实验四 提高功率因数的研究
功率因数的提高实验报告
功率因数的提高实验报告1. 引言功率因数是电力系统中的重要参数之一，它反映了电源供电能力和电气设备对电网的影响程度。
在实际应用中，功率因数的提高可以减少无效功率的损耗，提高电能利用效率，并且能够有效降低电力系统的谐波污染。
本实验通过具体的实验操作和数据分析，探究了提高功率因数的具体方法和效果。
2. 实验目的本实验的主要目的是通过改变电容器的接入和接出来提高电路的功率因数，并且对比在不同条件下的功率因数和功率因数的提高情况进行分析，以验证提高功率因数的有效性。
3. 实验原理在交流电路中，当电路存在电感元件时，电流的相位滞后于电压，此时电路的功率因数为滞后功率因数。
而当电容元件存在时，电流的相位超前于电压，此时电路的功率因数为超前功率因数。
通过适时地接入和接出电容器，可以改善电路的功率因数。
为了提高功率因数，我们需要使用电容器将滞后功率因数转化为超前功率因数。
当电容器接入电路时，电流的相位会超前于电压，从而减小电路的滞后功率因数。
4. 实验材料和设备•电源•电容器•电阻•交流电表•示波器•蓄电池•电路连接线5. 实验步骤1.将电源接入电路，并连接示波器和交流电表以测量电压和电流。
2.将电容器接入电路，并调节电容器的阻抗值来适应电路的需求。
3.测量并记录接入电容器前后的电压和电流，计算功率因数。
4.通过对比数据的变化来分析功率因数的提高情况。
6. 实验数据和分析表格1：接入电容器前后的电压和电流数据试验条件电压（V）电流（A）无电容器2205加电容器220 3.5通过测量的电压和电流数据，可以计算出接入电容器前后的功率因数。
根据实验数据计算可得：加电容器前的功率因数：0.23加电容器后的功率因数：0.46从上述计算结果来看，加入电容器后的功率因数得到了有效的提高。
7. 结论通过本次实验，我们验证了通过接入电容器可以有效提高电路的功率因数。
电容器具有良好的电流相位补偿作用，在电路中使用适当的电容器可以改善功率因数，减少无效功率的损耗，并提高电能利用效率。
实验四 提高功率因数的研究
实验四 日光灯电路及功率因数提高一．实验目的1．研究提高感性负载功率因数的方法和意义； 2．进一步熟悉、掌握使用交流仪表和自耦调压器； 3．进一步加深对相位差等概念的理解。
二. 实验原理概述及说明供电系统由电源（发电机或变压器）通过输电线路向负载供电。
负载通常有电阻负载，如白炽灯、电阻加热器等，也有电感性负载，如电动机、变压器、线圈等，一般情况下，这两种负载会同时存在。
由于电感性负载有较大的感抗，因而功率因数较低。
若电源向负载传送的功率ϕcos UI P=，当功率P 和供电电压U 一定时，功率因数ϕcos 越低，线路电流I 就越大，从而增加了线路电压降和线路功率损耗,若线路总电阻为l R ，则线路电压降和线路功率损耗分别为l lIR U =∆和l l R I P 2=∆；另外，负载的功率因数越低，表明无功功率就越大，电源就必须用较大的容量和负载电感进行能量交换，电源向负载提供有功功率的能力就必然下降，从而降低了电源容量的利用率。
因而，从提高供电系统的经济效益和供电质量，必须采取措施提高电感性负载的功率因数。
通常提高电感性负载功率因数的方法是在负载两端并联适当数量的电容器，使负载的总无功功率Q ＝Q L －Q C 减小，在传送的有功率功率P 不变时，使得功率因数提高，线路电流减小。
当并联电容器的Q C ＝Q L 时，总无功功率Q ＝0，此时功率因数ϕcos ＝1，线路电流I 最小。
若继续并联电容器，将导致功率因数下降，线路电流增大，这种现象称为过补偿。
负载功率因数可以用三表法测量电源电压U 、负载电流I 和功率P ，用公式UIP==ϕλcos 计算。
本实验的电感性负载用铁心线圈，（日光灯镇流器）电源用220V 交流电经自耦调压器调压供电。
