1、实验八 交流电路元件参数测量一 、 实 验 目 的(1)熟 悉 日 光 灯 的 接 线 ， 能 做 到 正 确 迅 速 联 接 电 路 ；(2)通 过 实 验 了 解 功 率 因 数 提 高 的 意 义 ；(3)熟 练 功 率 表 及 功 率 因 数 表 的 使 用 。二 、 实 验 原 理1、 对 于 一 个 无 源 一 端 口 网 络 （ 如 图 8-1）其 吸 收 的 有 功 功 率 为 ： cosUIP其 中 称 为 功 率 因 数 。 功 率 因 数 的 大 小 决 定cos于 电 压 和 电 流 之 间 的 相 位 差 ， 即 一 端 口 网 络 的 等 效 阻抗 Z的 辐 角 。
2、 这 表 明 ， 只 有 u、 i的 同 相 位 分 量 才产 生 有 功 功 率 。有 功 功 率 反 映 了 电 路 消 耗 的 功 率 ， 但 未 反 映 电 路 储 能 元 件 的 能 量 交 换 情 况 。 在 储能 元 件 中 ， 能 量 交 换 的 最 大 速 率 ， 称 之 为 无 功 功 率 。 无 功 功 率 并 非 无 用sinIQ之 功 ， 它 是 各 种 电 气 设 备 建 立 赖 以 工 作 的 交 变 电 磁 场 所 必 需 的 。在 工 农 业 生 产 及 日 常 生 活 中 ， 如 工 矿 企 业 中 用 的 电 动 机 、 家 用 电 器 如 日 光 灯 、
3、 电风 扇 、 洗 衣 机 等 大 都 是 感 性 负 载 。 对 于 感 性 负 载 ， ， 因 而 电0,sin0Q故， 感 元 件 吸 收 无 功 功 率 ， 为 一 无 功 负 载 ； 对 于 容 性 负 载 ， 故 因 而， ,电 容 元 件 输 出 无 功 功 率 ， 为 一 无 功 电 源 。2、 由 于 负 载 多 为 感 性 ， 对 一 定 的 负 载 ， 所 谓 提 高 功 率 因 数 ， 不 是 减 少 它 正 常 工 作 所需 的 无 功 功 率 ， 而 是 在 负 载 方 并 联 一 无 功 电 源 。 例 如 在 感 性 负 载 两 端 并 联 电 容 器 ， 使
4、负载 所 需 要 的 无 功 功 率 从 无 功 电 源 获 得 部 分 补 偿 或 全 部 补 偿 这 样 ， 就 整 个 系 统 来 看 ， 总的 功 率 因 数 提 高 了 ， 减 少 了 总 电 源 供 给 负 载 的 无 功 功 率 ， 减 少 了 线 路 的 电 流 ， 因 而 也 减少 了 由 于 传 输 无 功 功 率 而 在 线 路 上 增 加 的 功 率 损 耗 。 所 以 提 高 功 率 因 数 既 可 以 充 分 发 挥电 源 设 备 的 利 用 率 ， 又 减 少 了 输 电 线 路 的 功 率 损 失 和 电 压 损 失 。 在 实 际 生 产 中 ， 并 不 要求
5、 将 功 率 因 数 提 高 到 1， 因 为 这 样 做 将 大 大 增 加 设 备 费 用 ， 以 致 达 不 到 预 期 的 经 济 效 益 。功 率 因 数 提 高 到 什 么 程 度 为 合 适 ， 应 根 据 具 体 的 技 术 经 济 综 合 指 标 ， 经 过 全 面 比 较 来决 定 。3、 日 光 灯 线 路 及 工 作 原 理日 光 灯 线 路 如 图 8-2所 示 。 由 日 光 灯 管 A， 镇 流 器 L(带 铁 芯 电 感 线 圈 )， 启 动 器 S组 成 。 当 接 通 电 源 后 ， 启 辉 器 内 发 生 辉 光 放 电 ， 双 金 属 片 受 热 弯 曲
6、 ， 触 点 接 通 ， 将 灯丝 预 热 使 它 发 射 电 子 ， 启 动 器 接 通 后 辉 光 放 电 停 止 ， 双 金 属 片 冷 却 ， 又 把 触 点 断 开 ，这 时 镇 流 器 感 应 出 高 电 压 加 在 灯 管 两 端 使 日 光 灯 管 放 电 ， 产 生 大 量 紫 外 线 ， 灯 管 内 壁的 荧 光 粉 吸 收 后 幅 射 出 可 见 的 光 ， 日 光 灯 就 开 始 正 常 工 作 。 启 辉 器 相 当 一 只 自 动 开 关 ，能 自 动 接 通 电 路 (加 热 灯 丝 )和 开 断 电 路 (使 镇 流 器 产 生 高 压 ， 将 灯 管 击 穿
7、放 电 )。 镇日光灯 A镇 流 器 L启 辉 器 S电 容 C交流电源图 8-2 日 光 灯 线 路ZU. I.图 8-1 无 源 一 端 口 网 络流 器 的 作 用 除 了 感 应 高 压 使 灯 管 放 电 外 ， 在 日 光 灯 正 常 工 作 时 ， 起 限 制 电 流 的 作 用 ，镇 流 器 的 名 称 也 由 此 而 来 。 由 于 电 路 中 串 联 着 镇 流 器 ， 它 是 一 个 电 感 量 较 大 的 线 圈 ，因 而 整 个 电 路 的 功 率 因 数 不 高 。负 载 功 率 因 数 过 低 ， 一 方 面 没 有 充 分 利 用 电 源 容 量 ， 另 一 方
8、 面 又 在 输 电 电 路 中 增 加损 耗 。 为 了 提 高 功 率 因 数 ， 一 般 最 常 用 的 方 法 是 在 负 载 两 端 并 联 一 个 补 偿 电 容 器 ， 抵消 负 载 电 流 的 一 部 分 无 功 分 量 。 在 日 光 灯 接 电 源 两 端 并 联 一 个 可 变 电 容 器 ， 当 电 容器 的 容 量 逐 渐 增 加 时 ， 电 容 支 路 电 流 Ic也 随 之 增 大 ， 可 以 抵 消 总 电 流 的 一 部 分 无 功分 量 ， 结 果 总 电 流 逐 渐 减 小 ， 但 如 果 电 容 器 C增 加 过 多 (过 补 偿 )， 总 电 流 又
