东南大学电工电子实验中心

实验报告

课程名称：     电路与电子线路实验1                              

第 5次实验

实验名称：     三相交流电路的认识                                                                    

院 （系）：                专    业：                

姓    名：                  学    号：                 

实 验 室:               实验组别：                 

同组人员：              实验时间：   年  月   日 

评定成绩：              审阅教师：                   

一、实验目的

    ①认识三相交流电路，了解交流电路应用

②熟悉电工实验台电路模块，了解电路的连接方法

③了解交流电路综合仪表的使用，学习交流电路电流、电压、功率的测量方法，识别三相交流电的相序

④了解改善功率因素的方法，自行设计电路验证功率因数改善

二、实验原理

 1. 功率因数的概念

在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示。在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S。

 2. 功率因数补偿

原则上，必须保证原负载的工作状态不变，即加至负载上的电压U和负载的有功功率P不变。

日常生活中很多负载为感性的，因此可以采用并联电容的方法提高功率因数。

三、实验内容

? 经自耦变压器降压至30V左右后，构建由R-L-C构成的电路，测量各部分电路的电流和电压，画出电压（串联电路）矢量图；求R、L、C。

? 自行设计电路，学习感性电路功率因数补偿的方法（在R－L电路两端并联电容（10微法），改善功率因数）；若不直接测量PF，如何表征功率因数得到了补偿？

? 设计电动机正反转自动切换控制电路：启动按钮按下正转30秒、反转40秒、正转工30秒…如此循环往复，直到按下停止按钮。

四、实验方案设计

 1. R-L-C交流电路的设计

由电阻、电容、电感构成的交流电路的实验设计图如下图1所示：

图1  R-L-C交流电路

其中，电源需经自耦变压器降压至30-40V，电路中还应接入电流表测量电流，接入电压表测量分别测量电阻、电感和电容的电压。

测量所得的实验数据如下表1所示：

表1 R-L-C交流电路实验数据表

根据表1中的前两组数据，做出的两张电压矢量图如下图2所示：

图2 电压矢量图

图2所示的矢量图中，取电流方向为X轴方向，画出各个电压矢量。由于电感的电压矢量太小，在上面的电压矢量图上省略了。

对表1中的实验数据进行处理，以求出R、L、C。实验数据处理的表格如下图2所示：

表2 R-L-C交流电路实验数据处理表

因此，电阻R=179.4，电容容抗=889.5，电感感抗=5.9。根据公式，可得C=3.6μF；根据公式，可得L=18.8mH。

2. 交流电路功率因数补偿

交流电路功率因数补偿的电路设计如下图3所示：

图3 功率因数补偿电路

在保持其他量不变的情况下，改变电容C的值，可以观察到灯泡先变暗再变亮的现象。实验中测得的数据如下表3所示：

表3 功率因数补偿实验数据表

根据表3，可得该电路的功率因数先减小后增大，因此会观察到灯泡先变暗再变亮的现象。

3. 电动机正反转自动切换控制电路设计

电动机正反转自动切换控制电路的设计图如下图4所示，设计中以两只灯泡的亮暗为现象进行观察。

图4 电动机正反转自动切换控制电路

如图所示，当按下启动开关S1后，接触器KM3一直保持接通，使得KM3常开开关一直闭合，从而保证了电路的持续供电。此外，接触器KM2和30s延时器亦接通。接触器KM2接通后，灯L2发亮，直到经过30s延时后，30s常闭开关断开，接触器KM2断开，灯L2停止发亮。同时，经30s延时后，30s常开开关闭合，使得40s延时器和接触器KM1接通。接触器KM1接通后，灯L1发亮，直到经过40s延时后，40s常闭开关断开，30s延时器断开，从而导致30s常开开关恢复常开，接触器KM1断开，灯L1停止发亮。此外，30s延时器断开后，30s常闭开关亦恢复常闭；40s延时器断开后，40s常闭开关亦恢复常闭。于是电路又回到了最初的状态，此时的电路仍然持续供电，因此该电路会不断的重复上述过程，直到按下停止开关S2，接触器KM3断开，电路断电，从而停止一切。

第二篇：三相交流电路计算

一、有功功率

在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上、功率不可逆转换的那部分功率（如转变为热能、光能或机械能）称为有功功率，简称“有功”，用“P”表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。

它反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时转变为其他能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值，故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。

二、无功功率

在交流电路中，凡是具有电感性或电容性的元件，在通过后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。因此，在交流电每个周期内的上半部分（瞬时功率为正值）时间内，它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场；而下半部分（瞬时功率为负值）的时间内，其建立的磁场或电场能量又返回电源。因此，在整个周期内这种功率的平均值等于零。就是说，电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换，而并不消耗功率。

为了反映以上事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率，简称“无功”，用“Q”表示。单位是乏（Var）或千乏(KVar)。

无功功率是交流电路中由于电抗性元件（指纯电感或纯电容）的存在，而进行可逆性转换的那部分电功率，它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换的最大速率。

实际工作中，凡是有线圈和铁芯的感性负载，它们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功功率。如果没有无功功率，电动机和变压器就不能建立工作磁场。

三、视在功率

交流电源所能提供的总功率，称之为视在功率或表现功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。视在功率用S表示。单位为伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用来表示交流电源设备（如变压器）的容量大小。

视在功率即不等于有功功率，又不等于无功功率，但它既包括有功功率，又包括无功功率。能否使视在功率100KVA的变压器输出100KW的有功功率，主要取决于负载的功率因

数。

四、功率三角形

视在功率（S）、有功功率（P）及无功功率（Q）之间的关系，可以用功率三角形来表示，如下图所示。它是一个直角三角形，两直角边分别为Q与P，斜边为S。S与P之间的夹角Ф为功率因数角，它反映了该交流电路中电压与电流之间的相位差（角）。

各种功率之间有如下关系式：

五、三相交流电路中的功率计算

对于三相对称负载来说，不论是Y形接法还是△形接法，其功率的计算均可按下式进行：

如果三相电路的负载不对称，则上述公式不能使用，这时必须用三个单相电路功率相加的方法计算三相总功率。

星型连接，线电压=相电压*根号3，线电流=相电流，线电压超前相电压30° 三角型连接，线电压=相电压，线电流=相电流*根号3，线电流滞后相电流30° 3^(1/2) = 1.732

2^(1/2) = 1.414