实验3-11 提高功率因数的研究
提高功率因数来节能降耗
功率因数与节能研究作为工业工程系的学生，本专业的任务是学习如何合理地配置资源，培养如何解决各种系统优化问题的方法和能力，电工学作为一门实践指导性很强的基础理论性课程，为我们提供了许多有用的理论依据：我的小课题以功率因数与节能降损为研究内容，通过讨论这一话题，说明学习电工学理论在指导我们解决能源节约等实际问题中的重要意义。
功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，功率因数的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。
用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。
比如对于居民用电负荷来说，其特点是主要由一些家用电器及照明负载构成，其中大部分用电设备为感性负载，导致其功率因数都很低，影响了线路及配电变压器的经济运行。
只有通过合理配置无功功率补偿设备，提高系统的功率因数，才能达到节约电能，降低损耗的目的。
以下我们从理论上分析提高功率因数对于节约电能，降低损耗，提高输配电设备的供电能力方面的数量关系。
一、功率因数的定义极其提高方法功率因数反映的是用电设备消耗一定有功功率与视在功率的关系，用Cosφ表示为：ϕ(1)cos=SP/用电设备消耗一定的有功功率时需要的无功功率可表示为：ϕQ= (2)S*sin由式(1)、(2)可得：Q=P×Tanφ(3)所以功率因数由Cosφ1提高到Cosφ2时，需增加的无功补偿容量可表示为：式中P--用电设备消耗的有功功率，kWQ--用电设备在一定功率因数时需要的无功功率，kvarQ c--功率因数由cosφ1提高到cosφ2时需增加的无功补偿容量，kvarφ1、φ2--补偿前后的功率因数角由式(4)可以看出，为了提高功率因数，必须增加无功功率补偿设备以减少无功功率。
由于静电电容器具有重量轻，安装方便，投资少，故障范围小，有功功率损耗小，易于维护，能实现自动投切控制等优点。
提高矿井功率因数方案研究及应用
要】 随着矿 井供 电系统容量不 断增 大， 量电动机 的选用增大 了电 网无功 负荷 ， 电网功 率因数 降低 ， 大容 使 从而造成 电压质量 下降， 电
能损耗增大。 另外大容量高压 电动机启动 时的无功冲击引起 电压波动， 电气设备的运行带来安全隐患。 给 本文对针对 变电所 实行情况对提 高功 率 因数的意义、 原有补偿 方式存在的不足及静 止型动态无功补偿装置 （ｖ 进行 了简要介 绍 ， ｓ ｃ） 同时对 Ｓ ＶＣ装置配置在 １０ Ｖ 变电所 的应 用及 １ｋ
２１ ０ ２年
第２ ５期
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ ＣＥ Ｃ Ｅ ＨＮ Ｌ ＧＹⅡ ０Ｒ Ｔ ０ ＭＡ １ Ｎ
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提高矿井功率因数方案研究及应用
范 永杰 黄 静 （ 州煤业 股份有 限公 司济 宁 二号煤 矿 山东 兖
【 摘
济宁
２ ２７ ） ７ ０ ２
应用后所取得效果进行 了分析 。
【 关键词】 功率 因 ； 数 无功补偿 ； 晶闸管相控 电抗器 ； Ｃ Ｓ Ｖ
Ｏ 概 述
Hale Waihona Puke ｓ—— 变压器额定容量 ，Ｖ ｋ Ａ；
ｃ印 变压器原负载功率 因数 ； ｏ —— 济 宁二号煤矿 １０ Ｖ变电所 于 １ ９ 年 建成投运 ， ｋ １ ９４ 占地 １３ ０ ２ １ｍ ， １ ｃ印， ｏ ——提高后的变 压器负载功率 因数 ； 为兖 州 矿业 集 团有 限公 司第 一 座 １ ＯＶ 级变 电所 ，本所 设 计 为 ｌｋ 变压器 的短路损失 ，Ｗ； ｋ １Ｏ Ｖ、ｋ ｋ ６Ｖ两个电压等级 。济宁二号煤 矿 １ ０Ｖ变 电所是济东 矿区 ｌ ｋ １ Ｑ ——变压器额定负载时的无功功率 ，ｖｒ ｋ ａ。 的枢纽 变电所 ． 