正弦稳态交流电路相量的研究实验报告

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. 掌握日光灯线路的接线。

3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、原理说明 1. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得 各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两 端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔

霍夫定律，即。 图4-1 RC 串联电路

2. 图4-1所示的RC 串联电路，在正弦稳态信

号U 的激励下，U R 与U C 保持有90º的相位差，即当 R 阻值改变时，U R 的相量轨迹是一个半园。U 、U C 与 U R 三者形成一个直角形的电压三角形，如图4-2所 示。R 值改变时，可改变φ角的大小，从而达到

移相的目的。

3. 日光灯线路如图4-3所示，图中 A 是日光灯管，L 是镇流器， S 是启辉器，C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cos φ值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

图4-3 日光灯线路

序号 名称 数量 备注 1 电源控制屏（调压器、日光灯管） 1 DG01或GDS-01 2 交流电压表 1 D36或GDS-11 3 交流电流表 1 D35或GDS-12 4 三相负载 1 DG08或GDS-06B 5 荧光灯、可变电容 1 DG09或GDS-09 6 起辉器、镇流器、电容、电门插座

DG09或GDS-09

7 功率表 1 D34或GDS-13 220V

L S A C

R

jXc

Uc

U R I

U R

U U c

I φ

四、实验内容

1. 按图4-1接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7μF/450V。经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出(即U)调至220V。记录

U、U

R 、U

C

值，验证电压三角形关系。

2. 日光灯线路接线与测量。

图4-4

（1）按图4-4接线。

（2）经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输

出电压缓慢增大，直到日光灯刚刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。

（3）将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U，U

L

，U

A

等值，验证电压、电流相量关系。

测量值P(W)CosφI(A)U(V)U

L

(V)U

A

(V)启辉值

正常工作值48.80.540.393237.7184.7102.1

3. 并联电路──电路功率因数的改善。

测量值计算值

U（V）U

R

（V）U

C

（V）

U′（与U

R

，U

C

组成Rt△）

（U′=2

2

C

R

U

U ）

△U = U′－U

（V）

△U/U（%）240.3234.151.4 239.6 0.62 0.26

图4-5

（1）按图4-5组成实验线路。 （2）经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V ，记录功率表、电压表读数。

（3）通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。也可以直接串入3块交流电流表测量三条支路的电流。数据记入表4-3中。

五．实验数据的处理

1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。

误差分析： 仪表精确度； 读数时存在误差 ; 电路温度升高，电阻变大

2.根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基尔霍夫定律。

电压相量图如下：

U=U A +U C 满足基尔霍夫定律KVL 电流相量图如下：

电容值 测 量 数 值 (μF) P(W) COSφ U(V) I （A ） I L (A) I C (A) 0 49.3 0.54 237.6 0.39 0.48 0.10 1 39.9 0.31 238.4 0.46 0.55 0.06 2.2 60.0 0.55 236.2 0.47 0.57 0.12 4.7

63.7

0.56

236.8

0.69

0.78

0.11

I

U A U C

U φ U

I C I L

I C I φ

I=I

C +I

L

满足基尔霍夫定律KCL

3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。

意义：功率因数低会导致设备不能充分利用，电流到了额定值，但功率容量还有。而且当输出相同的有功功率时，线路上电流大，I=P/(U cos j)，

线路压降损耗大。

方法：

i.高压传输。

ii.改进自身设备。

iii.并联电容，提高功率因数。

4,装接日光灯线路的心得体会及其他

i.接线、拆线或改接电路时都必须在首先断开电源开关的情况下进行，

严禁带电操作。应养成先接实验电路后接通电源，实验完毕先断开

电源后拆实验电路的良好操作习惯。

ii.布线要合理安排，走线要清楚，便于接线和检查。

iii.实验时，尤其是刚闭合电源，设备刚投入工作，要随时注意设备的运行情况。

2)

3)

4)

5)

6)

7)

i.