正弦稳态交流电路相量的研究实验报告

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 U1. 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

2. 图4-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信

I号U的激励下，UR与UC保持有90º的相位差，即当 URR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

φ移相的目的。

图4-2 相量图 U3. 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。 S A

LC

220V

图4-3 日光灯线路

三、仪表设备及所选用组件箱 序名称 数备注 号 量 1 1 电源控制屏（调压器、日光DG01或GDS-01 灯管） 2 1 交流电压表 D36或GDS-11 3 1 交流电流表 D35或GDS-12 4 1 三相负载 DG08或GDS-06B 5 1 荧光灯、可变电容 DG09或GDS-09 6 起辉器、镇流器、电容、电 DG09或GDS-09 门插座 7 1 功率表 D34或GDS-13

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IRjXcURUc。 图4-1 RC串联电路

ֹ

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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′（与UR，UC组成Rt△） （U′=URUC） 225 239.6 40.3 34.1 1.4 2. 日光灯线路接线与测量。

0.62 0.26 22UUU（V） R（V） C（V） △U = U′－U（V） △U/U（%）

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 P(CoI(U(ULU测 量 值 W) sφ A) V) (V) A(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。

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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 电容测 量 数 值 值 (μFPCOU(V) IL(A) IC(A) I（A） ) (W) Sφ 40 0.54 237.6 0.39 0.48 0.10 9.3 31 0.31 238.4 0.46 0.55 0.06 9.9 62.2 0.55 236.2 0.47 0.57 0.12 0.0 64.7 0.56 236.8 0.69 0.78 0.11 3.7 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 U φ

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UI

U=UA+UC 满足基尔霍夫定律KVL 电流相量图如下：

I

φ I U

I

I

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/(Ucos)，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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