深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称：­         电路分析实验               

实验名称：          功率因数的提高          

学    院：                                  

指导教师：                                               

报告人：                组号：                

学号                实验地点                

实验时间：               年      月       日

提交时间：                                 

第二篇：实验二、交流电路参数测量与功率因数的改善

实验二、单相交流电路

实验预习：

一、实验目的

1、通过对R-L串联电路及其与C并联的单相交流电路的实际测定，查找出它们的电压、电流及功率之间的关系。

2、学习电路元件参数的测量方法（间接法测定R、r、L、C等）。

3、掌握感性负载并联电容提高功率因数的方法，并进一步理解其实质。

4、学习并掌握功率表的使用。

二、实验原理

1、R-L串联电路

图1-8-1   R-L串联电路

图1-8-1表示了一个R-L串联电路，其电感为空心线性电感。由于空心线性电感的内阻不可忽略，这里用内阻r与理想电感XL串联来代替空心电感，设其总阻抗为ZS。

根据，列出                               

电感线圈上的正弦电压US将超前电流I一个j1角度，相量图如图1-8-2所示。由相量图上的电压三角形，根据余弦定理，得：

US2  = UR2 +U2 -2 U URCosj1

从而求出 j1，而 U （R + r ）=U Cos j1     

式中U（R + r）=UR + U r

又因为UL =U Sinj1，这样可求得：

R =UR / I1 ； r = U r / I1；X L=UL /L  ；

L =X L /ω =X L / 2πf

2、研究感性负载电路提高功率因数的方法。 

感性负载电路的功率因数一般比较低，为了提高电路的功率因数，常在感性负载电路的两端并联电容器，以提高电路的功率因数。并入电容后的电压、电流相量图如图1-8-3所示。电容支路的电流 IC在相位上超前电源电压90º（以 U为参考）。

并联电容后线路的总电流        

由图1-8-3的相量图，根据余弦定理得：I12  = IC2 +I2 -2 I IC COS（90º + j）：

式中  COS（90º + j）= -Sin j 。这样，只要测量出I、I1、IC，即可根据上式求得j角及 COS j1，因为角j ＜ j1，所以COS j ＞ COS j1，功率因数得以提高。

由此可以充分说明感性负载电路并联电容后，能够提高电路的功率因数，并入的电容容量由下式决定：

C=（tg j1 - tg j）P/ωU2  ；式中j1 ，j为并联电容补偿前和补偿后的功率因数角。

3、功率表的结构、接线与使用。

       功率表（又称瓦特表）是一种动圈式仪表，其电流线圈与负载串联（两个电流线圈可串联或并联，因而可得两个电流量限），其电压线圈与负载并联，电压线圈可以与电源并联使用，也可与负载并联使用，此即为并联电压线圈的前接法与后接法之分，后接法测量会使读数产生较大的误差，因并联电压线圈所消耗的功率也计入了功率表的读数之中。图1-8-4是功率表电压线圈前接法的外部连接线路。

图1-8-4 功率表外部连接电路

三、预习要求与计算仿真

1、本次实验涉及到以下仪器：功率表、交流电压表、交流电流表、自耦调压器。关于这些设备的使用说明，详见附录，在正式实验前应予以预习。

2、根据图1-8-5中的电路参数，估算出待测量的电流、电压值，记入表中，以便与实验测量的数据比较，并帮助正确选定测量仪表的量程。

3、利用PSPICE仿真软件，根据图1-8-5，选择合适参数，设计仿真电路，并试运行。（PSPICE仿真软件的使用方法详见附录）

四、注意事项

1、本实验用交流市电100V，务必注意用电和人身安全。

2、在接通电源前，应先将自耦调压器手柄置在零位上。调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高，每次改接实验线路或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必须严格遵守安全操作规程。

3、功率表要正确接入电路，使用时注意实验电流、电压不超过功率表电压和电流的量限，读数时应注意量程和标度尺的折算关系。

五、思考题

1、    为什么电感性负载在并联电容器后可以提高功率因数？是否并联电容越大，功率因数越高？

2、  RL串联电路在并联电容后，电路的总功率P及RL支路中的电流怎样变化？

3、  电感性负载串联电容后线路的功率因数是否发生变化？

4、为什么不用串联电容的方法来提高线路的功率因数？

实验内容：

一、实验线路

       实验线路如图1-8-5所示。

   

（◎ 为电流插座，用来串入电流表测量电流I，I1，IC）

图1-8-5 单相交流电路功率因数改善的实验电路

二、实验设备

三、实验步骤

按图1-8-5线路接线，取R=330（实验台上滑线变阻器取1/3处），电感3000匝。调整自耦调压器，使二次侧输出电压为100V。

1、3000匝电感线圈负载实验

1）R-L串联电路实验

闭合开关S，断开开关S1，即为R-L电路。用功率表、电压表、电流表量测并读取U，UR，US，I，I1，及P等数据，记入表1-8-1中。（注意：此时，电容未并入电路，I = I1）

2）R-L串联电路并电容C实验

闭合开关S，逐步选择并入的电容C的数值，并再次测量U，UR，US，I，I1，IC及P等数据，将不同的电容C值时对应的上述数据值记入表1-8-1中。

2、1500匝电感线圈负载实验*

将图1-8-5中电感改为线性电感（1500匝，40mH），重复1实验步骤。

四、表格与数据

表1-8-1

五、实验报告

1、根据实验所得数据，计算出电路中各元件参数值，填入表中。

2、根据实验时测量数据，以电压U为参考量、按比例绘出相量图。并分析在逐渐增加并联电容数值时，总电流I将如何变化？判断COSj的变化情况？

3、作出电流随电容变化的关系曲线I = f（C）

注：1. 在某些实验台上，电容C无法像表1-8-1中那样取值，此时可取2、3、4、6、7、8μF等。