正弦稳态交流电路相量的研究实验报告

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1、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，用交流电流表测得各支路的电流值，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。图4-1RC串联电路2.图4-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，UR与UC保持有90º的相位差，即当R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。U、UC与UR三者形成一个直角形的电压三角形，如图4-2所示。R值改变时，可改变φ角的大小，从而达到移相的目的。图4-2相量图3.日光灯线路如图4

2、-3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）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。图4-3日光灯线路三、仪表设备及所选用组件箱序号名称数量备注1电源控制屏（调压器、日光灯管）1DG01或GDS-012交流电压表1D36或GDS-113交流电流表1D35或GDS-124三相负载1DG08或GDS-06B5荧光灯、可变电容1DG09或GDS-096起辉器、镇流器、电容、电门插座DG09或GDS-097功率表1D34或GDS-13四、实验内容1.按图4-1接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7μF/450V。经指

3、导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出(即U)调至220V。记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系。表4-1验证电压三角形关系测量值计算值U（V）UR（V）UC（V）U′（与UR，UC组成Rt△）（U′=）△U=U′－U（V）△U/U（%）240.3234.151.4239.60.620.262.日光灯线路接线与测量。图4-4（1）按图4-4接线。（2）经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。（3）将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U，UL，UA等值，验证电压、电流相量关系。表4-2

4、日光灯线路测量值P(W)CosφI(A)U(V)UL(V)UA(V)启辉值正常工作值48.80.540.393237.7184.7102.13.并联电路──电路功率因数的改善。图4-5（1）按图4-5组成实验线路。（2）经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表、电压表读数。（3）通过一只电流表和三个电流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。也可以直接串入3块交流电流表测量三条支路的电流。数据记入表4-3中。表4-3并联电路──电路功率因数的改善电容值测量数值(μF)P(W)COSφU(V)I（A）IL(A)IC(A)049.30

5、.54237.60.390.480.10139.90.31238.40.460.550.062.260.00.55236.20.470.570.124.763.70.56236.80.690.780.11五．实验数据的处理1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。误差分析：仪表精确度；读数时存在误差;电路温度升高，电阻变大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：UUCφUAIU=UA+UC满足基尔霍夫定律KVL电流相量图如下：ICφIUICILI=IC+IL满足基尔霍夫定律KCL3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。意义：功率因数

6、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：i.高压传输。ii.改进自身设备。iii.并联电容，提高功率因数。4,装接日光灯线路的心得体会及其他i.接线、拆线或改接电路时都必须在首先断开电源开关的情况下进行，严禁带电操作。应养成先接实验电路后接通电源，实验完毕先断开电源后拆实验电路的良好操作习惯。ii.布线要合理安排，走线要清楚，便于接线和检查。iii.实验时，尤其是刚闭合电源，设备刚投入工作，要随时注意设备的运行情况。