该变 电所室外 １Ｏ Ｖ系统共 有 ｌ 组 间隔 ， 电所除了 ｌｋ ３ 变 担负着济宁二号煤矿 的供 电任务外 ， 还担负着 济宁三号煤 矿的供 电任 ２３ 减少线路及 变压器 的电压损失 ． 务 ．同时华 聚能 源公 司济二 电厂及 新村 电厂 也通过 济宁 二号煤 矿 由于提高 了功率因数 ． 减少 了无功 电流 ． 因而减少 了线路及 变压 １Ｏ Ｖ变电所与供 电系统并 网。 ｌｋ 器 的电流 ． 从而减小了电压降。 ２ 提高功率因数可以增 加发 配电设备 的供 电能力 ． ４ １ 济 ＝矿 现 无 功 功 率 补 偿 的 方式 由于提高 了功率因数 ． 给同一负载功率 Ｐ 所需的视在功率及 供 ２ 所以 ． 对现有设备 而言 ． 器容 量和电缆截面就有 变压 １ １０ Ｖ变电所采用集 中补偿方式 ： ． １ｋ １ 通过 ｖ ７、５、 三个 高压 负荷 电流均减少 ． ６ １＊ ｋ ２ 这可用来增加负荷。 即使在增加设 备时 ， 现有配 电设备 的容量 开关 柜对矿井无功功率进行补偿 ． 其中 ７ 电容补偿柜的补偿容量为 ： 了富余 ． ＊ 另外 ． 在基建时 由于提高了负荷的功率因数 ， 可减少 电源 １０ｋ ：５ 电容补偿柜 的补偿容量 为 ：４０ｖｒ ６ 电容补偿 柜 的 也可能够用 。 ８０ｖ １＃ ２０ｋａ； ＃ ２ 线路 的截面及变压器 的容量 ， 节约设 备投资。 补偿容量为 ：１０ ｖｒ ２０ ｋａ。 １ 地面各变 电所采用分散式 就地 补偿 方式 ： 电容器组分别安装 ． ２ 将 ３ 提 高功 率因数的措施 在各车间配 电室或变电所 内。 １ 通过济二电厂对无功功率 电量调节来平衡矿井功率因数 。 ＿ ３ ３ 减少供用电设备无功消耗 ． ． １ 提高企业 自 功率因数 ． 然 其主要措 施 有： ２ 提 高 功 率 因 数 的 意义 ３ ． 合理安排和调整 工艺流程 ． 善电气设备 的运 行状态 ． 电能 ．１ １ 改 使 ２１ 提高功率因素可减少线路损耗 ． 得到最充分 的利用 如果输 电线路 导数 每相电阻为 Ｒ Ｑ）则 三相 输 电线路 的功率 损 ３ ． 合理使用异步 电动机及变压器 ， （ ， ．２ １ 使变压器经济运行 。 耗为 ３ Ｉ 正确设计 和选用 变流装置 ． 直流设备 的供 电和励磁 ． ．３ １ 对 应采 用 硅整流或 晶闸管整 流装 置 ， 取代变 流机组 、 汞弧整 流器等直流 电源设 Ａ＝ Ｒ １ ：善曼 × ３ Ｐ３ ： ～ 一 １ ｆ ０ ｏ （ 备 。 １ ） ， Ｕ Ｃ ￥ｐ ‘０‘ ３ ． 限制电动机 和电焊机 的空载运转 ．４ １ 设计 中对 空载率大 于 ５ ％的 ０ 式 中． Ｐ △ 一 三相输电线路的功率损耗 ， ｋ Ｗ； 电动机和电焊机 ， 可安装 空载 断电装置 。 对大 、 中型连续运行的胶带运 Ｐ 一 电力线路输送 的有功功率 ．Ｗ： ｋ 输系统 。 可采用空载 自停控制装置 。 ， ＿—戡 电压． ｖ： ３ ． 条件允许 时 ． ．５ １ 用同等容量 的同步电动机代 替异步 电动机 ． 在经 ， ——线电流 ， Ａ： 济合算的前提下 ． 也可采用异步 电机 同步化运行 。对 于负荷率不大于 ｃ印—— 电力线路输送 负荷 的功率 因数 。 ｏ ０ 及最大负荷 不大于 ９ ％的绕组式异步电动机 ． ． ７ ０ 必要 时可使其同步 由式 （ ） 出 ， １看 在全矿有功功 率一定的情况下 ， 印 越低 ， ｃ ｏ 功率损 化 。即当绕线式异步电动机 在启动完毕后 。 向转子 三相绕组 中送入直 耗Ｚ ｉ Ｐ也将越大 。设法将 提高 ， 就可使 △ 减小 。 Ｐ 流励磁 ， 即产生 转矩把异步 电机牵 人同步运行 ． 运转状态 与同步电 其 在线路 的电压 Ｕ和有功功率 Ｐ不变 的情 况下 ．改善前 的功 率因 动机相似。 在过励磁 的情况下 ， 电动机可 向电网送 出无功功率 ． 从而达 数 为 ｃ ｓ 改善后 的功率 因数为 ｃｓ ， 三相回路实际减少 的功率 ｏｐ ， ￣ ｏ 则 到改善功率因数的 目的。 损耗 可按下式计算 ： ３ 用静电电容器进行无 功补偿 ． ２ 按全国供用电规则规定 ， 高压供 电的工业用户 和高压供 电装 有带 负荷调整 电压装置的电力用户 ． 