骤。
（2）对数据表格进行简单的计算。
（3）确定仪表量程。
四、实验线路原理图图1—2 叠加定理实验线路图图1—3 戴维南定理实验原理图图1—4 戴维南等效电路五、实验设备1．THHE—1型高性能电工电子技术实验台（双路稳压电源、数字电压表、数字电流表）。
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
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。
《电工技术基础与仿真(Multisim 10)》项目4单相正弦交流电路分析
p
ui
Im
sin tU m
sin(t
2
)
U m I m cos t sin t
UI sin 2t
在电感元件的交流电路中，没有任何能量消耗，只 有电源与电感元件之间的能量交换，其能量交换的 规模用无功功率Q来衡量，它的大小等于瞬时功率 的幅值。
QL UI I 2 X L
4.2.3 纯电容电路
将开关K1闭合，K2和K3断开，分别按给定的频 率值调节信号源的频率，每次在信号发生器中设 置好频率后，打开仿真开关，双击万用表符号， 得到测量数据，
任务3 相量法分析正弦交流电路
4.3.1 RLC串联电路 1．RLC串联电路电压电流关系 (1)瞬时关系 由于电路是串联的，所以流过R、L、C三元
件的电流完全相同
1 Z1
1 Z2
（2）复阻抗并联的分流关系
I1
U Z1
I
Z Z1
I
Z2 Z1 Z2
U
I2
I Z1 Z1 Z2
I I1 I2 Z1 Z2
a）
I
U
Z
b)
4.3.3 功率因数的提高
1．提高功率因数的意义 功率因数愈大，所损耗的功率也就愈小，
输电效率也就愈高。 负载的功率因数 愈高，发电机可提供的有
1．电压与电流的关系 线性电容元件在图所示的关联方向的条件下
iC
C duc dt
i +
u
C
_
i C duc dt
C dUm sin t
dt
U mC cost
U
mC
s
in(t
2
)
据此，可得出电容元件电压与电流关系的结论：
《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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单相交流电路及功率因数的提高
工作资料 2008-11-23 16:25 阅读351 评论0
字号：大中小
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
ΣI＝0和ΣU＝0
图12-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，电阻上的端电压与电路中的电流同相位，当R的阻值改变时，和的大小会随之改变，但相位差总是保持90°，的相量轨迹是一个半圆，电压、与三者之间形成一个直角三角形。
即=+
相位角φ＝acr tg (Uc / UR)
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
cosφ＝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(cosφ＜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cosφ＝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12-2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，但由于的出现，电路的总电流减小了，总电压与总电流之间的相位差φ减小，即功率因数cosφ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12-3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
1
自耦调压
器
0～220V 1 控制屏
2
交流电流
表
0～5A 1
RTT03-
1
3
交流电压
表
0～300V 1
RTT03-
1
4
单相瓦特
表
D34-W或其它 1 RTT04
5 白炽灯泡10W/220V 3
RTDG0 7
6 镇流器与30W灯管配用 1
RTDG0 8
7 启辉器 1
RTDG0 8
8 电容器1μF,2.2μF 4.7μF/400V
RTDG0 8
9 日光灯灯30W 1 控制屏
管
1 0 电流插座 3
RTDG0
8
四、实验内容
1. 用一只220V，10W的白炽灯泡和4.7μF/450V电容器组成如图12-1 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、UR、UC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12-1中。
表12-1验证电压△关系
负载情况测量值计算值
R C
U(
v)
UR(
v)
Uc
(v)
U’(UR,UC组成RtΔ)
Δ
U
Ø
10
WR3
4.7μF
10
WR2
4.7Μf
10
WR1
2.2μF
2.日光灯线路接线与测量。
按图12-3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12-2记录各表数据。
然后将电压调至220V，测量功率P和PR，电流I，电压U，UL，UR等值，计算镇流器等值电阻r和等效电感L。
表12-2日光灯电路的测量
日光灯测量值计算值
工作状态
U(V
)
I(
A)
P(W
)
UR(
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12-3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
P(
w)
U(
v)
I(A)
IL(A
)
IC(A
)
cos
Ф
I’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。