交流阻抗参数的测量和功率因数的改善

交流阻抗参数的测量和功率因数的改善

实验名称：交流阻抗参数的测量和功率因数的改善院（系）：专业：

姓名：学号：

实验室: 103 实验组别：同组人员：实验时间：09 年11月13日

评定成绩：审阅教师：

一、实验目的

1、学习测量阻抗参数的基本方法，通过实验加深对阻抗概念的理解；

2、掌握电压表、电流表、功率表和单相自耦调节器等电工仪表的正确使用方法。

二、实验原理

对于交流电路中的元件阻抗值（r、L、C），可以用交流阻抗电桥直接测量，也可以用下面两

种方法来进行测量。

1．三电压表法

先将一已知电阻R与被测元件Z串联，如实验内容图一（a）所示。当通过一已知频率

的正弦交流信号时，用电压表分别测出电压U、U1和U2，然后根据这三个电压向量构

成的三角形矢量图和U2分解的直角三角形矢量图，从中可求出元件阻抗参数，如图一

（b）所示。这种方法称为三电压表法。

由矢量图可得：

RU222rr,UUU,,12,cos,U1UU212 RUxUU,2cosL,, r1wU2UU,sin,x1UC,xwRU

2.三表法

图如图二所示：

首先用交流电压表，交流电流表和功率表分别测出元件Z两端电压U、电流I 和消耗的

有功功率P，并且根据电源角频率w,然后通过计算公式间接求得阻抗参数。这种测量方

法称为三表法，它是测量交流阻抗参数的基本方法。

被测元件阻抗参数（r、L、C）可由下列公式确定：

U,22zxzrz,,,sin,I

xP,L,cos, wIU

1P,,C,rzcos,2xwI

三、实验内容

1、三电压表法

测量电路如图1所示，Z=10Ω+L（114mH），Z=100Ω+C（10uF），按表1的内容测量和12

计算。

，UI，Ux，

，0UR1，U2,Z1,2~220VUs，50Hz，，UU2θ 0Z =r+jX,0，，，UUI1r

（a）测量电路（b）相量图

图1 三电压表法

表1三电压表法

/V U/V U/V U/V L/ mH C/ uF cosθ r/Ω 12rxZ 测量参数计算参数 Z 30 6.5 25.6 0.61 15.62 20.29 24.03 99.36 U/V U1

Z 30 8.8 28.5 0.02 0.57 28.50 9.83 2

分析：

1） ,实验中L用变压器的初级线圈，其电感量约为114mH，内阻为26Ω，实际测得r24.03，

2624.03,误差为*100%7.58%, 26

11499.36,2）电感L的测量误差=*100%12.84%, 114

109.83,3）电容C 的测量误差=*100%1.7%, 10

可知电容测得较准确，而电感测量误差比较大。

实际上，实验所采用的线圈，其给出的参考值本身就不是很准确，加之电感在实验中受

实验时间影响比较大（发烫），所以其实际参数并不是准确等于给定值的。

三表法测量还是很准确的，这一点可以从电容的测量误差看出。

除此之外，实验的误差还来自实验过程中对电压表的读数和调节。

2、三表法（电流表、电压表、功率表）

按图2所示电路接线，将实验数据填入表2中。

Z=10Ω+L（114mH），Z=100Ω+C（10uF）， 12

*IP*A

0R

Z~220VV1,2Us50HzUZ =r+jX0

图2 三表法

表2 三表法

Z 测量参数计算参数

I/A U/V P/W L/ mH C/ uF z/Ω cosθ r/Ω x/Ω Z 0.3 15.20 3.56 50.67 0.78 39.56 31.66 100.78 1

0.6 30.80 14.23 51.33 0.77 39.53 32.74 104.21 Z 0.3 98.90 8.88

329.67 0.30 314.56 10.12 2

0.6 198.10 35.80 330.17 0.30 314.84 10.11 Z+Z 0.3 94.30 12.40 314.33 0.44 137.78 282.52 11.27 12

0.6 188.70 49.71 314.50 0.44 138.08 282.57 11.26 Z//Z 0.3 16.20 4.25 54.00 0.87 47.22 26.17 83.30 12

0.6 32.60 16.97 54.33 0.87 47.14 27.01 85.98 分析：

,3xwL,,,100*114*1035.81,L

11x,,,318.31C,6wC100*10*10,

ZZZJxJxJxx,，,，，，,,，,121026100136()LCLC当Z1+Z2时， Xxx,,,0LC ？电路呈容性

(36)*(100)，,JxJxZZ1*2LC当Z,,Z1//Z2时， ZZJxx12136()，，,LC

算得最终X>0

？电路呈感性

3、功率因数的改善

仍按图2接线，并将电容（24μF）并联在负载Z两端。首先调节单相自耦调压器，使1

副方电压等于表2第二栏中测量出的电压值（负载为Z时对应I=0.6A的电压值），然后测出1

I、P，计算cosθ，将实验数据填入表3中，并与不接电容前的负载功率因数相比较。

表3

并联电容测量参数计算参数

I/mA U/V P/W cosθ cosθ’

10 uF 490.45 30.80 12.18 0.81

0.77 24 uF 435.45 30.80 12.15 0.91 分析：

从表中数据可看出：1）并接电容后，cosθ都变大，功率因数提高。

2）并接24uF的电容比并接10uF的电容提高的功率因数更显著。

四、思考题 1、为了提高感性阻抗的功率因数，为什么采用的是并联电容而不是串联电容？

答：1）提高功率因数的原则：必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。

2）并联电容，只要保持负载两端电压不变，即可保证有功功率P不变，即不会改变原负载的工作状态，而利用电容发出的无功功率，部分（或全部）补偿感性负载所吸

收的无功功率，从而减轻了电源和传输系统的无功功率的负担。 3）串联电容，则zRJxx'(),，,zRJx,，|'|z,而没并电容之前，, 可能变大，LCL P也可能变小，或不变，因此总电流就不能确定,功率因数也就不能确定是cos,,IU

否提高。

所以在感性负载两端适当并接电容来提高功率因数。

2、“并联电容”提高了感性阻抗的功率因数，试用矢量图来分析并联的电容容量

是否越大越好？