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1、實驗八單相交流電路及功率因數的提高一、實驗目的1.研究正弦穩(wěn)態(tài)交流電路中電壓、電流相量之間的關系。2.了解日光燈電路的特點，理解改善電路功率因數的意義并掌握其方法。二、原理說明1.交流電路中電壓、電流相量之間的關系在單相正弦交流電路中，各支路電流和回路中各元件兩端的電壓滿足相量形式的基爾霍夫定律，即Σ?＝0和Σ＝0圖8-1所示的RC串聯電路，在正弦穩(wěn)態(tài)信號U的激勵下，電阻上的端電壓與電路中的電流同相位，當R的阻值改變時，和的大小會隨之改變，但相位差總是保持90°，的相量軌跡是一個半圓，電壓、與三者之間形成一個直角
2、三角形。即=+相位角φ＝acrtg(Uc/UR)改變電阻R時，可改變φ角的大小，故RC串聯電路具有移相的作用。2.交流電路的功率因數交流電路的功率因數定義為有功功率與視在功率之比，即cosφ＝P/S其中φ為電路的總電壓與總電流之間的相位差。交流電路的負載多為感性（如日光燈、電動機、變壓器等），電感與外界交換能量本身需要一定的無功功率，因此功率因數比較低(cosφ＜0.5)。從供電方面來看，在同一電壓下輸送給負載一定的有功功率時，所需電流就較大；若將功率因數提高(如cosφ＝1)，所需電流就
3、可小些。這樣即可提高供電設備的利用率，又可減少線路的能量損失。所以，功率因數的大小關系到電源設備及輸電線路能否得到充分利用。為了提高交流電路的功率因數，可在感性負載兩端并聯適當的電容Ｃ，如圖8-2所示。并聯電容Ｃ以后，對于原電路所加的電壓和負載參數均未改變，但由于的出現，電路的總電流減小了，總電壓與總電流之間的相位差φ減小，即功率因數cosφ得到提高。3.日光燈電路及功率因數的提高日光燈電路由燈管R、鎮(zhèn)流器L和啟輝器S組成，C是補償電容器，用以改善電路的功率因數，如圖8-3所示。其工作原理如下
4、：當接通220V交流電源時，電源電壓通過鎮(zhèn)流器施加于啟輝器兩電極上，使極間氣體導電，可動電極(雙金屬片)與固定電極接觸。由于兩電極接觸不再產生熱量，雙金屬片冷卻復原使電路突然斷開，此時鎮(zhèn)流器產生一較高的自感電勢經回路施加于燈管兩端，而使燈管迅速起燃，電流經鎮(zhèn)流器、燈管而流通。燈管起燃后，兩端壓降較低，起輝器不再動作，日光燈正常工作。三、實驗設備序號名稱型號與規(guī)格數量備注1自耦調壓器0～220V1RTDG012交流電流表0～5A1RTT03-13交流電壓表0～300V1RTT03-14單相瓦特表D34-W或其它1R
5、TT045白熾燈泡40W/220V3RTDG076鎮(zhèn)流器與40W燈管配用1RTDG087啟輝器與40W燈管配用1RTDG088電容器1μF,2.2μF4.7μF/400VRTDG089日光燈燈管40W1RTDG-110電流插座3RTDG08四、實驗內容1.用一只220V，40W的白熾燈泡和4.7μF/450V電容器組成如圖8-1所示的實驗電路，經指導教師檢查后，接通市電，將自耦調壓器輸出調至220V。記錄U、UR、UC值，驗證電壓三角形關系。改變亮燈盞數(即改變R)成并聯電容C之值，重復測量，數據記入表8-1中
6、。表8-1驗證電壓△關系負載情況測量值計算值RCU(v)UR(v)Uc(v)U’(UR,UC組成RtΔ)ΔU?40WR34.7μF40WR24.7Μf40WR12.2μF2.日光燈線路接線與測量。按圖8-3組成線路，經指導教師檢查后接通市電交流220V電源，調節(jié)自耦調壓器的輸出，使其輸出電壓緩慢增大，直到日光燈剛啟輝點亮為至，按表8-2記錄各表數據。然后將電壓調至220V，測量功率P和PR，電流I，電壓U，UL，UR等值，計算鎮(zhèn)流器等值電阻r和等效電感L。表8-2日光燈電路的測量日光燈測量
7、值計算值工作狀態(tài)U(V)I(A)P(W)UR(V)UrL(V)Pr(W)r(Ω)L(H)啟輝狀態(tài)正常工作3.并聯電路──電路功率因數的改善。按圖8-3組成實驗線路。經指導老師檢查后，接通市電，將自耦調壓器的輸出調至220V，記錄功率表，電壓表讀數，通過一只電流表和三個電流插孔分別測得三條支路的電流，改變電容值，進行重復測量。電容值測量數值計算值0P(w)U(v)I(A)IL(A)IC(A)cosФI’Acos’Ф1μF2.2μF3.2μF4.7μF5.7μF6.9μF五、實驗注意事項1.本實驗用交流市電220V
8、，務必注意用電和人身安全。2.功率表要正確接入電路，讀數時要注意量程和實際讀數的折算關系。3.線路接線正確，日光燈不能啟輝時，應檢查啟輝器及其接觸是否良好。六、預習思考題1.參閱課外資料，了解日光燈的啟輝原理。2.在日常生活中，當日光燈上缺少了啟輝器時，人們常用一根導線將啟輝器的兩端短接一下，然后迅速斷開，使日光燈點亮；或用一只啟輝器去點亮多只同類型的日光燈，這是
