华北电力大学

实  验  报  告

实验名称：   改善功率因数的实验  

课程名称：       电路实验        

专业班级：        

学生姓名：

学号：

成绩：

指导教师：                       

实验日期：2012.11.12

一、实验目的

1.      了解负载性质及变化对功率因数的影响。

2.      研究感性负载两端并联电容对改善功率因数的作用，理解改善功率因数的意义。

二、预习思考题

1.      在电感电路中，如何用实验方法寻找电路的最大功率因数？

答：并联电容，当线电流最大时功率因数最大。

2.      并联电容后，电路中哪些参数不变？哪些参数发生变化、如何变化？

答：并接电容后有功功率是不会变化的，变化的是无功功率和视在功率。

3.      为什么采用并联电容的方法提高功率因数，而不是串联法？所并电容是不是越大越好？

答：我们所用的电源都是定电压电源，而用电设备也是定电压设备，采用并联补偿并不影响原负载电压，而采用串联补偿不能保证任何时候负载两端电压为其额定电压！其次，若采用串联补偿，可能会引起电路谐振，而造成用电设备过电压导致烧毁设备。所以，只能采用并联补偿。

不是,补偿电容量选用适中，功率因数接近1时，线路输送(无功)电流降低，线损耗减小，若补偿电容量过大时，无功电流倒供电网，线路(无功)电流增大，线损耗增大。

三、所用仪器、设备

四、实验原理

1.      感性负载及功率因数

一般在电力系统中，总希望负载能够尽可能运行在较高的功率因数下。实际中，往往通过在感性负载两端并联电容的方法来适当提高功率因数。本实验呢以灯管、镇流器和启辉器组成的日光灯电路作为负载，由于镇流器是一带铁心的绕组，因此整个电路时感性负载，其功率因数较低，一般在0.5一下。

2.      日光灯工作原理

日光灯的镇流器在启动时产生高电压以电离灯管内气体使日光灯导通，而在正常工作时又能限制灯管的电流。启辉器相当于一个自动开关，其内部有两个电极，两电极间并联一个小容量电容器。启动过程中较低的电压加在启辉器两端，产生辉光放电，双金属片因放电而受热伸直，与固定片接触，之后停止放电，双金属片冷却复位，两电极分离。

日光灯电路开关接通或升高电压时，电压加在镇流器、灯丝电阻和启辉器上，灯管两端的电压不足以使其产生弧光放电。启辉器两电极间产生辉光放电，随后动片受热变形与固定片接触，辉光放电停止，动片冷却收缩复位，断开所接电路。由于此时回路突然断开，镇流器上产生较高的自感电压，高电压加在灯管两端，使管内产生弧光放电、激发荧光粉辐射出可见光。日光灯正常工作时，灯管两端的电压低于启辉器的动作电压，启辉器不再动作。

实际上，日光灯电路时电阻与电感的串联电路。

3.      在感性负载两端并联适当的电容可以提高整个电路的功率因数，如下图：

         

(a)电路原理图                           (b)相量图

五、实验方法与步骤

1.      日光灯电路功率因数提高

（1）   选定接线图并依其接线，将相电压调到220V，日光灯正常工作后开始实验测量。

（2）   电容器为零的情况下，测量I、P、、I_HW、I_C 。

（3）   投入并联电容，找到电流I最小值且功率因数最高的一点，此时即为近似的谐振点，测量并记录数据。

（4）   取几个小于谐振电容的不同C值，测量对应数据，其中应有将功率因数提高到0.8~0.85之间的一组。

（5）   取几个大于谐振电容的不同C值，测量对应数据。

2.      接线图

改善功率因数实验接线图如下：

六、实验注意事项

1、日光灯回路一定要接镇流器，否则极易烧坏日光灯；

2、发现接线错误，必须先将电压调到零，断开电源、改线后再送电

3、当电容值较大时,电容支路电流较大，应适当调节电流表的量程。

4、接线完毕，老师检查后，再通电做实验，签字完毕后再拆线；

5、相电压220V，注意安全。

七、实验结果及数据处理

表6-5                 功率因数改善实验数据

分析计算值与实测值产生差异的原因：

1、镇流器电感不理想，存在内阻r，使得计算值与实测值不符；

2、读数存在一定误差；

3、电压不稳定。

C-关系图如下：

分析：当为感性负载时，在-90°到0°之间，在0~1之间；

当为纯阻性负载时，=0°，=1；

当负载为容性时，在0°到90°之间，在0~1之间。

相量图如下：

经计算得：

由该表得出R-X关系图如下：

                 

八、实验结果及讨论

通过本次实验，对功率表的连接与使用有了进一步的了解；懂得了通过在感性负载两端并联电容的方式来改善功率因数，而提高功率因数的意义在于：能够降低生产成本、减少投资、改善设备的利用；可以减少线路压降、改善电压质量；能够提高电力网的传输能力、提高能源的利用率、降低电力成本、增加经济效益。

在本次实验中，对功率表的接线和电路图判断不熟练，通过老师的悉心教导和与同学讨论解决了该问题。同时发现在做实验时应先找到谐振时电容C的值，由此来确定感性负载和容性负载的C值。还有，实验前要先检查日光灯是否能正常工作，实验台是否能正常工作，避免发生线连好了才发现实验台不能使用导致浪费时间的情况。

