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实验五 功率因数的提高仿真
1、实验目的
1.1、掌握电抗式日光灯的工作原理及其线路的接线方法。 1.2、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 1.3、学习电路仿真软件的使用。
2、实验原理
2.1、相量形式的基尔霍夫定律适用于正弦交流电路： 节点的 各支路电流相量和为零，即Σİ=0； 闭合回路的各段电路电压相量和为零，即ΣÙ=0。
增加 电容 电流
灯管 电流 不变
并联电容能改变电路的外特性； 不能改变电路内部特性！
5
采用Proteus仿真 功率因数的提高
+265
A
+2Βιβλιοθήκη Baidu5
AC mA
AC mA
B +0.00
C
AC mA
D V1
镇流器
2.5H
+209
AC Volts
+220
AC Volts
2020/11/26
V1
VSINE VA=312V
光灯电路中镇流器电压UL、灯管电压UR及电路电流I，用虚拟
示波器测量电路电压与电流间的相位差φ，记录在表-1 中。
3.3、在日光灯电路中接入并联可调电容C，串联电容电流表IC。
并串联灯管支路电流表IRL。
3.4、调节并联电容量的大↑小↓，使电路总电流I降至最小(此时
电压U与电流I的相位差φ =0)。测量相应的电压、电流及相位差，
2020/11/26
8
4、 实验注意事项
4.1、仿真实验使用的EWB软件：在电路中插入元件或仪表时 可直接插入，但实际操作时则应断开电路接入！删去元件时 却会在此保留短接线，如删去电压表后还要删去短接线！ 4.2、电感负载串联电容实验，电路的总阻抗会下降，属于电 压谐振性质，要防止器件过电压过电流！
1-2 等效电路图
2020/11/26
U
L
UL
φ ILR UR
I=ILR
1-3 电压相量图
1- 4 日光灯并联电容 前、后的电流相量图
2
3、EWB仿真实验内容与实验步骤
3.1、根椐电抗式日光灯电路原理图，新建功率因数提高实验的
EWB仿真电路。
3.2、分别用EWB中虚拟电压表、电流表测量电源电压U、日
工具菜单
电基 源本
指 示
仪 器
元件与仪器菜单
启动
停止
电压与电流 开关 暂停
的相位差大
恢复
按键
1）日光灯电路的固有功率因数低
2020/11/26
C=0时电容支路应断开！ 调电容量按C键，改变增 减方向按大小写转换键。
4
②并联电容提高电路总功率因数
电压与电流 的相位差小
总电流 下降了
2020/11/26
记录在表-1 中。
3.5、分别增加↑或减少↓并联的电容量，分别测量电压U、 UL 和 UR，测量总电流I 、灯管电流IRL和电容电流IC 、测量相应电
压与电流的相位差φ 。记录在表-1 中。
3.6、根据实验记录数据，计算电路的功率因数，讨论提高电路
功率因数的意义。
2020/11/26
3
EWEBW使B主用菜单简介
5、实验报告要求
5.1、完成实验数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 5.2、根据实验数据，绘制日光灯实验的电压相量图、电流相 量图，根据基尔霍夫定律解释支路电流大于总电流，部分电 压大于总电压的实验现象。 5.3、讨论改善日光灯功率因数的方法。为什么不采用串联电 容的方法提高功率因数？ 5.4、讨论改善日光灯电路的功率因数的意义。
2020/11/26
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若有不当之处，请指正，谢谢！
10
0 220
0
COSφ
PS
(W) (VA)
1.0 2.0 ? 220 4.0 5.0
0
1
说明：1）用模拟示波器测量相位差φ：根椐测量的电压与电流
初相时间差△t与周期T计 算：φ=(△t/T )×3600。
2）表中的功率因数COSφ、功率P (W) 、视在功率S(VA) 均为根据原始测量数据计算的实验值。
R 3
SW1 SW2 SW3
C1 C2 C3
1u
2u 2.5u
15W 灯管
250
+66.3
AC Volts
vi
6
采用Proteus仿真
2020/11/26
7
表-1 日光灯功率因数提高的仿真实验表
并联C U UL UR I ILR IC T △t
φ
(uF) (V) (V) (V) (A) (A) (A) (ms) (ms) (△t/T)
2.2、日光灯实验电路如图-1所示，图中R:日光灯管、 L:电抗镇流器、S:启辉器，C:补偿电容器--用以改善电路 的功率因数。
2020/11/26
1
图-1 提高日光灯功率因数实验电路原理图
S
R
IC
L
ILR
UR IC C
UL
I’I
1-1 电路原理图
II’
ILR
220V
U
φ’
φ I’
IC C
U
UL
UR R
1、实验目的
1.1、掌握电抗式日光灯的工作原理及其线路的接线方法。 1.2、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 1.3、学习电路仿真软件的使用。
2、实验原理
2.1、相量形式的基尔霍夫定律适用于正弦交流电路： 节点的 各支路电流相量和为零，即Σİ=0； 闭合回路的各段电路电压相量和为零，即ΣÙ=0。