在当地供 电局 规定 的电网高峰负荷时 ２ 减 少变压器 的铜损 ． ２ 功率 因数应不低于 ０ 。 自然功率因数 达不 到上述要求时 ． ． 当 ９ 可采取人 变压 器的损耗 主要有铁损和铜损。 如果提高变压器二次侧 的功率 工补偿 的办法 ， 以满足规定的功率因数要求 。其补偿原则为 ： 因数 ， 可使总的负荷 电流减少 ， 从而减少铜损。 ３ ． 高 、 压 电容器补偿相 结合 ， ．１ ２ 低 即变压 器和高压用 电设 备的无功 提高功率因数后 ． 变压器节约 的有功功率 △ 和节约 的无功功率 功率 由高压 电容器来补偿 ． 的无 功功率则 需按 经济合理的原则对 Ｐ 其余 ａＱ的计算公式 为 高、 低压 电容器容量进行分配 ： ３ ． 分散与集中补偿相结合 ． ．２ ２ 对距供 电点 较远且无 功功率较大 的采 用就地补偿 ， 对用电设备集 中的地方采用成组 补偿 ． 其他 的无功功率 则在变 电所 内集 中补偿 ： ３ ． 固定与 自动补偿相结合 ． ．３ ２ 即最小运行方 式下 的无功功率采用 固 定补偿 ， 经常变动的负荷采用 自动补偿 。 式中 Ａ 、 ｐ Ｐ Ａ —— 变压 器的有功功率节 约值和无功功率 节约值 ，
功率电子学实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解并掌握功率电子学的基本概念和原理。
2. 熟悉功率电子器件（如MOSFET、IGBT等）的工作特性。
3. 掌握功率电子电路的设计、搭建和测试方法。
4. 通过实验验证功率电子电路的实际应用效果。
二、实验原理功率电子学是研究电能转换和传输的学科，主要包括功率器件、功率电路和功率控制技术。
本实验主要涉及以下原理：1. 功率器件：功率器件是功率电子电路的核心，如MOSFET、IGBT等，具有高电压、大电流和快速开关的特点。
2. 功率电路：功率电路包括直流-直流变换器（DC-DC）、交流-直流变换器（AC-DC）和直流-交流变换器（DC-AC）等，用于实现电能的转换和传输。
3. 功率控制技术：功率控制技术包括脉冲宽度调制（PWM）、相移控制等，用于调节功率电路的输出功率。
三、实验器材1. 功率电子实验平台2. 电源（直流和交流）3. 功率器件（MOSFET、IGBT等）4. 电阻、电容、电感等元件5. 电压表、电流表、示波器等测量仪器四、实验步骤1. 搭建实验电路：根据实验要求，搭建相应的功率电子电路，包括电源、功率器件、控制电路和负载等。
2. 调试电路：调整电路参数，如开关频率、占空比等，使电路稳定工作。
3. 测试电路：使用测量仪器对电路的输出电压、电流、功率等参数进行测试，并与理论值进行比较。
4. 分析实验结果：分析实验数据，验证电路性能，探讨实验中出现的问题。
五、实验内容1. DC-DC变换器实验：搭建一个升压DC-DC变换器，测试其输出电压、电流和功率等参数，并与理论值进行比较。
2. AC-DC变换器实验：搭建一个全桥式AC-DC变换器，测试其输出电压、电流和功率因数等参数，并与理论值进行比较。
3. PWM控制实验：使用PWM控制器调节MOSFET的占空比，测试输出电压和电流的稳定性，并分析PWM控制对电路性能的影响。
六、实验结果与分析1. DC-DC变换器实验：实验结果显示，搭建的升压DC-DC变换器输出电压稳定，功率转换效率较高，与理论值基本一致。
供配电技术中的功率因数优化方法研究
供配电技术中的功率因数优化方法研究随着能源需求的不断增长，电力系统中功率因数优化成为供配电技术中的重要研究方向之一。
在供配电系统中，功率因数是衡量电力质量的重要指标之一，而不良的功率因数会对电力系统的运行、效率和可靠性产生负面影响。
因此，探索和研究功率因数优化方法对于提高电力系统能效和减少能源消耗具有重要意义。
功率因数是指电流与电压之间的相位差，通常表示为余弦值，值在-1到1之间。
较低的功率因数会造成电力系统中的无功功率损耗，增加供电负荷，降低发电效率，并可能引发设备损坏。
因此，提高功率因数可以有效地减少能源浪费和线路的损耗。
