电路实验交流阻抗参数的测量和功率因数

1、东南大学电工电子实验中心实 验 报 告课程名称:电路实验第 1 次实验实验名称:交流阻抗参数的测量和功率因数的改善 院 (系 :专 业:电类姓 名:学 号:实 验 室 : 103 实验组别:同组人员:实验时间:2010年 11月 19日 评定成绩:审阅教师: 交流阻抗参数的测量和功率因数的改善一、 实验目的1、 学习测量阻抗参数的基本方法,通过实验加深对阻抗概念的理解; 2、 掌握电压表、 电流表、 功率表和单相自耦调节器等电工仪表的正确使用方法。二、 实验原理1. 三电压表法原理:用电路的相量图法测量并计算交流阻抗参数:相对于电路串联部分的电流相量,根据 VCR 确定串联部分有关电压相量与电

2、流相量之间的夹角, 再根据回路上的 KVL 方程, 用相量 平移求和的法则, 得到回路上各电压相量所组成的多边形。 这样就可以用几何关系计算图中 的几何参数得到与其相对应的电路参数。 2. 三表法原理:1电表的使用方法:电压表电流表测量值为有效值;功率表测量值为平均功率。 2被测参数之间的关系: 2cos cos U z IP IUPr z I =sin 1x z x L w C xw=3. 功率因数的改善原理:1 平均功率、有功功率的概念; 2 功率因数的概念及其含义;3 通过对感性电路并联电容提高功率因数:电容的无功功率补偿电感吸收的部分无功功率,提高能量的利用率;4 控制变量研究并联的电

3、容大小与功率因数的关系。三、 实验内容1、三电压表法测量电路如图 1所示, Z 1=10+L(114mH , Z 2=100+C(10uF ,按表 1的内容测量和 计算。 50HzR 0Z =r+jX01,2Z1UrU I(a 测量电路 (b 相量图 图 1 三电压表法表 1三电压表法分析:1 误差计算:100%4.57% 26-=100%5.88% 114-=100%1.24% 10-=2 误差分析:(1 由误差分析知道:电感测量误差相对较大,而电容的测量较准确;因为测量过 程中,电路发热增加,使得电感自身性质发生改变,导致测量值偏离理论值。 (2 自耦变压器的旋钮十分敏感,电压表示数甚至会

4、闪烁不定,因此记录数据时可 能带来一定偏差;2、三表法(电流表、电压表、功率表按图 2所示电路接线,将实验数据填入表 2中。Z 1=10+L(114mH , Z 2=100+C(10uF , 50Hz1,2 Z 图 2 三表法表 2 三表法 分析:1 当 Z=Z1时,测得的 r 包含了 10的电阻和电感的内阻,用 I=0.3A和 0.6A 时测量值的平r -+-=,测量误差 为29. 54526100%13. 63%26100%4.51%114-=;可见, 对电容的测量, 用三表法测量误差仍然很大, 原因同三电压表法中的误差分析 (1 。 2 当Z=Z2时 , 电 容 测 量 值 为uF +=

5、, 测 量 误 差 为100%1.85%10-=,可见用三表法测量电容时误差仍然是很小的。综合两种测量电感和电容参数的方法,对电感的测量误差都很大,而对电容的测量误差 都非常小,可见这是由原件自身性质所决定的。电感在测量过程中太容易受温度变化等 因素的影响,而电容是比较稳定的。可见电路呈现容性; 4 当 Z= Z1/Z2时, 1212(1026 (10046.2630.821026100(L C L C jx jx Z Z Z j Z Z j x x +-=+-可见此时电路呈现感性;3、 功率因数的改善仍按图 2接线,并将电容(24F 并联在负载 Z 1两端。首先调节单相自耦调压器,使副方电压

6、等于表 2第二栏中测量出的电压值 (负载为 Z 1时对应 I=0.6A的电压值 , 然后测出 I 、 P ,计算 cos ,将实验数据填入表 3中,并与不接电容前的负载功率因数相比较。表 3 分析:1 与不并电容时测得的功率因数 0.7085相比较,并联电容后功率因数提高了;2 并联电容分别为 10uF 和 24uF 时,功率因数分别提高到了 0.799和 0.906,即并联 24uF比并联 10uF 更能提高功率因数;四、思考题1、为了提高感性阻抗的功率因数,为什么采用的是并联电容而不是串联电容? 答:加电容以提高功率因数的前提是不影响原电路的性能。 并联电容可保证原点电路的 负载两端电压不

7、变, 保证原负载的功率不变, 同时又可以通过电容的无功功率补偿电感的无 功功率使得总的无功功率减小, 而有功功率不变, 因此功率因数得以提高, 提高能量利用率; 倘若用电容串联, 极易改变原负载的状态, 难以兼顾保持原负载状态和提高功率因数的平衡。 2、 “并联电容” 提高了感性阻抗的功率因数, 试用矢量图来分析并联的电容容量 是否越大越好?答: 图 1 图 2 图 3如图所示,CI 为流经电容得电流,I 为原负载的电流, I 为总电流, U 为原负载两端的电压,为原负载的阻抗角, 为并联电容后的电压和总电流的相位差。联电容不断增大的结果,当电容还较小时,电路呈现感性,总电流 I 相位落后电压 U ,如图 1所示。并且随着电容增加,U I-减小,功率因数增大;当电容增加到一定程度,U I=,电路呈现纯电阻的性质,功率因数为 1,如图 2;电容继续增加,此时 U 相位落后 I ,电路呈现容性,U I-为负, |U I-增大, 功率因数减小,如图 3;可见，电容并非越大越好，增大到一定程度后功率因数会开始减小。 3、若改变并联电容的容量，试问功率表和电流表的读数应作如何变化？ 答：因为功率表的测量值为有功功率，而并联电容不改变原来负载两端