电感性负载电路及功率因数的提高试验.doc

电感性负载电路及功率因数的提高一实验目的1 掌握正弦交流电路中电压、电流的相量关系。2 了解电感性负载并联电容器提高功率因数的原理，从而认识提高功率因数的意义。3 学习用实验方法求取线圈的参数。4 学习功率表的正确使用方法。二实验原理 1电源设备的容量是视在功率SUI，而其输出的有功功率P为UIcos,为了充分利用电源设备的容量，就要求提高电路的功率因数；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就越小，在输电线路电阻上消耗的功率也就越小，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、照明用的日光灯等。本实验用变阻器R与带铁心线圈（、L）相串联，模拟电感性负载，如图3.1（开关S未合上）所示。 图3.1 电阻及电感串联电路 图3.2电感性负载并C后各电流的相量图一般电感性负载功率因数较低，通常用并联适当的补偿电容器来提高电路的功率因数。并联电容后，虽然电感性负载支路的电流不变，但这个感性电流与电容支路的容性电流相补偿，使电路总电流可以减小，功率因数可以提高。图4.3.2是由电感性负载并联电容后（图3.1中开关S己合上），各电流的相量图（以为参考相量）。 如果感性负载电路的功因率数从提高到则所需并联电容器的电容值可按下式计算： 式中，U电源电压（V），P电路消耗的有功功率（W）。本实验中电容器采用电容箱，其示意图3.3。为使用方便每个电容连接一个开关，几个电容并联后，其总电容为各电容值之和。图3.3电容箱示意图 2本实验测量电流时，借用辅助设备电流插座和插头，如图4.3.4所示。三路电流插座是独立的，见图4.3.4（a），可分别接入被测电流支路，电流插头与一个电流表相接，见图4.3.4（b），当需测量某一支路电流时，可用电流插头插入电流插座的两接触铜片间，电流就流经电流表而测得所需支路电流。（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 3功率的测量，采用电动式单相功率表（其原理见有关教材），它是多量程的，一般有三档或四档电压量程，两档（串联或并联）电流量程。使用时应根据被测电路中电流及电压的大小，分别选用合适的电流、电压量程，不能根据功率大小来选择。由于功率表是多量程的，所以它的标度尺上只标有分格数，当选用不同的电流和电压量程时，每一分格代表不同的瓦特数。为此，在使用功率表时，要注意被测量的实际值与指针示值之间的换算关系。假定测量时功率表指针读数为X（格），则被测实际功率的数值（单位为W）为：PCX其中C为功率表的分格常数，单位是W格式中功率表标度尺的满刻度格数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）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4.3.5（a）、（b）；4.3.5（c）为错误接法，其中有一个线圈反接，指针将反向偏转。（a） (b) (c)图3.5 功率表电流和电压线圈同各端的接线方法（a）功率表电压线圈前接 (b)功率表电压线圈后接 (c)错误接法具体测量时，功率表的电压线圈两端接测试笔，电流线圈应串接入电流插头，如图4.3.6所示，并辨清那根引线为电流线圈的同名端，以保证电流线圈与电压线圈的“”端接在一起如图4.3.6。 图3.6功率表的具体使用方法本实验的电感性负载支路由两个元件串联组成。当电流线圈插入该支路的插片中，而电压线圈的两根测试笔接于电感线圈两端时，功率表指针偏转值为电感线圈所消耗的功率；当两测试笔跨接在电阻R两端时，功率表指示的读数，即为R消耗的功率。用功率表测量功率时，相当于同时在电路中接入电压表和电流表，因此它们的内阻会影响测量的准确度。功率表的电压线圈一般要取用几十毫安的电流，为了减小测量误差，对高阻抗负载（本实验电容容抗较大），电压线圈支路分流影响大，所以，电压线圈应接在电流线圈之前，称前接，如图3.5（a），对于低阻抗负载，电流线圈上压降影响大，电压线圈应后接，如图3.5（b）。三实验仪器和设备电感线圈（200500mH）、电阻器（100，2A）、电容器（032F，250V）、交流电压表（0250500V）、交流电流表（12A）、单相功率表（075150300V，0.51A）、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8F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R100，线圈阻抗Z150，电源电压为127V，选择电流表的量程。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。4图3.7中并联电容后、是否改变？如果改变，是变大还是变小？为什么？六实验总结报告1根据实验步骤3 所得数据，计算出表4.3.4中列所列各项计算值，并填入表中。 表4.3.4计算项目R（）r（）L(H)计算值 2根据实验步骤3 、4所得测量值，按比例在坐标纸上画出、及的相量图（以为参考相