在供配电技术中，有许多方法可以用来优化功率因数。
以下是一些常见的功率因数优化方法：1. 容性补偿：这是一种常用的功率因数优化方法，通过添加电容器来补偿无功功率，并提高功率因数。
电容器可以将电流落后于电压，从而减小功率因数的值。
容性补偿可以应用于单个负载、整个分布系统，甚至是整个供配电系统。
2. 平衡运行：通过对供电系统中的电流和电压进行调整和平衡，可以达到优化功率因数的目的。
这意味着确保电流和电压的正弦波形之间的相位差尽可能小，从而最大限度地减小功率因数。
3. 有源功率因数校正：利用电子器件，如电容器或电感器，可以实现有源功率因数校正。
这种方法可以校正功率因数并实现无功功率的自动调节，以满足系统的功率因数要求。
4. 整流器控制技术：在直流输电或变频调速方面，现代整流器控制技术可以通过优化电压和电流之间的相位关系来实现功率因数的优化。
这些方法可以显著提高功率因数，减少能源损耗和电网压力。
5. 系统监测和管理：通过对供配电系统进行实时监测和管理，可以及时发现功率因数不良的问题，并采取相应的措施进行优化。
这可以包括发现和解决功率因数不平衡、电容器过度使用等问题，从而保持系统处于良好的功率因数状态。
虽然以上提到的方法都可以用来优化功率因数，但不同的方法适用于不同的应用场景。
因此，在实际应用中，需要根据具体的供配电系统特点，选择最合适的功率因数优化方法。
三相电路功率测量实验报告
三相电路功率测量实验报告三相电路功率测量实验报告引言：三相电路是现代电力系统中最常见的电路类型之一。
在实际应用中，准确测量三相电路的功率是非常重要的，因为它涉及到电力供应的稳定性和负载管理。
本实验旨在通过测量三相电路的功率来研究电力系统的基本特性，并验证功率测量的理论知识。
实验目的：1. 研究三相电路的基本特性，如电流、电压和功率之间的关系。
2. 验证功率测量的理论知识，如功率因数和有功功率的计算。
3. 掌握使用电力测量仪器进行功率测量的方法。
实验装置与方法：实验所需的装置包括三相电源、三相负载、电力测量仪器和相应的连接线。
首先，将三相电源连接到三相负载上，然后将电力测量仪器连接到负载上，以测量电流和电压。
在实验过程中，需要记录和计算所测量的值，并进行数据分析。
实验结果与讨论：通过实验测量，我们得到了三相电路的电流和电压值。
根据测量结果，我们可以计算出功率因数和有功功率。
功率因数是衡量电路效率的重要指标之一，它表示电路中有用功率与视在功率之间的比值。
有功功率是电路中实际产生的功率，它与电流和电压的乘积成正比。
在实验中，我们发现功率因数的值与负载的性质有关。
当负载为电感性负载时，电路中的电流滞后于电压，功率因数小于1；而当负载为电容性负载时，电路中的电流超前于电压，功率因数大于1。
这是因为电感性负载和电容性负载对电流的相位产生影响，从而导致功率因数的变化。
此外，我们还发现有功功率的值与电流和电压的大小有关。
当电流或电压较大时，有功功率也相应增加。
这是因为有功功率是电流和电压的乘积，当它们的值增加时，有功功率的值也会随之增加。
结论：通过本实验，我们深入了解了三相电路的功率测量原理和方法。
我们了解到功率因数和有功功率是衡量电路性能的重要指标，它们与电流、电压和负载的特性密切相关。
在实际应用中，准确测量三相电路的功率是确保电力供应稳定和负载管理的关键。
因此，我们需要掌握功率测量的理论知识和实验技巧，以提高电力系统的运行效率和安全性。
实验五------功率的测量及功率因数的提高要点
实验五功率的测量及功率因数的提高实验内容UU Lφ一、日光灯线路接线与测量U A u r按图15-2组成线路, 经指导教师检查后按下闭合按钮开关, 调节自耦调压器的输出, 使其输出电压缓慢增大, 记下电压调至220V,上表中的相关数值, 并验证电压、电流相量关系。
二、并联电路——电路功率因数的改善分析:II CU12+I LIR I CU CI LL_并联电容后，原感性负载的电流不变，吸收的有功功率和无功 功率都不变， 即负载工作状态没有发生任何变化。
???由于并联电容的电流 I C 超前 U 于 90 ，总电流 I 减少。
