2009 實驗3 日光燈電路及功率因數(shù)的提高

PAGEPAGE3實驗四交流電路的研究一、實驗?zāi)康?、學(xué)會使用交流數(shù)字儀表（電壓表、電流表、功率表）和自耦調(diào)壓器；2、學(xué)習(xí)用交流數(shù)字儀表測量交流電路的電壓、電流和功率；3、學(xué)會用交流數(shù)字儀表測定交流電路參數(shù)的方法；4、加深對阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。5、研究提高感性負(fù)載功率因數(shù)的方法和意義；二、實驗原理1、交流電路的電壓、電流和功率的測量正弦交流電路中各個元件的參數(shù)值，可以用交流電壓表、交流電流表及功率表，分別測量出元件兩端的電壓U，流過該元件的電流I和它所消耗的功率P，然后通過計算得到所求的各值，這種方法稱為三表法，是用來測量50Hz交流電路參數(shù)的基本方法。計算的基本公式為：電阻元件的電阻：或電感元件的感抗，電感電容元件的容抗，電容串聯(lián)電路復(fù)阻抗的模，阻抗角其中：等效電阻 ，等效電抗在R、L、C串聯(lián)電路中，各元件電壓之間存在相位差，電源電壓應(yīng)等于各元件電壓的相量和，而不能用它們的有效值直接相加。圖3-1電路功率用功率表測量，功率表（又稱為瓦特表）是一種電動式儀表，其中電流線圈與負(fù)載串聯(lián)，（具有兩個電流線圈，可串聯(lián)或并聯(lián)，以便得到兩個電流量程），而電壓線圈與電源并聯(lián)，電流線圈和電壓線圈的同名端（標(biāo)有*號端）必須連在一起，如圖3-1所示。本實驗使用數(shù)字式功率表，連接方法與電動式功率表相同，電壓、電流量程分別選500V和圖3-12、提高感性負(fù)載功率因數(shù)的研究供電系統(tǒng)由電源（發(fā)電機(jī)或變壓器）通過輸電線路向負(fù)載供電。負(fù)載通常有電阻負(fù)載，如白熾燈、電阻加熱器等，也有電感性負(fù)載，如電動機(jī)、變壓器、線圈等，一般情況下，這兩種負(fù)載會同時存在。由于電感性負(fù)載有較大的感抗，因而功率因數(shù)較低。若電源向負(fù)載傳送的功率，當(dāng)功率P和供電電壓U一定時，功率因數(shù)越低，線路電流I就越大，從而增加了線路電壓降和線路功率損耗,若線路總電阻為，則線路電壓降和線路功率損耗分別為和；另外，負(fù)載的功率因數(shù)越低，表明無功功率就越大，電源就必須用較大的容量和負(fù)載電感進(jìn)行能量交換，電源向負(fù)載提供有功功率的能力就必然下降，從而降低了電源容量的利用率。因而，從提高供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和供電質(zhì)量，必須采取措施提高電感性負(fù)載的功率因數(shù)。通常提高電感性負(fù)載功率因數(shù)的方法是在負(fù)載兩端并聯(lián)適當(dāng)數(shù)量的電容器，使負(fù)載的總無功功率Q＝QL－QC減小，在傳送的有功率功率P不變時，使得功率因數(shù)提高，線路電流減小。當(dāng)并聯(lián)電容器的QC＝QL時，總無功功率Q＝0，此時功率因數(shù)＝1，線路電流I最小。若繼續(xù)并聯(lián)電容器，將導(dǎo)致功率因數(shù)下降，線路電流增大，這種現(xiàn)象稱為過補(bǔ)償。負(fù)載功率因數(shù)可以用三表法測量電源電壓U、負(fù)載電流I和功率P，用公式計算。本實驗的電感性負(fù)載用鐵心線圈，（日光燈鎮(zhèn)流器）電源用220V交流電經(jīng)自耦調(diào)壓器調(diào)壓供電。三．實驗設(shè)備1．交流電壓表、電流表、功率表（在控制屏）2．自耦調(diào)壓器（輸出可調(diào)的交流電壓）3．NEEL—17（或EEL—52、EEL—55或MEEL—001、MEEL—02）—30W鎮(zhèn)流器，630V/4.3μF電容器，電流插頭，40W/220V白熾燈，30W日光燈四．實驗內(nèi)容1．測量日光燈電路日光燈電路如圖3-2所示，功率表的連接方法見圖3-1，交流電源經(jīng)自耦調(diào)壓器調(diào)壓后向負(fù)載日光燈供電。將電壓U調(diào)到220V，測量日光燈管兩端電壓UR、鎮(zhèn)流器電壓URL和總電壓U以及電流和功率，并記入自擬的數(shù)據(jù)表格中。2．