总的来说，本次试验基本达到实验目标。我们了解了负载性质及变化对功率因数的影响，研究了感性负载两端并联电容对改善功率因数的作用，理解了改善功率因数的意义，在此要特别感谢老师的认真教导，以及一起做实验同学的配合，让实验顺利完成。

附原始数据：

第二篇：实验5改善功率因数实验

实验五  改善功率因数实验

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．掌握日光灯电路的工作原理及电路连接方法。

3．通过测量电路功率，进一步掌握功率表的使用方法。

4．掌握改善日光灯电路功率因数的方法。

二、实验原理

1．如图10—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。

2.日光灯电路及工作原理

日光灯电路主要由日光灯管、镇流器、启辉器等元件组成，电路如图1所示

灯管两端有灯丝，管内充有惰性气体(氩气或氪气)及少量水银，管壁有荧光粉。当管内产生弧光放电时，水银蒸汽受激发，辐射大量紫外线，管壁上的荧光粉在紫外线的激发下，辐射出接近日光的光线，  日光灯的发光效率较白炽灯高一倍多，是目前应用最普遍的光源之一，  日光灯管产生弧光放电的条件，一是灯丝要预热并发射热电子，二是灯管两端需要加一个较高的电压使管内气体击穿放电，通常的日光灯本身不能直接接在220V电源上使用。

启辉器有两个电极，一个是双金属片，另一个是固定片，二极之间并有一个小容量电容器。一定数值的电压加在启辉器两端时，启辉器产生辉光放电，双金属片因放电而受热伸直，并与静片接触，而后启辉器因动片与静片接触，放电停止，冷却且自动分开。

镇流器是一个带铁芯的电感线圈。

电源接通时，电压同时加到灯管两端和启辉器的两个电极上，对于灯管来说，因电压低不能放电；但对启辉器，此电压则可以起辉，发热，并使双金属片伸直与静片接触，于是有电流流过镇流器、灯丝和启辉器，这样灯丝得到预热并发射电子，经1～3秒后，启辉器因双金属片冷却，使动片与静片分开。由于电路中的电流突然中断，便在镇流器两端产生一个瞬时高电压，此电压与电源电压迭加后加在灯管两端，将管内气体击穿而产生弧光放电．灯管点燃后，由于镇流器的作用，灯管两端的电压比电源电压低得很多，一般在5 0～1 0 0V，此电压已不足以使启辉器放电，故双金属片不会再闭合。启辉器在电路中的作用相当于一个自动开关，镇流器在灯管启动时产生高压，有启动前预热灯丝及启动后灯管工作时的限流作用。

日光灯电路实质上是一个电阻与电感的串联电路。当然，镇流器本身并不是一个纯电感，而是一个电感和等效电阻相串联的元件。

2．功率因数的提高

在正弦交流电路中，只有纯电阻电路，平均功率P和视在功率S是相等的。只要电路中含有电抗元件并处在非谐振状态，平均功率总是小于视在功率，平均功率与视在功率之比称为功率因数，即

                          

可见功率因数是电路阻抗角的余弦值，并且电路中的阻抗角越大，功率因数越低；反之，电路阻抗角越小，功率因数越高。

功率因数的高低反映了电源容量被充分利用的情况。负载的功率因数低，会使电源容量不能被充分利用；同时，无功电流在输电线路中造成损耗，影响整个输电网络的效率。因此，提高功率因数成为电力系统需要解决的重要课题。

实际应用电路中，负载多为感性负载，所以提高功率因数通常用电容补偿法，即在负载两端并联补偿电容器．当电容器的电容量C选择合适时，可将功率因数提高到1。

日光灯电路中，灯管与一个带有铁芯的电感线圈串联，由于电感量较大，整个电路的功率因数是比较低的，为了提高功率因数，我们可以在灯管与镇流器串联后的两端并联电容器实现。

三、实验设备

1．40W日光灯管、座  1套 (实验台顶部)；  2．40W/220V白炽灯   1只

3．镇流器1只；                          4．熔断器2只，启辉器1只；

5．EEL-52元件箱单元板1块；             6．数字交流电流表（0～3A）1只；

7．数字交流电压表（0～500V）1只；       8．数字功率表/功率因数表1块；

9．强电导线若干。   

四、实验内容及步骤

1．如图10-2所示，用一个220V，40W白炽灯炮和电容组成实验电路，验证电压三角形关系。

2．日光灯电路实验研究：在实验台中选择镇流器与开关、启辉器与熔断器、电流测量插口、并联电容器组(或动态电路板中的4uF电容器)等单元板及实验台顶部的日光灯管联接成图1 6－2所示电路。

3．闭合开关S，此时日光灯应亮，如用并联电容器组完成本实验，则从0起逐渐增大并联电容器，分别测量总电流I，灯管电流ID，电容器电流Ic，功率P。将数值填入表16－1，并做相应计算 (测量P计算)。

表 1 改善功率因数实验

五、

六、实验报告要求

1．根据表1中的数据，在同一坐标系中绘出，，曲线，在另一坐标系中绘出曲线。

2．思考题：在本实验中，并联电容后，功率表的示数是否发生变化？为什么？