三. 实验仪器设备1．交流电压表、电流表、功率表（在主控制屏上） 2．自耦调压器（输出交流可调电压） 3. 实验元件箱二图8-1日光灯电路实验电路图四. 实验内容与步骤按图8-1组成实验电路经指导老师检查后，按下按钮开关，调节自耦变压器的输出电压为220V ，记录功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，接入电容，从小到大增加电容容值，记录不同电容值时的功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，并记入表8-2中。
电感性负载电路及功率因数的提高试验
电流插座板（三相） 、电流插头。 四．实验内容和步骤
1．测量电感性负载支路（断开电容箱上所有开关）的电流，电压和功率。
2．电感性负载支路两端，并入 8μＦ电容，测量电路的电压、电流和功率， 3．测量电容值与总电流之间的关系 五．预习要求
1．设图 3.7 电感性负载电路，电阻 R＝ 100 Ω，线圈阻抗 Z＝ 150 Ω，电源电压为 127V ， 选择电流表的量程。
C Um I m Xm
式中 X m—— 功率表标度尺的满刻度格数 U m—— 所使用的电压线圈的额定值（此值常标注在电压线圈的接线端钮旁）
I m—— 所使用的电流线圈的额定值（此值常标注在电表盒盖内） 功率表电流及电压端子上标有符号＊ （或 ±）端是同名端 （或称对应端） ，即为两个线圈
的始端，接线时应联接在电源的同一端，其正确接法见 接法，其中有一个线圈反接，指针将反向偏转。
电源设备的容量，就要求提高电路的功率因数
cos ；另外，当负载的有功功率 P 和电压 U
一定时，功率因数越高，输出电线路中的电流
I ＝ P 就越小，在输电线路电阻上消耗的 Ucos
功率也就越小，因此提高功率因数对电力系统的运行十分重要，有很大的经济意义。 用电设备中，多数是电感性负载，例如工业中广泛应用中的三相异步电动机、照明用
2．阅读教材中有关功率表的内容，了解功率表的原理和使用方法。
3．从实验步骤 3 所测各项数据， 列出求取电阻 R 和铁心线圈电阻 r 和电感 L 的计算式。
A
4
1
2
3 5
（ a）
（b）
图 3.4 三路电流插座及电流插头
（ a）电流插座
（ b）电流插头
1－电流插座板 2－电流插座接触铜片 3－电流插头 4－插头引出线 5－绝缘材料
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 ������
提高功率因数的实验报告
提高功率因数的实验报告提高功率因数的实验报告一、引言功率因数是电力系统中一个重要的参数，它反映了电路中有用功和无用功之间的比例关系。
功率因数越高，电路的效率越高，能源利用率也越高。
因此，提高功率因数对于电力系统的稳定运行和能源节约具有重要意义。
本实验旨在探究提高功率因数的方法，并通过实验验证其有效性。
二、实验目的1. 理解功率因数的概念和意义；2. 掌握提高功率因数的方法；3. 进行实验验证，分析实验结果。
三、实验原理功率因数是有功功率与视在功率之比，通常用cosφ表示。
当负载为纯电阻时，功率因数为1；当负载为纯电感时，功率因数为0；当负载为纯电容时，功率因数为0。
为了提高功率因数，我们可以采取以下几种方法：1. 使用功率因数校正装置：功率因数校正装置能够实时监测电路的功率因数，并通过补偿电容或电感来调整功率因数，使其接近1。
2. 并联电容器：在电路中并联一个适当容值的电容器，可以补偿电感元件的无功功率，提高功率因数。
3. 串联电感器：在电路中串联一个适当的电感器，可以补偿电容元件的无功功率，提高功率因数。
四、实验步骤1. 准备实验所需材料和仪器：电源、电阻箱、电感器、电容器、电压表、电流表等。
2. 搭建实验电路：将电源、电阻箱、电感器和电容器按照一定的连接方式连接起来。
