实验三+交流参数的测试及感性负载功率因数的提高09-10(2).ppt

电工电子技术实验 实验3 电工电子技术实验 上海理工大学电工电子实验中心 实验三交流参数的测试及感性负载功率因数的提高 一实验目的 1 掌握交流参数的测试方法 三表法 2 掌握感性负载功率因数提高的方法和实际意义 3 了解日光灯电路的基本原理 并学会日光灯电路的正确连接和使用 4 掌握正确使用交流电流表 电压表 功率表的方法 二预习要求 1 复习交流串并联电路中电压和电流的相量关系及提高功率因数的意义和方法 2 熟悉日光灯电路的组成及工作原理 3 熟悉交流电压表 电流表 功率表的使用 三实验原理 1 三表法测交流电路的等效参数正弦交流激励下的等效参数 阻抗值 可以用交流电压表 交流电流表及功率表 分别测量出元件两端的电压U 流过该元件的电流I和它所消耗的功率P 如图1所示 然后通过计算得到所求的等效参数 这种方法称为三表法 根据交流电路的欧姆定律 可以有 阻抗的模 Z 电路的功率因数 cos UI等效电阻 R I2 Z cos 等效电抗 X Z sin 对于感性元件 X XL 2 fL对于容性元件 X Xc 2 fC 2 交流电路中的功率因数及改善 1 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 cos P S UI P UIcos 其中 为电路的总电压与总电流之间的相位差 2 功率因数提高的实际意义功率因数的大小关系到电源设备容量的利用率和输电线路能量的消耗 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 1 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 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 2 交流电路中的功率因数及改善 3 功率因数提高的方法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 如图2所示 并联电容 以后 对于原电路所加的电压和负载参数均未改变 但由于Ic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 减小 即功率因数cos 得到提高 电感负载所需的无功功率大部分或全部由电容器供给 使供电系统的能量得到充分利用 镇流器作用 a 在灯管启辉瞬间产生一个比电源电压高的多的自感电压帮助启辉 b 限制日光灯的工作电流 启辉器作用 在电路中起自动开关作用 电容是防止灯管启辉时对无线电干扰 1 日光灯电路的组成日光灯由灯管 启辉器和镇流器组成 如图3所示 3 日光灯电路的工作原理 2 日光灯电路的工作原理 日光灯管的工作原理 当灯管两端加上高压时 管内水银蒸气游离放电 发出弧光 弧光中的紫外线射到管壁荧粉上 使它受到激励而发光 日光灯管的工作特性如图4所示 由图可见日光灯管在开始游离放电时需要足够高的电压 正常工作时灯管两端电压较低 日光灯电路的工作过程 当接通电源瞬间 电源电压都加在启辉器光管的两电极之间 使 U 型的双金属片接通 这时日光灯的灯丝通过电极与电源构成一个闭合回路 同时 启辉器接通后电极间电压为零 启辉器停止放电 倒 U 型双金属片冷却 在此瞬间回路中的电流突然断电 于是镇流器两端产生一个比电源电压高得多的感应电压连同电源电压一起加在灯管两端 使管内水银蒸气游离放电 发出弧光 管壁荧粉受到弧光激励而发光 四实验任务 1 设计一RL串联交流电路 实验参考线路图如下 测量以下参数 总电压 总 电感上的电压 rL 电阻R上的电压 R RL串联支路中的电流I 总功率P 并计算出实验电路中的各部分参数 将数据填入表1中 实验线路的连接 1 在实验台中找出对应的源 元件及测量工具 函数信号源的使用 交流电压表的使用 交流电流表的使用 函数信号源 交流电压表 交流电流表 实验线路的连接 功率表组成的三个关键部分 a 具有不同量限电流线圈 测量时应与负载串联 b 具有不同量限的电压线圈 测量时应与负载并联 c 同名端 为了不使功率表的指针反向偏转 在电流线圈和电压线圈的一个端钮上都标有 标记 称为同名端 功率表的使用 功率表 功率表的连接 a 将标有 标记的两个同名端钮接在一起 接到电源的同一端 b 电流线圈的另一端串接至负载端 电压线圈另一端则并联至负载的另一端 图6是功率表在电路中的连接示意图 功率表的使用 功率表量程的选择 电感和电阻元件的取用 功率表 电感和电阻元件 2 实验线路连接方法说明 3 实验线路连接示范 实验中注意点 1 交流电路实验先接线 后调节电源 调节电源前检查电源幅度调节旋钮是否归零 2 改接实验线路或实验完毕 先将电源幅度调节旋钮归零 再断电源 3 开启函数电源开关前 合理的选择交流电压表 50V 交流电流表 200mA 和功率表 50V 0 4A 的量程 3 函数电源频率和幅度的正确调节 频率 200HZ 幅度 18V 4 数据采集点说明 2 设计一日光灯电路 观察日观灯的起辉情况 要求 将可变电容箱与日光灯支路并联 改变电容值 使电路的性质从感性负载变为谐振状态后再改变到容性负载 每改变一次电容C 测出相应的 总 R rL I总及P值并计算功率因数 将数据填入表2中 实验线路的连接 1 在实验台中找出对应的源 元件及测量工具 单相可调电压源的使用 日光灯电路的组成以及线路连接说明 电容的调节与连接说明 2 实验线路的连接方法与连接示范 单相交流可调电源 日光灯元件 电容元件 日光灯实验线路连接示范 4 采集的数据分布情况 实验中电路工作特点为并联谐振 测量数据的特征为I总先由大变小 再由小变大 总 R rL及P值保持不变 实验中注意点 2 单相可调电压源幅度的正确调节 幅度 220V 在电压达到190V附近 日光灯开始启动 3 日光灯的启动电流较大 启动时要注意电流表及功率表电流线圈的量程 以免损坏仪表 1 开启单相可调电压源开关前 合理的选择交流电压表 250V 交流电流表 1A 和功率表 500V 0 4A 的量程 五实验总结 1 将实验数据整理并列表记录 加以分析 2 观察当并联电容值变化时 总电流I的变化情况 并分析其原因 3 根据实验所得数据 计算日光灯的近似值 镇流器的电感值与电阻值 功率因数和阻抗 4 通过实验现象及实验数据说明提高功率因数的意义 5 为何采用并联电容来提高功率因数 串联电容行不行 为什么 6 一般在使用仪表测量时都要选择合适的量程 在使用功率表测量交流电路功率时 应根据什么值来选择它的量程 在实验中 随者并联电容逐渐增大 虽然总功率没有变化 但功率表电流线圈的量程可能需要改变才能继续测量 为什么 六注意事项 1 严格遵守电工实验安全操作条例 2 交流电路实验先接线 后调节电源 线路连接好后 开启电压源开关前 先将电源幅度调节旋钮调整到零位 实验中 输出电压从零开始逐渐升高 改接实验线路或实验完毕 先将电源幅度调节旋钮调回零位 再断电源 3 功率表要正确接入电路 并且要有电压表和电流表监测 使两