功率测量及功率因数的提高

实验报告
课程名称：___ 指导老师： 成绩：______ 实验名称： 实验类型：________________同组学生姓名：___ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理
六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、 实验目的和要求
1.了解用电系统中进行无功补偿的原因和意义;
2.熟悉荧光灯电路的组成、工作原理和连接，掌握并联电容进行无功补偿的原理；
3.通过实验了解功率因数提高的方法和意义；
4. 探讨系统谐波对无功补偿的影响；
5.进一步学习测量数据的处理和曲线的绘制，了解有理经验公式的求取方法（多种方法都可）。

二、 实验内容和原理 1. 实验任务：
A.保持日光灯两端电压不变的条件下，测定线路总电流I 、有功功率P 与补偿电容C 的关系；
B.通过实验掌握功率表的使用；
C.了解功率因数提高的方法和意义；
D.进一步学习曲线的绘制，掌握有理经验公式的求取方法（多种方法都可）。

2. 实验原理：
A.、在正弦交流电路中，无源一端口网络吸收的有功功率并不等于UI ，而是UICOS Ψ，其中COS Ψ称为负载的功率因数，Ψ是负载电压与电流的相位差，称为功率因数角。

在电压相同的情况下，当线路传输一定的有功功率时，若功率因数角越小，则传输的电流越大，传输线路上的损耗也越大。

负载功率因数越小，一方面不能充分利用电源容量，另一方面又在传输线路中增加了损耗，降低额传输效率。

因此在工程上为了减少线路损耗，提高设备利用率，应尽量提高应用设备的功率因数。

B.、负载电压与电流的相位差的存在是因为负载中有电感或者电容元件的存在。

日光灯中的镇流器是感性负载，功率因数较低，因此要提高负载的功率因数，可以采用在负载两端并联电容器的方法进行补偿，但补偿电容必须选择合理，不能太大，否则当负载呈现容性时，有可能功率因数反而降低。

C.、用以提高功率因数的并联电容数值较大时（如电解电容），其介质损耗将不能忽略，一般用于C 并联
专业： 姓名： 学号： 日期： _______________ 地点： ________________
装 订 线
的等效电导gC表示，其中g为电容器50HZ时单位电容的等效电导。

D.、本实验中所用的日光灯负载由日光灯管、镇流器（带铁心的电感线圈）和启辉器组成，是一个电阻与电感串联的电路。

因此电源电压U、灯管电压U R、镇流器端电压U L之间应有U=√U R 2+ U L2 。

E、
三、 实验接线图
注：gC 为电容器C 的附加电导 四、 主要仪器设备 1、数字万用表 2、电工综合实验台 3、DG09荧光灯实验组件 五、 操作方法和实验步骤
1.用万用表电阻档，检查日光灯管是否正常；
2.确认电源输出电压在0－220V 可调，并调整为零;
3.连接线路，电容C 暂时不接入电路，调节单相交流电源输出约180V ，点亮日光灯后；
4.调节输出电压到220V ，保持约10分钟，稳定后开始测量工作。

记录电路中的相关电压、电流和有功功率；即无电容时, 电路相关数据；
5. 保持电压表两端电压不变, 并联补偿电容, 逐步增大电容C 的值, 记录接各电容时, 电路中的相关电压、2支路电流和有功功率;
6 . 切断电路时，需将电源电压调至零，然后再断开电源； 六、 实验结果与分析
（注意：步骤4中，笔者调节输出电压到218V ，并未调到220V ，数据和别组稍有不同，但数据结果无误。

）
A
功率表
电容电流
线路总电流
1、实验数据记录：
电容C/μF U(V) I(MA) P(W) COSΨ0 220.1 366 36.49 0.46
0.47 220.9 343 36.90 0.49
1.47 221.2 288 37.32 0.60
2.47 221.4 240 37.61 0.73
2.67 221.5 232 37.76 0.76
3.2 221.3 211 37.97 0.85
3.67 221.2 196 38.01 0.90
4.4 221.3 190 38.28 0.95 4.67 221.3 189 38.26 0.95
4.87 221.4 191 38.49 0.94
5.4 221.5 200 38.52 0.90
5.87 220.0 208 38.72 0.85
6.4 222.1 231 38.91 0.77 6.6 220.1 240 39.00 0.75
6.87 221.8 249 38.81 0.71
7.07 221.8 258 38.99 0.68
7.6 222.2 287 39.31 0.62
8.07 222.2 312 39.49 0.57
8.6 222.1 345 39.43 0.51
9.07 221.8 371 39.54 0.48
二、实验数据处理：
1、I-C曲线：
2、P-C曲线：
P-C经验公式为：
即是P=36.79429+0.3210398C；
3、COSΨ-C曲线：
COSΨ-C经验公式为：
即是COSΨ=0.40871543+0.20929709C-0.023092599C2 ；
4、I2-C曲线：
I2-C经验公式为：
即是I2=136396.17- 44457.765C+4914.3599C2；；
其中a=4914.3599；b=-44457.765；I c02 = 136396.17；
5、上面已推出P=36.79429+0.3210398C（注意，其中C的单位为μF）；
又因为P=gCxU2+P c0；
gU2 =0.3210398*106 =321039.8 ；
求U的平均值：U=221.355V ；
所以g=6.552（S）；
6、上面已推出COSΨ=0.40871543+0.20929709C-0.023092599C2 ；
根据公式可算出，当C=4.531μF时，COSΨ取最大值：COSΨ= 0.76；
所以拟合曲线求出的最佳补偿点为C=4.531μF ；
七、讨论、心得
1、在日光灯启动及电容并联过程中，因暂态变换，故电流、电压比稳态时大，仪表量程要选择足够的余量；记录数据时，应改变合适的量程读取数据。

2、日光灯管是非线性器件，需要点亮数十分钟，在此期间可以观察电流、功率等数据会有缓慢变化，待
数据显示趋于稳定后，再读取记录实验数据。

3.电容器C 并联接入电路，其数值从0 开始逐步增加，直到最大值8μF左右，增加的步长应根据功率因数的变化进行调整，最大不应超过1μF，实验过程中可根据电流表的示数变化来判断。

在功率因数较高（即电流值小）的时候，需要多取测量数据点；
4.最佳补偿点的估算；无电容时
P=UICOSΨC=PTANΨ/WU2
无电容时，U=220.1V；I=366MA；P=36.49W；COSΨ=0.46；F=50HZ,W=314RAD/S;
所以最佳补偿点（无电容时），C=36.49*TAN(arcCOS0.46)/(314*220.12)=4.63μF；
5.因电容不连续可调，故最佳补偿点可能测不到；
6.电容实际值需测量;。