3. 测量电路参数：分别测量电路中的电压和电流值，并计算得到功率因数。
4. 调整电路参数：根据实验结果，适当调整电容器或电感器的容值，以提高功率因数。
5. 再次测量电路参数：调整后，再次测量电路中的电压和电流值，并计算得到新的功率因数。
6. 分析实验结果：比较调整前后的功率因数，分析提高功率因数的有效性。
五、实验结果与分析在实验中，我们选择了一个具有一定电感的电路，初始时功率因数较低。
通过并联一个适当容值的电容器，我们成功提高了功率因数。
实验结果显示，调整前的功率因数为0.6，调整后的功率因数提高到了0.95。
这表明并联电容器的方法在提高功率因数方面是有效的。
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。
电工实验报告,功率因数的提高
电工实验报告,功率因数的提高
功率因数的提升实验
功率因数指电力平衡系统中，有功功率与无功功率之比值，是反映电能功率利用程度的重要指标，实际应用中往往要求功率因数达到尽可能接近1的最大值，以达到节能减排的目的。
为了研究电变压器改善负载安装位置对功率因数提升的作用，本实验选择复相负载和开关电源为实验设备，使用万用表测量电压和电流值进行实验。
实验过程：
1. 连接电力系统的负载和开关电源之间的电缆，使电力系统完成接线。
2. 调节比例负载安装位置，当电压谐波和相位差稳定时，使万用表接通，启动谐波测量，记录两组负载安装位置前后的有功功率、无功功率和功率因数数据。
3. 计算出两个负载安装位置下的平均有功功率、无功功率和功率因数，完成此实验。
实验结果：
实验结果表明，改善电变压器负载安装位置可以提升功率因数值，且比不改变负载位置提升相对较明显，但随着负载安装位置的改变，负载电流也会有所变化，因而不同的环境有待设计中考虑合理的负载安装位置，以提高功率因数，以达到最优。
结论：
通过本次实验，我们发现改善电力系统中电变压器负载安装位置可以显著提高功率因数，从而达到节能减排的目的。
由于实际环境复杂，合理安装负载位置应充分考虑有功功率、无功功率以及环境等因素，以达到最佳效果。
电工实验四 日光灯电路与功率因数的提高
实验四日光灯电路与功率因数的提高一．实验目的1．理解交流电路中电压、电流的相量关系2．学习感性负载电路提高功率因数的目的与方法3．熟悉日光灯的工作原理与实际电路连接二．预习要求1．熟悉R、L串联电路中电压与电流的关系2．在R、L串联与C并联的电路中，你准备如何求cosφ值3．预习日光灯的工作原理，启动过程三．实验原理本实验中RL串联电路用日光灯代替，日光灯原理电路如图4-1所示。
图4-1灯管工作时，可以认为是一电阻负载。
镇流器是一个铁心线圈，可以认为是一个电感量较大的感性负载，两者串联构成一个RL串联电阻，日光灯起辉过程如下：当接通电源后，启动器内双金属片动片与定片间的气隙被击穿，连续发生火花，双金属片受热伸长，使动片与定片接触。
灯管灯丝接通，灯丝预热而发射电子，此时，启动器两端电压下降，双金属片冷却，因而动片与定片分开。
镇流器线圈因灯丝电路断电而感应出很高的感应电动势，与电源电压串联加到灯管两端，使管内气体电离产生弧光放电而发光，此时启动器停止工作，（因启动器两端所加电压值等于灯管点燃后的管压降，对40W管电压，只有100V左右，这个电压不再使双金属片打火）。
镇流器在正常工作时起限流作用。
日光灯工作时整个电路可用图4-2等效串联电路来表示。
图4-2四．实验设备名称数量型号1．三相空气开关1块 30121001 2．三相熔断器1块 30121002 3．单相调压器1块 30121058 4．日光灯开关板1块 30121012 4．日光灯镇流器板带电容1块 30121036 5．单相电量仪1块 301210986. 安全导线与短接桥若干P12-1和B511五．实验步骤1．按图4-1接好线路，接通电源，观察日光灯的启动过程。