从相量图上看， ??U 、 的夹角减小了， 从而提高了电源端的功率因数。
Icos φ补偿容量的确定：II CI CI L sin1I sin2+I LLRIP ,I PUCU cosU cosL12IC_P (tan 1tan2)CUUUCP (tantan2)12 I21UI CQ C2P ( tantan1)CU2I L补偿容欠全 —— 不要求 (电容设备投资增加 ,经济效果不明显 )量不同过 —— 使功率因数又由高变低( 性质不同 )综合考虑，提高到适当值为宜 ( 0.9 左右 )。
经指导老师检查后，按下绿色按钮开关调节调节自耦调压器的输出调至 220V ，记录功率表，电压表的读数，通过一只电流表和三个电流取样插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行重复测量。
三、主要实验设备交流电压表、电流表、功率表、功率因数表、三相电源9M117 反坦克导弹结构示意图①舵机动作部；②舵机；③战斗部；④主火箭发动机；⑤电子仪器；⑥续航发动机；⑦陀螺调整部件；⑧激光接收器；⑨稳定尾翼；⑩控制装置接口；⑾进气口。
基于DSP控制的功率因数校正研究的开题报告
基于DSP控制的功率因数校正研究的开题报告一、研究背景和意义随着工业化的不断推进，许多企业需要大量使用电力来满足其生产和运营的需求，但同时也面临着电能质量的问题。
在实际应用中，由于一些因素的影响，电路中出现了电力负荷和电流不匹配的情况，从而导致了一定程度上的功率因数下降。
功率因数下降会导致不必要的电能损失和电力网的负担，对企业生产效率和能源消耗都会产生不利影响。
因此，对于企业来说，开展功率因数校正的研究十分必要，并且在工业控制领域中，数字信号处理（DSP）技术已经得到了广泛的应用。
因此，通过基于DSP控制的功率因数校正研究，能够提高电能质量，降低能源消耗，提高企业的生产效率，具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容和方法（一）研究内容本论文研究的主要内容是基于DSP控制的功率因数校正。
具体包括以下几个方面：1. 对功率因数校正的原理进行分析和研究；2. 对DSP技术在功率因数校正中的应用进行研究；3. 设计并实现基于DSP的功率因数校正系统；4. 对系统进行测试和评估，验证系统的有效性和可行性。
（二）研究方法本论文采用文献综述、理论分析、系统设计和实验验证等方法，具体步骤如下：1. 进行文献资料的收集和整理，对功率因数校正的原理进行深入了解；2. 基于DSP技术对功率因数校正的应用进行分析和探讨；3. 设计并实现基于DSP的功率因数校正系统，包括硬件系统和软件系统；4. 对系统进行测试和评估，验证系统的有效性和可行性；5. 对系统的优化和改进进行探讨。
三、研究进度安排本研究计划在以下时间内完成：2022年6月-2022年8月：完成文献综述，深入了解功率因数校正的原理和DSP技术在功率因数校正中的应用；2022年9月-2022年11月：进行系统设计，包括硬件和软件的设计；2023年3月-2023年5月：完成系统搭建和调试，并对系统进行初步测试；2023年6月-2023年8月：对系统进行改进和优化，并进行最终测试和评估；2023年9月-2023年11月：完成论文撰写和答辩准备。
基于Multisim的功率因数提高研究
己 第 口 Ｉ ］ 年Ｊ 月
］ 己 卷 第 ｌ 期
黼翻一
基 于 Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ 的 功 率 因数 提 高 研 究
吴 凌 燕 （ 海 军 航 空 工 程 学 院 青 岛校 区 青岛 ２ ６ ６ ０ ４ ｔ ｉ ｓ ｉ ｍ软件 ， 以感 性 负载 电路 为例 ， 仿 真 了 并 联 电容 对 感 性 负 载 电 路 功 率 因数 的 影 响 ， 并将 软件仿 真过程 中
