无功补偿与功率因数的提高.doc
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电气工程学院
实验名称：
无功补偿与功率因数的提高
课程：
电网络分析
课程号：
101C0340
学期：
2018春夏学期
任课教师：
孙盾
专业：
电气工程及自动化
姓名：
白汉林
学号：
3160103033
日期：
星期三上午
地点：
东3-206桌号A3
实验报告
课程名称：
电网络分析指导老师：
孙盾成绩：
__________________
实验名称：
无功补偿与功率因数的提高实验类型：
探究型
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求
1、了解用电系统中进行无功补偿的原因和意义；
2、熟悉荧光灯电路的组成、工作原理，掌握并联电容进行无功补偿的原理；
3、通过实验学习功率因数提高的方法；
4、探讨系统谐波对无功补偿的影响；
5、学习测量数据的处理，了解有理经验公式的求取方法。
二、实验内容和原理
实验内容：
1、分别测量
（1）镇流器
（2）灯管（3）两者串联的消耗功率及其功率因数
2、保持日光灯两端电压不变的条件下测定电流I、功率P、功率因数cosφ与电容C的关系；
3、做出I、P、cosφ和电容C的关系曲线；
4、用P－C曲线求单位电容的等效电导g；
5、在分析I－C曲线的基础上，求I2－C曲线的有理经验公式（Matlab曲线拟合）；
6、如何推算电网的三次谐波分量的大小？
7、如何推求整个日光灯负载的入端等效阻抗？
8、计算等效阻抗的传递误差。
实验原理：
当电网电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积，即：
P=U×I。
电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q。
此时电流滞后电压一个角度φ。
在选择变配电设备时所根据的是视在功率S，即有功功率和无功功率的矢量和：
无功功率为:
有功功率与视在功率的比值为功率因数:
cosf=P/S
无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。
故需对其进行就近和就地补偿。
并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。
当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时，电网只传输有功功率P。
根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。
如果选择电容器功率为Qc，则功率因数为：
cosφ=P/（P^2+（QL-Qc）^2）^1/2
本实验主要利用DG09操作台与日光灯管等器件，通过各电表的监控检测，探究无功补偿与功率因数的提高。
三、主要仪器设备
1.MY61万用表
2.DG09；
3.交流工频电源；
4.交流电压表、电流表；
5.功率表。
四、操作方法和实验步骤
1、电容C暂时不接入电路，连接线路，点亮日光灯；
2、第一次通电前，要求自耦变压器输出起始为0，接通电源后，调节旋钮增大输出电压，要求用交流电压表监测端电压（灯管＋镇流器两端的电压），当电压达到180V左右，起辉器开始动作，日光灯有闪亮。
日光灯点亮之后，调节输出电压到220V，保持不变。
此后实验过程中，可直接切断或接通电源，不需要再调节自耦变压器；
3、如果不亮，进行线路检查：
日光灯管和起辉器接触是否完好；
4、在日光灯启动过程中，因为电流冲击，仪表量程要选择足够的余量，记录数据时，应改变合适的量程读取数据。
日光灯管是非线性器件，需要点亮数后待数据显示趋于稳定后，再读取记录实验数据。
5、电容器C并联接入电路，其数值从0开始逐步增加，直到最大值8µF左右，增加的步长应根据功率因数的变化进行调整，最大不应超过1µF，实验过程中可根据电流表的示数变化来判断。
在功率因数较高（即电流值小or大？
）的时候，需要多取测量数据点。
五、实验数据记录和处理
镇流器与灯管
U（V）
I（A）
P（W）
cosφ
镇流器
220.0
0.370
5.63
L0.08
灯管
220.0
0.371
29.87
C0.80
二者串联
220.0
0.372
35.95
L0.43
日光灯电路
电容C（μF）
U（V）
I（mA）
P（W）
cosφ
0.47
219.9
347
37.97
L0.46
1
220.1
313
35.98
L0.52
1.47
220.1
281
35.56
L0.58
2
220.2
262
36.59
L0.63
2.2
220.4
255
37.00
L0.66
2.47
220.2
244
36.95
L0.69
2.67
220.4
238
37.20
L0.71
3.2
220.1
214
37.48
L0.79
3.67
220.4
203
37.62
L0.84
4.2
219.9
191
37.84
L0.90
4.4
220.2
190
38.11
L0.91
4.67
220.0
187
37.92
C0.93
4.87
220.2
190
38.32
C0.92
5.4
220.4
195
38.41
C0.89
5.87
219.9
204
38.64
C0.85
6.4
220.3
223
38.91
C0.78
6.6
219.8
228
39.11
C0.76
6.87
220.0
240
39.12
C0.73
7.07
220.0
250
39.15
C0.70
7.6
220.0
280
39.45
C0.63
8.07
219.9
301
39.87
C0.58
8.6
220.2
334
40.25
C0.53
9.07
219.9
357
40.55
C0.50
六、实验结果与分析
1.P-C关系曲线如下图所示：
曲线拟合成的函数为：
y=0.5366x+35.55
忽略电流表带来的功率误差，则有P=aC+P0，a=gU2
由P-C线性拟合结果：
y=0.5366x+35.55
可求得：
等效电导g=1000000*0.5366/2202=11.09S/F
2.下图为I-C曲线：
拟合曲线函数式为：
y=0.008896x2-0.08307x+0.3883为二次函数关系
3.下图为I^2-C曲线：
拟合曲线函数式为：
y=0.004754x2-0.04425x+0.1384，成二次函数关系
因此，可以求得最佳补偿电容C0=0.04425/（2*0.004754）=4.654μF
4.下图为cosφ-C曲线：
5.推算三次谐波
本次实验的三次谐波U32=（a-（g2+ω2）*U2）/8ω2，所以U3=72.33V，U1=207.77V
6.整个日光灯负载的入端等效阻抗及传递误差的计算
R0=P/I2=259.78ΩZ=U/I=591.40ΩX0=sqrt（R02+Z2）=18.21Ω
dR0=sqrt（（0.01*1/I2）2+（0.005*2PI-3）2）=6.98Ω
dX0=sqrt（（0.01*1/2X0*2P/I4）2+（0.005*1/2X0*2U/I2）2+（0.005*1/2X0*（2UI-3+4P2I-3）2）=0.49
所以，Z=（259.78±6.98）+j（18.21±0.49）
七、讨论、心得
本次实验难度并不大，但是很有收获。
这次实验使我了解了用电系统中进行无功补偿的原因和意义，熟悉荧光灯电路的组成、工作原理和连接，掌握并联电容进行无功补偿的原理，了解了功率因数提高的方法和意义。
在后期实验数据处理的过程中我还熟悉了用软件拟合曲线的过程，收益颇丰。
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