2．测日光灯电路的端电压U，灯管两端电压UR 、镇流器两端电压URL、电路电流I以及总功率P、灯管功率PR 、镇流器功率PRL。
数据记录于表4-1。
表4-1流I，日光灯电流IRL ，电容电流IC以及总功率P之值，记录于表4-2。
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实验四 日光灯电路及功率因数提高
一．实验目的
1．研究提高感性负载功率因数的方法和意义； 2．进一步熟悉、掌握使用交流仪表和自耦调压器； 3．进一步加深对相位差等概念的理解。
二. 实验原理概述及说明
供电系统由电源（发电机或变压器）通过输电线路向负载供电。
负载通常有电阻负载，如白炽灯、电阻加热器等，也有电感性负载，如电动机、变压器、线圈等，一般情况下，这两种负载会同时存在。
由于电感性负载有较大的感抗，因而功率因数较低。
若电源向负载传送的功率ϕcos UI P
=，当功率P 和供电电压U 一定时，功率因数ϕcos 越低，
线路电流I 就越大，从而增加了线路电压降和线路功率损耗,若线路总电阻为l R ，则线路电压降和线路功率损耗分别为l l
IR U =∆和l l R I P 2=∆；另外，负载的功率因数越低，表明无功功率就越大，电源就必
须用较大的容量和负载电感进行能量交换，电源向负载提供有功功率的能力就必然下降，从而降低了电源容量的利用率。
因而，从提高供电系统的经济效益和供电质量，必须采取措施提高电感性负载的功率因数。
通常提高电感性负载功率因数的方法是在负载两端并联适当数量的电容器，使负载的总无功功率Q ＝Q L －Q C 减小，在传送的有功率功率P 不变时，使得功率因数提高，线路电流减小。
当并联电容器的Q C ＝Q L 时，总无功功率Q ＝0，此时功率因数ϕcos ＝1，线路电流I 最小。
若继续并联电容器，将导致功率因数下降，线路电流增大，这种现象称为过补偿。
负载功率因数可以用三表法测量电源电压U 、负载电流I 和功率P ，用公式
UI
P
=
=ϕλcos 计算。
本实验的电感性负载用铁心线圈，（日光灯镇流器）电源用220V 交流电经自耦调压器调压供电。
三. 实验仪器设备
1．交流电压表、电流表、功率表（在主控制屏上） 2．自耦调压器（输出交流可调电压） 3. 实验元件箱二
图
8-1日光灯电路实验电路图
四. 实验内容与步骤
按图8-1组成实验电路经指导老师检查后，按下按钮开关，调节自耦变压器的输出电压为220V ，记录功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，接入电容，从小到大增加电容容值，记录不同电容值时的功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，并记入表8-2中。
表8-2提高感性负载功率因数实验数据
五．实验注意事项
1．功率表要正确接入电路，通电时要经指导教师检查。
2．注意输出电压为零(即调压器逆时针旋到底)
3．本实验用电流取样插头测量三个支路的电流。
4．在实验过程中，一直要保持负载电压U2等于220V，以便对实验数据进行比较。
六. 实验预习与思考
1．一般的负载为什么功率因数较低？负载较低的功率因数对供电系统有何影响？为什么？
2．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？此时感性负载上的电流和功率是否改变？
3．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？
4．自拟实验所需的所有表格。
5.了解日光灯工作原理
七. 实验报告要求及结果分析
1．根据实验1、2数据，计算出日光灯和并联不同电容器时的功率因数。
并说明并联电容器对功率因数的影响。
绘制出功率因数与所并电容的曲线,所并电容是否越大越好?