表1multisim仿真电路的并联电容的容量的数据cf0ucvurvulaizaicairlapw功率因数2201780512920701490149265081052201780512920701320035014926509110220178051292070122006901492650991322017805129207012100901492651001522017805129207012201040149265099302201780512920701702070149265071502201780512920702850346014926504270220178051292070414048401492650299022017805129207054806220149265022从表中数据可以看出并联电容不会改变电路的有功功率电阻r1与电感l1的端电压不变将电容容量与功率因数间关系数据用excel绘成图在excel中插入xy散点图在子图表类型中选择平滑散点图在系列选项卡里分别选中excel表格中电容容量所在列作为x值选择功率因数所在列作为y值生成图表如图4所示
电能 ， 降低生 产成本 ， 减 少企 业的 电费开 支 ， 提 高 电 力资源 的利用率 。当负 载为纯 电阻 时 ， 理 论上 发 电机容 量会 完全 利用， 因为 Ｐ— Ｕ Ｉ Ｃ Ｏ Ｓ 中的 Ｃ Ｏ Ｓ 一１ ； 但是 当负 载为感
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实验3-11 提高功率因数的研究
在交流电路中，负载的电压和电流都有各自的相位，由此而产生了负载的功率因数的问题。
本实验将研究利用电容器提高感性交流电路的功率因数的方法，同时还可了解日光灯的工作原理和电路。
实验原理
1．交流电路中电压和电流的分配
在含有多个负载的交流电路中，各负载上的电流和电压都有各自的相位。
因此，电路中电流或电压在各个负载上的分配和直流电路相比差别很大。
图1 图2
图1是两个交流负载1Z 、2Z 串联的电路，交流总电压U
和分电压1U 、2U
的关系（如图2）为：
21U U U +=
(1) 因此分电压的有效值1U 、2U 之和一般不等于总电压的有效值U ，即：
21U U U +≠ (2)
图3 图4
图3是两个负载并联的电路，总电流和分电流间的关系也和上边类似（如图4），即：
212
1I I I I I I +≠+= (3)
2．交流电路的功率和功率因数 设交流电路中某负载Z
上的电压为()t V t V ωsin 0=，电流为()()ϕω+=t I t I sin 0，则该负载的瞬时电功率为：
()()()()ϕωω+=⋅=t t I V t I t V t P sin sin 00
(4)
平均电功率： ϕϕcos cos 2100VI I V P == (5)
其中20V V =、20I I =分别是电压、电流的有效值，而ϕcos 即为该负载的功率因数。
从供电的角度看，为了充分利用供电设备的供电能力，要求负载的功率因数越大越好，最好的情况是功率因数等于1，即负载的阻抗呈现纯电阻性。
3．如何提高电感电路的功率因数
在电感性电路（例如日光灯电路或电动机电路）中，由于电流的相位落后于电压的相位，所以功率因数一般是很低的，即电源送出的电能中只有一小部分转化为有用的功。
可利用电容和电感的相反作用（在电容电路中电流的相位超前于电压），在电感性负载的两端并联一电容来提高功率因数，它的原理可用矢量图阐明。
图
5
图6 感性电路并联一个电容（如图5）后，它的总电流I
和总电压U 间的相位差ϕ可以由矢量图（如图6）求得：
112111211cos cos sin ϕϕϕϕϕI I tg I I I tg -=-= (6)
其中1I 是通过L 的电流，2I
是通过电容C 的电流。
又因为： C U I R L tg ωωϕ==
21,
(7) 以及： ()()221221cos ,L R R L R U I ωϕω+=+=
(8)
最后有： ()222L R R C
R L
tg ωωωϕ+-=
(9)
显然，电容C 的并入将使得1ϕϕ<，功率因数得到提高。
由式（9）也可以算出功率因数提高到1（即0=ϕ）时所对应的电容值（称为最佳电容值）：
222L R L C ω+=
(10)
