电感性负载电路及功率因数的提高试验讲课讲稿

电感性负载电路及功率因数的提高

一．实验目的

1． 掌握正弦交流电路中电压、电流的相量关系。

2． 了解电感性负载并联电容器提高功率因数的原理，从而认识提高功率因数的意义。 3． 学习用实验方法求取线圈的参数。 4． 学习功率表的正确使用方法。

二．实验原理

1．电源设备的容量是视在功率S ＝UI ，而其输出的有功功率P 为UIcos ϕ,为了充分利用电源设备的容量，就要求提高电路的功率因数ϕcos ；另外，当负载的有功功率P 和电压U 一定时，功率因数越高，输出电线路中的电流ϕ

Ucos P

＝

I 就越小，在输电线路电阻上消耗的

功率也就越小，因此提高功率因数对电力系统的运行十分重要，有很大的经济意义。

用电设备中，多数是电感性负载，例如工业中广泛应用中的三相异步电动机、照明用的日光灯等。本实验用变阻器R 与带铁心线圈（r 、L ）相串联，模拟电感性负载，如图3.1（开关S 未合上）所示。

i

C

i

C

I &

&

图3.1 电阻及电感串联电路 图3.2电感性负载并C 后各电流的相量图

一般电感性负载功率因数较低，通常用并联适当的补偿电容器来提高电路的功率因数。

并联电容后，虽然电感性负载支路的电流不变，但这个感性电流与电容支路的容性电流相补偿，使电路总电流可以减小，功率因数可以提高。图4.3.2是由电感性负载并联电容后（图3.1中开关S 己合上），各电流的相量图（以U &为参考相量）。 如果感性负载电路的功因率数从ϕcos 提高到ϕ'cos 则所需并联电容器的电容值可按

下式计算：(F) )tan -(tan ωU P

C 2

ϕϕ'= 式中50Hz)( π 2ω==f f ，U —电源电压（V ）

，P —电路消耗的有功功率（W ）。

本实验中电容器采用电容箱，其示意图3.3。为使用方便每个电容连接一个开关，几个电容并联后，其总电容为各电容值之和。

图3.3

电容箱示意图

2．本实验测量电流时，借用辅助设备—电流插座和插头，如图4.3.4所示。三路电流插座是独立的，见图4.3.4（a ），可分别接入被测电流支路，电流插头与一个电流表相接，见图4.3.4（b ），当需测量某一支路电流时，可用电流插头插入电流插座的两接触铜片间，电流就流经电流表而测得所需支路电流。

ο

οοοοο12

4

（a ） （b ）

图3.4 三路电流插座及电流插头

（a ）电流插座 （b ）电流插头

1－电流插座板 2－电流插座接触铜片 3－电流插头 4－插头引出线 5－绝缘材料

3．功率的测量，采用电动式单相功率表（其原理见有关教材），它是多量程的，一般有三档或四档电压量程，两档（串联或并联）电流量程。使用时应根据被测电路中电流及电压的大小，分别选用合适的电流、电压量程，不能根据功率大小来选择。

由于功率表是多量程的，所以它的标度尺上只标有分格数，当选用不同的电流和电压量程时，每一分格代表不同的瓦特数。为此，在使用功率表时，要注意被测量的实际值与指针示值之间的换算关系。假定测量时功率表指针读数为X （格），则被测实际功率的数值（单位为W ）为：P ＝CX

其中C 为功率表的分格常数，单位是W ／格

m

m m X I U C ⋅=

式中m X ——功率表标度尺的满刻度格数

m U ——所使用的电压线圈的额定值（此值常标注在电压线圈的接线端钮旁） m I ——所使用的电流线圈的额定值（此值常标注在电表盒盖内） 功率表电流及电压端子上标有符号＊（或±）端是同名端（或称对应端），即为两个线圈的始端，接线时应联接在电源的同一端，其正确接法见 4.3.5（a ）、（b ）；4.3.5（c ）为错误接法，其中有一个线圈反接，指针将反向偏转。

负

载

负

载

负

载

（a）(b) (c)

图3.5 功率表电流和电压线圈同各端的接线方法

（a）功率表电压线圈前接(b)功率表电压线圈后接(c)错误接法具体测量时，功率表的电压线圈两端接测试笔，电流线圈应串接入电流插头，如图4.3.6所示，并辨清那根引线为电流线圈的同名端，以保证电流线圈与电压线圈的“＊”端接在一起如图4.3.6。

电流插头

图3.6功率表的具体使用方法

本实验的电感性负载支路由两个元件串联组成。当电流线圈插入该支路的插片中，而电压线圈的两根测试笔接于电感线圈两端时，功率表指针偏转值为电感线圈所消耗的功率rL

P；当两测试笔跨接在电阻R两端时，功率表指示的读数，即为R消耗的功率R P。

用功率表测量功率时，相当于同时在电路中接入电压表和电流表，因此它们的内阻会影响测量的准确度。功率表的电压线圈一般要取用几十毫安的电流，为了减小测量误差，对高阻抗负载（本实验电容容抗C X较大），电压线圈支路分流影响大，所以，电压线圈应接在电流线圈之前，称前接，如图3.5（a），对于低阻抗负载，电流线圈上压降影响大，电压线圈应后接，如图3.5（b）。

三．实验仪器和设备

电感线圈（200～500mH）、电阻器（100Ω，2A）、电容器（0～32μF，250V）、交流电压表（0～250～500V）、交流电流表（1～2A）、单相功率表（0～75～150～300V，0.5～1A）、电流插座板（三相）、电流插头。

四．实验内容和步骤

1．测量电感性负载支路（断开电容箱上所有开关）的电流，电压和功率。

2．电感性负载支路两端，并入8μF 电容，测量电路的电压、电流和功率， 3．测量电容值与总电流之间的关系

五．预习要求

1．设图3.7电感性负载电路，电阻R ＝100Ω，线圈阻抗Z ＝150Ω，电源电压为127V ，选择电流表的量程。

2．阅读教材中有关功率表的内容，了解功率表的原理和使用方法。 3．从实验步骤3所测各项数据，列出求取电阻R 和铁心线圈电阻r 和电感L 的计算式。

4．图3.7中并联电容后rL I 、rL ϕ、I 是否改变？如果改变，是变大还是变小？为什么？

六．实验总结报告

1．根据实验步骤3 所得数据，计算出表4.3.4中列所列各项计算值，并填入表中。

2．根据实验步骤3 、4所得测量值，按比例在坐标纸上画出U 、R U 、rL U 、rL I 、σI 及

I &的相量图（以U &为参考相量），验证是否符合R rL U U U &&&+=、C rL I I I &&&+=的相量关系。

3．本实验测量电容器所消耗的功率P c 时采用图4.3.5中哪种接法？为什么？

4．根据表3.3所测数据和计算值，在坐标纸上作出(C)f =I 及(C)cos f =ϕ的两条曲线。在本实验中若把电路的功率因数提高到0.9=ϕcos ，从(C)f =ϕcos 曲线中找出应并联多大电容较为合适