2．根据表8－1中的电流数据，说明I＝I C＋I RL吗？为什么？
3．画出所有电流和电源电压的相量图，说明改变并联电容的大小时，相量图有何变化？
4．根据实验2、3数据，从减小线路电压降、线路功率损耗和充分利用电源容量两个方面说明提高功率因数的经济意义。
5．回答思考题1、2、3。
八综合实验（大型作业）
功率因素提高这一实验项目与工程实际联系紧密。
在完成一套日光灯电路提高功率因数的基础上，要求同学查阅资料，了解工业中功率因数的意义以及提高功率因数的方法，利用几套日光灯设计出分组补偿，集中补偿方案。
设计方案经指导教师检查，学生修改完善之后，利用实验室现有设备，在实验室开放时间完成，并写出实验报告。
九电力系统提高功率因数的必要性及其补偿途径
1. 提高功率因数的意义
对于整个电力系统，除白炽灯、电阻电热器等设备负荷的功率因数接近于1外，而其他如三相交流异
步电动机、三相变压器、电焊机、电抗器、架空线等的功率因数均小于1，特别是在轻载情况下，功率因数更加降低，而用电设备功率因数的偏低，将对电网及工业企业、设备造成影响
提高功率因数，可挖掘发电设备的潜力。
发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，有功功率P=UI cosφ=S cosφ,视在功率S一定，如果功率因数提高，即功率因数角由φ1到φ2，（φ1＞φ2）则发电设备可以提供的有功功率P也随之增大。
可见在发电设备容量不变的条件下，功率因数提高可以少送无功功率，多送有功功率。
发电机容量达到充分利用，达到铭牌出力。
提高功率因数，可以减少发电机绕组和输电线上的功率损耗和电压损失。
I=P/ Ucosφ，在P、U一定时，cos φ提高，电流I下降，电压损失△U=IR下降，绕组与输电线功率损耗△P=I2R (R为内阻)下降。
2提高功率因数的方法
自然功率因数提高的方法。
正确选用电动机的型号，规格和容量，使其接近满载运行；使其额定容量与所带负载相配合。
在选型方面要注意选用节能型，淘汰高能耗的电动机。
根据负荷选用相匹配的变压器，改善变压器的运行方式。
为了充分利用设备提高功率因数,变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
对负载率比较低的配电室，采取撤、换、并、停等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。
工厂企业有时仅靠提高自然功率因数的方法，一般不能满足要求，需要安装补偿装置对功率因数进行人工补偿，其中最常用的方法是，在供电线路中加装并联的电力电容器，对电感性负载进行无功功率补偿。
集中补偿。
将电容器安装于变电所一次或二次侧的母线上，实际中会将电容器安装在变电所的高压母线上如图1或低压母线上如图2。
图1 高压集中补偿电路图
图 2 低压集中补偿电路图个别补偿。
在用电设备附近按其本身无功功率的需要量装设电容器组与用电设备共用一套控制系统，同时投入运行和断开。
采用这种方式的特点是不但可使高压线路上的电流减小，而且低压干线和分支线上的电流也同时减小，电压损失功率的损失相应降低，使无功功率得到彻底补偿，适用于低压网络。
如图3为感应电动机单独补偿
图3 单独补偿电路图
分组补偿。
将电容器组安装在车间配电室或变电室各分路出线上，它可与工厂部分负荷的变动同时投入或切除，也就是在实际中将电容器分别安装在各车间配电盘的母线上。
十日光灯工作原理
日光灯的工作原理是：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。
220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。
辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。
电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。
灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。
这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。
在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。
灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。
在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。
氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。
在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。
日光灯正常发光后。
由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。
由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。