这个过程的物理意义是：并联电容前，交流电流通过R 和L ，瞬时电流由小增大时，一部分电能被R 所消耗，而另一部分电能却被L 吸收并以磁场形式储存起来。
瞬时电流由大变小时，L 把这部分能量放出交回电源。
被R 所消耗的电能11cos ϕU I 称为有功电能，电源和电感间授受的电能11sin ϕU I 称为无功电能。
并联电容器后，电感L 所放出的能量正好被电容C 所吸收并以电场形式储存起来，当L 要吸收能量时，就由电容器放电供给。
这样电容和电感间的能量授受代替了电源和电感间的能量授受，因此，电源可少向或不向负载供给附加的能量。
所以负载提高功率因数以后，电源对负载输出的瞬时功率减少，这就提高了电力设备的使用效率，人们想方设法提高负载功率因数的目的就在于此。
实验装置
1．日光灯电路板
如图7所示，日光灯电路是由镇流器、启辉器、
灯管等元件组成。
当接电源时，电源电压几乎全部
加在启辉器双金属片上，氦管因辉光放电而发热，
使动、静片接触，将电路接通。
于是有电流流过镇
流器和灯管两端的灯丝，使灯丝加热发射电子。
这
时启辉器两触片分开（因启辉器内辉光放电停止，双金属片冷却），使电路突然中断，便在镇流器两端
产生一个瞬时的高电压，此电压与电源电压迭加后加在灯管两端，引起电离导电，于是水银蒸气受激发辐射大量紫外线，管壁上的荧光粉在紫外线的激发下辐射出白色荧光，即日光灯发光。
灯管点燃后，由于镇流器的降压作用，灯管两端的电压比电源电压低得多，不足以使
启辉器放电，其触点不再闭合。
由此可见，启辉器相当于一个
自动开关的作用；而镇流器在启动时起产生高电压作用，促使
灯管放电，在正常工作时起降压和限流作用。
2．瓦特表（功率表）
瓦特表是一种电动系仪表（如图8），其电流线圈与负载串
联，有两个量限，其电压线圈与负载并联，有两到三个量限。
为了不使瓦特表指针反向偏转，在电流线圈和电压线圈的一个
端钮上各标有“*”标记。
连接瓦特表时，有“*”标记的电流
线圈一端必须接在电源一端，另一端接在负载端；有“*”标
记的电压线圈一端，可以接电流线圈任一端，另一端跨接到负
载的另一端（如图9、10）。
图
9
图10 3．其他仪器
电容箱1个、交流安培表1个、交流电压表1个、万用表、闸刀开关1个、导线若干。
注意事项
1． 本实验使用220V 交流电，一定要注意安全。
2． 功率表不能单独使用，一定要有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不超过功率表电压和电流的量限。
实验内容
一、必做内容
1．测定并联电容前日光灯电路的功率因数
（1） 按图7接好线路（不要合上闸刀开关）。
（2） 经教师检查无误后，合上开关，测读I 并用万用表分别测出交流电压U （电源电压）、
U R （日光灯管两端的电压）、U L （镇流器两端的电压），计算日光灯的有功功率P 有
=IU R 以及日光灯电路的总功率P 总
=IU
图
7 图8
（3） 利用cos P P ϕ=
有总计算功率因数（想想为什么？）。
图11
图12
2．测定并联电容后日光灯电路的功率因数
（1） 按图11连接电容，分别并联1μF 、2μF 、3F μF 、4μF 、5μF 、6μF 电容，测出各次对
应的I 总，并注意其变化（每次接电容时，必须切断闸刀开关）。
（2） 按图12连接瓦特表，测日光灯电路的有功功率P ′(比较P ′与P 有)。
（3） 分别把测得的数值填入自制表格中，并根据P=IU cos ϕ，求出与各个电容值对应的
cos ϕ值。
二、选做内容
测定日光灯电路的电感。
提示：日光灯电路的的总阻抗为()2
2L R Z ω+=，于是可以推出ω22R Z L -=，利用式IZ U =，用交流电压表和交流电流表测出U 、I 以确定Z ；再利
用式R I UI P 2cos ==ϕ，用瓦特表测出P 以确定R ，就可以算出L 。
思考题
1． 对感性电路，并联电容可以提高功率因数，是否并联电容越大，则功率因数越大？
2． 在电感性电路中，串联电容是否可以改变功率因数？
3． 为什么日光灯电路并联电容后总电流反而减小？
4． 由交流电压表和交流电流表测出的电压和电流值是瞬时值还是有效值？。