实验三 正弦稳态交流电路相量的研究
一、实验目的
1.掌握正弦交流电路中电压、电流相量之间的关系。
2.掌握功率的概念及感性负载电路提高功率因数的方法。
3.了解日光灯电路的工作原理，学会日光灯电路的连接。
4.学会使用功率表。
二、实验原理简述
1.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，它们之间的关系应满足相量形式的基尔霍夫定律，即
和
实验电路为ＲＣ串联电路，如图1—3—1所示，在正弦稳态信号
的激励下，则有：
、
与
相量图为一个直角电压三角形。当阻值
改变时，
与
始终保持着
90°的相位差，所以
的相量轨迹是一个半圆。如图1—3—2所示。从图中我们可知，改变C或R值可改变φ角的大小，从而达到移相的目的。
图1—3—1 图1—3—2
2、日光灯实验电路如图1—3—3（a）所示，（日光灯的工作原理参阅附录3）。日光灯点燃后的等效电路如图1—3—3（b）所示，其中灯管相当于纯电阻负载R，镇流器可用小电阻r和电感L串联来等效。
若用低功率因数表测得镇流器所消耗的功率
，也就是等效电阻r所消耗的功率，又用电流表测得通过镇流器的电流
，则可求得镇流器的等效电阻r。
由于 
则
用万用表的电压档测得镇流器的端电压ULr，则镇流器的等效电感为：
其中：
日光灯灯管R所消耗的功率为
，电路消耗的总功率为
。只要测出电路的总功率P、总电流I和总电压U，就能求出电路的功率因数。
日光灯的功率因数较低，（电容C=0时）一般在0.6以下，且为感性电路，因此往往采用并联电容器来提高电路的功率因数，由于电容支路的电流ÌC超前于电压90°，抵消了一部分日光灯支路电流中的无功分量，使电路总电流
减少，从而提高了电路的功率因数。当电容增加到一定值时，电容电流等于感性无功电流，总电流下降到最小值，此时，整个电路呈现纯电阻性
。若再继续增加电容量，总电流I反而増大了，整个电路呈现电容性，功率因数反而降低。
图1—3—3（a） 图1—3—3（b）
三、实验仪器设备
表1-3-1
四、预习要求
1.复习“电阻、电感与电容元件串联的交流电路”和“功率因数的提高”两章节的内容
2.了解功率表的原理和使用，参阅第二篇有关内容
3.了解日光灯电路的组成和工作原理
4.实验电路的总电压、灯管电压、及镇流器电压
之间存在着什么关系？
5.提高日光灯电路的功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容值是否越大越好？
6.日光灯支路并联电容后，该支路的电流
，和电路的总有功功率P是否改变？
五、实验步骤
1、 RC串联电路电压三角形的测量
（1） 用两只220V、15W的白炽灯泡和4.7µf/450V电容器组成如图1—3—1所示的实验电路，将自耦调压器的输出电压调至220V。测量U、UR、UC值，记入表1—3—2中。
（2） 改变R阻值（用一只灯泡）重复（1）内容，验证UR相量轨迹。
表1—3—2
2、 日光灯电路及其功率因数的提高
（1） 按图1—3—3接好实验电路，将电压调至220V，观察日光灯的点燃过程和启辉器的发光情况。
（2） 分别测量未接入电容和并入电容时的各种参数，完成表1—3—3的内容。
表1—3—3
六、实验总结
1.根据表1—3—2、表1—3—3中的实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。
2.根据实验数据，计算日光灯管的等效电阻值R、镇流器的电感L和电阻r。
3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。
七、实验注意事项
1.在实验操作过程中，防止触电，注意安全。
2.在接通电源前，应先将自耦调压器手柄置于零位上。
3.为了保护仪表，日光灯启时不要将仪表接入电路，待日光灯正常工作后进行测量。
4.如电路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。
第二篇：正弦稳态交流电路相量的研究(单相交流电路实验)
正弦稳态交流电路相量的研究（单相交流电路实验）
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
1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,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
和
2.如图13-1 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φ角的大小,从而达到移相的目的。
图 13-1
3.日光灯线路如图13-2 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）。
图 13-2
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
三、实验设备
四、实验内容
(1)用两只15W /220V的白炽灯泡和4.7µf/450V电容器组成加图13-1所示的实验电路,经指导老师检查后，接通市电220V电源，将自藕调压器输出调至220V。记录U、UR、UC值 ,验证电压三角形关系。
(2)日光灯线路接线与测量
图 13-3
按图13-3组成线路,经指导教师检查后按下闭合按钮开关,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 
等值,验证电压、电流相量关系。
(3)并联电路——电路功率因数的改善
按图13-4组成实验线路
图 13-4
经指导老师检查后,按下绿色按钮开关调节自耦调压器的输出调至220V,记录功率表,电压表读数,通过一只电流表和三个电流取样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。
五、实验注意事项
1.本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。
2.在接通电源前，应将自藕调压器手柄置在零位上。
3.功率表要正确接入电路,读数时要注意量程和实际读数的折算关系。
4..线路接线正确,日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。
七、实验报告
1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。
误差分析： 1、仪表精确度； 2、读数时存在误差
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=UA+UC 满足基尔霍夫定律KVL
电流相量图如下：
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/(Ucosj)，线路压降损耗大。
方法：（1）高压传输。
（2）改进自身设备。
（3）并联电容，提高功率因数。