正弦穩(wěn)態(tài)交流電路相量的實驗中r值的研究

正弦穩(wěn)態(tài)交流電路相量的實驗中r值的研究[摘要]本文是關(guān)于“正弦穩(wěn)態(tài)交流電路相量的研究”的實驗中r值的研究，討論一下在該實驗中有關(guān)于r值誤差的原因。[關(guān)鍵詞]r值；正弦穩(wěn)態(tài)交流電路；日光燈；功率因數(shù)、誤差、原因；1.研究目的掌握關(guān)于日光燈的基礎(chǔ)知識。理解改善電路功率因數(shù)的意義及方法研究正弦交流電路中r的含義和功率因數(shù)。2.研究正文2.1掌握關(guān)于日光燈的基礎(chǔ)知識圖1圖1日光燈組成電路鎮(zhèn)流器啟輝器燈管電容器1、燈管日光燈管是一根玻璃管，內(nèi)壁涂有一層熒光粉（鎢酸鎂、鎢酸鈣、硅酸鋅等），不同的熒光粉可發(fā)出不同顏色的光。燈管內(nèi)充有稀薄的惰性氣體（如氬氣）和水銀蒸汽，燈管兩端有由鎢制成的燈絲，燈絲涂有受熱后易于發(fā)射電子的氧化物。當(dāng)燈絲有電流通過時，使燈管內(nèi)燈絲發(fā)射電子，還可使管內(nèi)溫度升高，水銀蒸發(fā)。這時，若在燈管的兩端加上足夠的電壓，就會使管內(nèi)氬氣電離，從而使燈管由氬氣放電過渡到水銀蒸氣放電。放電時發(fā)出不可見的紫外光線照射在管壁內(nèi)的熒光粉上面，使燈管發(fā)出各種顏色的可見光線。2、鎮(zhèn)流器鎮(zhèn)流器是與日光燈管相串聯(lián)的一個元件，實際上是繞在硅鋼片鐵心上的電感線圈，其感抗值很大。鎮(zhèn)流器的作用是：①限制燈管的電流；②產(chǎn)生足夠的自感電動勢，使燈管容易放電起燃。鎮(zhèn)流器一般有兩個出頭，但有些鎮(zhèn)流器為了在電壓不足時容易起燃，就多繞了一個線圈，因此也有四個出頭的鎮(zhèn)流器。3、啟輝器啟輝器是一個小型的輝光管，在小玻璃管內(nèi)充有氖氣，并裝有兩個電極。其中一個電極是用線膨脹系數(shù)不同的兩種金屬組成（通常稱雙金屬片），冷態(tài)時兩電極分離，受熱時雙金屬片會因受熱而變彎曲，使兩電極自動閉合。4、電容器日光燈電路由于鎮(zhèn)流器的電感量大，功率因數(shù)很低，在0.5~0.6左右。為了改善線路的功率因數(shù)，故要求用戶在電源處并聯(lián)一個適當(dāng)大小的電容器。5、實際電路圖：鎮(zhèn)流器的作用是：升壓和穩(wěn)壓起輝器的作用是：啟動燈管

圖2實際電路圖2.2改善電路功率因數(shù)的意義及方法2.2.1提高功率因數(shù)的實際意義a.對于電力系統(tǒng)中的供電部分，提供電能的發(fā)電機是按要求的額定電壓和額定電流設(shè)計的，發(fā)電機長期運行中，電壓和電流都不能超過額定值，否則會縮短其使用壽命，甚至損壞發(fā)電機。由于發(fā)電機是通過額定電流與額定電壓之積定額的，這意味著當(dāng)其接入負載為電阻時，理論上發(fā)電機得到完全的利用，因為P=U*I*cos?中的cos?=1；但是當(dāng)負載為干性或容性時，cos?<1,發(fā)電機就得不到充分利用。為了最大程度利用發(fā)電機的容量，就必須提高其功率因數(shù)。b．對于電力系統(tǒng)中的輸電部分，輸電線上的損耗：Pl=RI*I，負載吸收的平均功率：P.=V*I*cos?，因為I=P./V/cos?，所以Pl=R*P./V/cos?（V是負載端電壓的有效值）。圖（3）所示的RC串聯(lián)電路，在正弦穩(wěn)態(tài)信號U激勵下，UR與UC保持有90°的相位差，即當(dāng)R阻值改變時，UR的相量軌跡是一個半圓。U、UC與UR三者形成一個直角形的電壓三角形，如圖（4）所示。R值改變時，可改變φ角的大小，從而達到移相的目的。圖（4）2.3.2、研究設(shè)備（1）交流電壓表（0～500V）（2）交流電流表（0～5A）（3）功率表（4）自耦調(diào)壓器（5）鎮(zhèn)流器、啟輝、日光燈燈管（40W）、電容器（1μF、2.2μF、4.7μF/500V）、白熾燈及燈座、電流插座2.3.3、研究內(nèi)容根據(jù)圖示（5）進行實驗圖（5）日光燈燈管的等效的理想電源R兩端的有功功率為：PA=IUAIr2=P-PA所以cos=P/UIr=(P-IUA)/I2（1）根據(jù)公式（1）可以得出cos和r計算值，填入表中r值和cos值的計算：測量數(shù)值計算值P(W)cosI(A)U(V)UL(V)UA(V)r(Ω)cos啟輝值21.60.610.62183.2116115.0187.090.19正常工作值36.70.560.59220164.2109.5278.300.282功率因數(shù)：電容值測量數(shù)值(μF)P(W)cosU(V)I（A）IL(A)IC(A)0390.462200.370.3701380.542200.310.370.062.2390.702200.250.370.154.7390.892200.190.370.346.9390.682200.240.370.52.2.4、研究小結(jié)a.在計算r的值時，實際元件日光燈燈管是如何轉(zhuǎn)化為理想元件的？這種轉(zhuǎn)化是否合理？答：在計算r的值，正弦交流電路處于穩(wěn)態(tài)，所以日光燈燈管可以看做是個理想原件，相當(dāng)于是一個線性電阻，這種轉(zhuǎn)化在這種情況下是合理的，因為這里其他因數(shù)對實驗的探究沒有很大的影響，所以這是合理的。b.誤差分析：1.儀表精確度2.實驗時測量誤差及讀數(shù)誤差3線路損耗參考文獻[1]百度文庫.《日光燈原理》，《日光燈實驗設(shè)計和功率因數(shù)的提高》.[2]戴偉華.《電工與電工學(xué)實踐教程》北京郵電大學(xué)出版社，2008年6月1日第1版.[