提高感性負(fù)載功率因數(shù)實驗圖3-2按圖3-2組成實驗電路經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后，按下按鈕開關(guān)，調(diào)節(jié)自耦變壓器的輸出電壓為220V，記錄功率表、功率因數(shù)表、電壓表和電流表的讀數(shù)，接入電容，從小到大增加電容值，記錄不同電容值時的功率表、功率因數(shù)表、電壓表和電流表的讀數(shù)，并記入表3-1中。實驗中用電流取樣插頭測量三個支路的電流。在實驗過程中，一直要保持負(fù)載電壓U2圖3-2注意：日光燈啟動時電流較大（約0.6A），工作時電流約為0.37A，注意儀表量程選擇。表3-1提高感性負(fù)載功率因數(shù)實驗數(shù)據(jù)C(μF)P（W）U（V）UC（V）UL（V）UA（V）I（A）IC（A）IL（A）cos0無無同I0.47同上同上同U同上同上同上1同上同上同上同上同上同上1.47同上同上同上同上同上同上2.2同上同上同上同上同上同上2.67同上同上同上同上同上同上3.2同上同上同上同上同上同上3.67同上同上同上同上同上同上4.3同上同上同上同上同上同上4.77同上同上同上同上同上同上5同上同上同上同上同上同上6.47同上同上同上同上同上同上溫馨提示：電容電流IC與電容成正比應(yīng)改接用另一條線路測量電容電流；總電流I從大到小然后從小到大變化；功率因數(shù)cos從小到大然后從大到小變化,最大的功率因數(shù)對應(yīng)最小的總電流。特別強(qiáng)調(diào)：交流電源應(yīng)先接功率表、功率因數(shù)表,再接總電流表,然后到整流器和燈光。自耦調(diào)壓器在接通電源前，應(yīng)將其手柄置在零位上；調(diào)節(jié)時，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)，使其輸出電壓從零開始逐漸升高，直至220V，再接到日光燈電路中，以免燒毀日光燈管。換接電路前，應(yīng)先將自耦調(diào)壓器應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)到零，保證人身及設(shè)備安全。做完實驗后，應(yīng)先將自耦調(diào)壓器應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)到零，再拆線，保持良好的用電道德。五．實驗注意事項1．通常，功率表不單獨使用，要有電壓表和電流表監(jiān)測，使電壓表和電流表的讀數(shù)不超過功率表電壓和電流的量程；2．注意功率表的正確接線，上電前必須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查；3．自耦調(diào)壓器在接通電源前，應(yīng)將其手柄置在零位上，調(diào)節(jié)時，使其輸出電壓從零開始逐漸升高。每次改接實驗負(fù)載或?qū)嶒炌戤?，都必須先將其旋柄慢慢調(diào)回零位，再斷電源。必須嚴(yán)格遵守這一安全操作規(guī)程。六．預(yù)習(xí)與思考題1．自擬實驗所需的表格；2．參閱課外資料，了解日光燈的電路連接和工作原理；3．當(dāng)日光燈上缺少啟輝器時，人們常用一根導(dǎo)線將啟輝器插座的兩端短接一下，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，這是為什么？4．了解功率表的連接方法；5．了解自耦調(diào)壓器的操作方法。6．電感性的負(fù)載為什么功率因數(shù)較低？負(fù)載較低的功率因數(shù)對供電系統(tǒng)有何影響？為什么？7．為了提高電路的功率因數(shù)，常在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，此時增加了一條電流支路，試問電路的總電流是增大還是減??？此時感性負(fù)載上的電流和功率是否改變？8．提高線路功率因數(shù)為什么只采用并聯(lián)電容器法，而不用串聯(lián)法？七．實驗報告要求1．根據(jù)實驗1的數(shù)據(jù)，計算鎮(zhèn)流器的參數(shù)（電阻R和電感L）；2．根據(jù)實驗2的數(shù)據(jù)，畫出各個電壓和電流的相量圖，說明各個電壓之間的關(guān)系。3．根據(jù)實驗2數(shù)據(jù)，計算出日光燈和并聯(lián)不同電容器時的功率因數(shù)，并說明并聯(lián)電容器對功率因數(shù)的影響。繪制出功率因數(shù)與所并電容的曲線，所并電