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    正弦稳态交流电路相量研究实验报告

    时间：2020-09-26 12:05:11 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：稳态 正弦 电路

    　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 4-1

    　RC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，U R 与 U C 保持有 90º 的相位差，即当

    　R 阻值改变时，U R 的相量轨迹是一个半园。U、U C 与

    　U R 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、U R 、U C 值，验证电压三角形关系。

    　表 4-1

    　验证电压三角形关系

    　 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，U L ，U A 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)

    　U L (V)

    　U A (V)

    　启辉值

    　正常工作值

    　48.8

    　0.54

    　0.393

    　237.7

    　184.7

    　102.1

    　 测

    　量

    　 值

    　计

    　 算

    　值

    　U（V）

    　U R （V）

    　U C （V）

    　U′（与 U R ，U C 组成 Rt△）

    　（U′=22C RU U  ）

    　△U = U′－U（V）

    　△U/U（%）

    　240.3

    　234.1

    　51.4

    　 239.6

    　 0.62

    　 0.26

    　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

    　 五．实验数据的处理

    　 1 1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。

    　电容值

    　测

    　量

    　 数

    　值

    　(μF)

    　P(W)

    　COSφ

    　U(V)

    　I（A）

    　I L (A)

    　I C (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

    　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 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=U A +U C

    　 满足基尔霍夫定律 KVL

    　电流相量图如下：

    　I=I C +I L

    　 满足基尔霍夫定律 KCL

    　3 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 /( U cos j )，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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