9、将 增 大 。三 、 实 验 仪 器 及 设 备表 8-1 实 验 仪 器 及 设 备GDDS实验装置 DGJ实验装置序号名称 型 号与规格数量备注序号名称 型 号与规格数量备注1 单 相 交 流电 源0250V 1 1 单 相 交 流电 源0 220V l2 交 流 电 压表JDV-24 1 2 三 相 自 耦调 压 器13 交 流 电 流表JDA-11 1 3 交 流 电 压表l4 交 流 功 率表JDW-32 1 4 交 流 电 流表15 电 容 箱 1 D06 5 功 率 表 16 日 光 灯 实验 单 元1 D04 6 镇 流 器 与 30w 灯 管配 用1DGJ-047 镇 流 器
10、 1 7 电 容 器 1 f、 2.2 f 4 7 f 450vDGJ-058 启 辉 器 8 启 辉 器 与 30w 灯 管配 用lDGJ-049 日 光 灯 灯管20w 19 日 光 灯灯 管30w 110 电 门 插 座 1 10 电 门 插 座 1 DGJ-04四 、 实 验 内 容1、 将 日 光 灯 及 电 容 （ 箱 ） 元 件 按 实 验 图 8-3所 示 电 路 连 接 ， 在 各 支 路 串 联 接 入 电流 表 电 门 插 座 ， 再 将 功 率 表 接 入 线 路 ， 按 图 接 线 并 经 检 查 后 ， 接 通 电 源 ， 电 压 调 至220V。可调交流电源L1
11、23WV* *A S电 容 器 C（取不同值）i iLic、 、 为电流插孔1 2 3图 8-3 日光灯功率因数提高2、 改 变 可 变 电 容 箱 的 电 容 值 ， 先 使 C=0， 记 录 功 率 表 、 电 压 表 读 数 ， 通 过 一 只电 流 表 和 三 个 电 门 插 座 分 别 测 量 三 条 支 路 的 电 流 。 改 变 电 容 值 ， 进 行 重 复 测 量 。表 8-2 实 验 数 据 记 录 表五 、 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 先 将 自
12、 耦 调 压 手 柄 置 在 零 位 上 ；3、 功 率 表 要 正 确 接 入 电 路 ， 功 率 表 的 同 名 端 按 标 准 接 法 联 结 在 一 起 ， 否 则 功 率 表 中模 拟 指 针 表 会 反 向 偏 转 ， 数 字 表 则 无 显 示 。 使 用 功 率 表 测 量 必 须 按 下 相 应 电 压 、 电 流量 限 开 关 ， 否 则 可 能 会 有 不 适 当 显 示 。 读 数 时 要 注 意 量 程 和 实 际 读 数 的 折 算 关 系 ；4、 如 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
13、 好 ；5、 日 光 灯 管 功 率 及 镇 流 器 所 消 耗 功 率 都 随 温 度 而 变 ， 在 不 同 环 境 温 度 及 接 通 电 路 后不 同 时 间 中 功 率 会 有 所 变 化 ；6、 电 容 器 在 交 流 电 路 中 有 一 定 的 介 质 损 耗 ；六 、 预 习 思 考 题1、 参 阅 课 外 资 料 ， 了 解 日 光 灯 的 启 辉 原 理 。2、 在 日 常 生 活 中 ， 当 日 光 灯 上 缺 少 了 启 辉 器 时 ， 人 们 常 用 一 根 导 线 将 启 辉 器 的 两 端短 接 一 下 ， 然 后 迅 速 断 开 ， 使 日 光 灯 点 亮 ；
14、或 用 一 只 启 辉 器 去 点 亮 多 只 同 类 型 的 日 光灯 ， 这 是 为 什 么 ?3、 为 了 提 高 电 路 的 功 率 因 数 ， 常 在 感 性 负 载 上 并 联 电 容 器 ， 此 时 增 加 了 一 条 电 流 支路 ， 试 问 电 路 的 总 电 流 是 增 大 还 是 减 小 ， 此 时 感 性 元 件 上 的 电 流 和 功 率 是 否 改 变 ?4、 提 高 电 路 功 率 因 数 为 什 么 只 采 用 并 联 电 容 器 法 ， 而 不 用 串 联 电 容 器 法 ？ 所 并 联 的电 容 器 是 否 越 大 越 好 ?七 、 实 验 报 告1、 完
15、成 数 据 表 格 中 的 计 算 ， 进 行 必 要 的 误 差 分 析 ；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 ；3、 绘 出 总 电 流 I=f(c)曲 线 ， 井 分 析 讨 论 ：4、 讨 论 改 善 电 路 功 率 因 数 的 意 义 和 方 法 ；测 量 数 值 计 算 值 电 容( f) U(V) I (A) IL(A) IC(A) P（ W） coscos0GDDS：0.1、0.22、0.47、1.0、2.0、4.0、6.0 f电 容取 值 DGJ：1.0、2.2、3.2、4.7、5.7 f UIPCOS备注 GDDS 实验装置不能完成 的 测 量 ， 计 算 即 可 。cos5、 装 接 日 光 灯 线 路 的 心 得 体 会 及 其 他 。
