正弦稳态交流电路相量的研究(含数据处理).doc

电路基础实验报告
实验十三 正弦稳态交流电路相量的研究

专业
学号
姓名
实验日期

一、实验目的
1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系
2.掌握日光灯线路的接线。
3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、原理说明
1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,用交流电压表测得回路各元件两端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即

和

2.如图13-1 所示的RC串联电路,在正弦稳态信号的激励下,与保持有90°的相位差,即当阻值Ｒ改变时,的相量轨迹是一个半圆,、与三者形成一个直角形的电压三角形。Ｒ值改变时,可改变φ角的大小,从而达到移相的目的。

图 13-1
3.日光灯线路如图13-2 所示,图中Ａ是日光灯管,Ｌ是镇流器,Ｓ是启辉器,Ｃ是补偿电容器,用以改善电路的功率因数（cosφ值）。

图 13-2

有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

三、实验设备

序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
单相交流电源
0~220V
1

2
三相自耦调压器

1

3
交流电压表

1

4
交流电流表

1

5
功率因数表

1
DGJ-07
6
白炽灯组
15W/220V
2
DGJ-04
7
镇流器
与30W灯管配用
1
DGJ-04
8
电容器
1uf,2.2uf, 4.7µf/450V

DGJ-04
9
启辉器
与30W灯管配用
1
DGJ-04
10
日光灯灯管
30W
1
DGJ-04
11
电门插座

3
DGJ-04

四、实验内容
(1)用两只15W /220V的白炽灯泡和4.7µf/450V电容器组成加图13-1所示的实验电路,经指导老师检查后，接通市电220V电源，将自藕调压器输出调至220V。记录U、UR、UC值 ,验证电压三角形关系。

白炽灯盏数
测量值
计算值
U(V)
UR(V)
UC(V)
U’(V)
φ
2
220
200
84
217
22.8
1
220
213
45
218
11.9

(2)日光灯线路接线与测量

图 13-3
按图13-3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,直到日光灯刚启辉点亮为止,记下三表的指示值。然后将电压调至220Ｖ,测量功率Ｐ,电流Ｉ,电压 等值,验证电压、电流相量关系。

P(W)
cosφ
I(A)
U(V)
UL(V)
UA(V)
启 辉 值
29.9
0.53
0.28
200
149
85
正常工作值
36.5
0.45
0.35
220
175
80

(3)并联电路——电路功率因数的改善
按图13-4组成实验线路

图 13-4
经指导老师检查后,按下绿色按钮开关调节自耦调压器的输出调至220V,记录功率表,电压表读数,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,进行三次重复测量。

电容值
测 量 数 值
计 算 值
(mF)
P(W)
U(V)
I(A)
IL(A)
IC(A)
cosφ
I’(A)
cosf
1
35.5
220
0.30
0.36
0.065
0.52
0.16
0.53
2.2
36.3
220
0.24
0.38
0.15
0.69
0.165
0.69
4.7
36.5
220
0.17
0.39
0.33
0.92
0.166
0.97

五、实验注意事项
1.本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。
2.在接通电源前，应将自藕调压器手柄置在零位上。
3.功率表要正确接入电路,读数时要注意量程和实际读数的折算关系。
4..线路接线正确,日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。

七、实验报告
1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。
误差分析： 1、仪表精确度； 2、读数时存在误差

2.根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基尔霍夫定律。

电压相量图如下：

U

UC

φ

UA
I

U=UA+UC 满足基尔霍夫定律KVL
电流相量图如下：
IC

φ

I
U

IC

IL

I=IC+IL 满足基尔霍夫定律KCL

3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。
意义：功率因数低会导致设备不能充分利用，电流到了额定值，但功率容量还有。而且当输出相同的有功功率时，线路上电流大，I=P/(Ucosj)，线路压降损耗大。
方法：（1）高压传输。
（2）改进自身设备。
（3）并联电容，提高功率因数。