正弦稳态交流电路相量的研究实验报告.doc
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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4-3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）
1
DG01或GDS-01
2
交流电压表
1
D36或GDS-11
3
交流电流表
1
D35或GDS-12
4
三相负载
1
DG08或GDS-06B
5
荧光灯、可变电容
1
DG09或GDS-09
6
起辉器、镇流器、电容、电门插座
DG09或GDS-09
7
功率表
1
D34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（%）
240.3
234.1
51.4
239.6
0.62
0.26
2.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日光灯线路
测量值
P（W）
Cosφ
I（A）
U（V）
UL（V）
UA（V）
启辉值
正常工作值
48.8
0.54
0.393
237.7
184.7
102.1
3.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）
COSφ
U（V）
I（A）
IL（A）
IC（A）
0
49.3
0.54
237.6
0.39
0.48
0.10
1
39.9
0.31
238.4
0.46
0.55
0.06
2.2
60.0
0.55
236.2
0.47
0.57
0.12
4.7
63.7
0.56
236.8
0.69
0.78
0.11
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：
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：
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。
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