8、正弦稳态交流电路相量的研究 3页

正弦稳态交流电路相量的研究 ‎ （1） 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RC、RL、LC、RLC串联电路的相量轨迹及其应用。 ‎③ 学习日光灯工作原理，掌握其线路的接线。 ‎④ 了解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 ‎ （2） 实验方法 ‎① 由基尔霍夫电压、电流定律可知： ‎ (2-49)‎ 和 ‎  (2-50)‎ ‎② 如图2-40所示的ＲＣ串联电路，在正弦稳态信号的激励下，与保持有 90°的相位差，即当阻值Ｒ改变时，的相量轨迹是一个半圆，,与三者形成一个直角形的电压三角形。Ｒ值改变时，可改变角的大小，从而达到移相的目的。‎ ‎③ 在日常的用电设备中，用电负载多为感性负载，其功率因数较低，通常可通过在负载端并接电容器的方法来提高功率因数。原理是用电容器存储的电量来补偿感性负载的无功电流，使总电流减小，同时电源电压与总电流的相位差减小，从而提高了功率因数。电路如图2-41所示。‎ ‎ （3） 实验仪器 ‎① 交流电压、电流表、功率表、功率因数表；‎ ‎② 调压器；‎ ‎③ 日光灯镇流器、电容器400Ｖ／4μＦ；‎ ‎④ 30W日光灯；20Ｗ220Ｖ白炽灯。‎ ‎ （4） 实验内容 ‎① 如图2-41所示的实验电路，调节调压器输出至220Ｖ，验证电压三角形关系。数据填入表2-38。‎ 表2-38 日光灯实验数据 测 量 值 计 算 值 U(V)‎ UR(V)‎ UC(V)‎ U(UR, UC 组成RtD)‎ DU DU/U 图2-40 RC串联电路 ‎(a) (b)‎ 图2-41 日光灯测试电路 ‎② 日光灯安装与测量 如图2-41所示的实验电路，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增加，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至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。数据填入表2-39。‎ 表2-39 日光灯实验数据 测 量 数 值 计 算 值 P(W)‎ I(A)‎ U(V)‎ UL(V)‎ UA(V)‎ cosj r(W)‎ 启 辉 值 正常工作值 ‎③ 功率因数的改善 我们通过并联电容器来提高功率因数。按图2-42组成实验线路。调节自耦调压器的输出至220Ｖ，记录功率表，电压表，电流表的读数。改变电容值，进行三次重复测量。数据记入表2-40。‎ ‎ （5） 实验要点 ‎① 功率表要正确接入电路，读数时要注意量限和实际读数的折算关系。 ‎② 线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查日光灯、启辉器是否有故障？‎ ‎③ 测功率因数实验时，电流表可以用一个。‎ ‎ （6） 预习与解答 ‎① 了解日光灯的工作原理，镇流器、启辉器的作用是什么？‎ ‎② 在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一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；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 说明用并联电容器来提高功率因数的原理与计算方法。‎ 表2-40 功率因数实验数据 电容值 测 量 数 值 计 算 值 ‎(mF)‎ P(W)‎ U(V)‎ I(A)‎ IC(A)‎ I′(A)‎ cosf 图2-42　　功率因数测试电路 ‎ （7） 实验要求 ‎① 对实验数据进行计算，并做误差分析。 ‎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 改善电路功率因数的意义和方法是什么？