增加 电容 电流
灯管 电流 不变
并联电容能改变电路的外特性； 不能改变电路内部特性！
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采用Proteus仿真 功率因数的提高
+265
A
+2Βιβλιοθήκη Baidu5
AC mA
AC mA
B +0.00
C
AC mA
D V1
镇流器
2.5H
+209
AC Volts
+220
AC Volts
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V1
VSINE VA=312V
光灯电路中镇流器电压UL、灯管电压UR及电路电流I，用虚拟
示波器测量电路电压与电流间的相位差φ，记录在表-1 中。
3.3、在日光灯电路中接入并联可调电容C，串联电容电流表IC。
并串联灯管支路电流表IRL。
3.4、调节并联电容量的大↑小↓，使电路总电流I降至最小(此时
电压U与电流I的相位差φ =0)。测量相应的电压、电流及相位差，
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4、 实验注意事项
4.1、仿真实验使用的EWB软件：在电路中插入元件或仪表时 可直接插入，但实际操作时则应断开电路接入！删去元件时 却会在此保留短接线，如删去电压表后还要删去短接线！ 4.2、电感负载串联电容实验，电路的总阻抗会下降，属于电 压谐振性质，要防止器件过电压过电流！
1-2 等效电路图
2020/11/26
U
L
UL
φ ILR UR
I=ILR
1-3 电压相量图
1- 4 日光灯并联电容 前、后的电流相量图
2
3、EWB仿真实验内容与实验步骤
3.1、根椐电抗式日光灯电路原理图，新建功率因数提高实验的
EWB仿真电路。
3.2、分别用EWB中虚拟电压表、电流表测量电源电压U、日
工具菜单
电基 源本
指 示
仪 器
元件与仪器菜单
启动
停止
电压与电流 开关 暂停
的相位差大
恢复
按键
1）日光灯电路的固有功率因数低
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C=0时电容支路应断开！ 调电容量按C键，改变增 减方向按大小写转换键。
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②并联电容提高电路总功率因数
电压与电流 的相位差小
总电流 下降了
2020/11/26
记录在表-1 中。
3.5、分别增加↑或减少↓并联的电容量，分别测量电压U、 UL 和 UR，测量总电流I 、灯管电流IRL和电容电流IC 、测量相应电
压与电流的相位差φ 。记录在表-1 中。
3.6、根据实验记录数据，计算电路的功率因数，讨论提高电路
功率因数的意义。
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EWEBW使B主用菜单简介
5、实验报告要求
5.1、完成实验数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 5.2、根据实验数据，绘制日光灯实验的电压相量图、电流相 量图，根据基尔霍夫定律解释支路电流大于总电流，部分电 压大于总电压的实验现象。 5.3、讨论改善日光灯功率因数的方法。为什么不采用串联电 容的方法提高功率因数？ 5.4、讨论改善日光灯电路的功率因数的意义。
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若有不当之处，请指正，谢谢！
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0 220
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COSφ
PS
(W) (VA)
1.0 2.0 ? 220 4.0 5.0
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说明：1）用模拟示波器测量相位差φ：根椐测量的电压与电流
初相时间差△t与周期T计 算：φ=(△t/T )×3600。
2）表中的功率因数COSφ、功率P (W) 、视在功率S(VA) 均为根据原始测量数据计算的实验值。
R 3
SW1 SW2 SW3
C1 C2 C3
1u
2u 2.5u
15W 灯管
250
+66.3
AC Volts
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采用Proteus仿真
2020/11/26
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表-1 日光灯功率因数提高的仿真实验表
并联C U UL UR I ILR IC T △t
φ
(uF) (V) (V) (V) (A) (A) (A) (ms) (ms) (△t/T)
2.2、日光灯实验电路如图-1所示，图中R:日光灯管、 L:电抗镇流器、S:启辉器，C:补偿电容器--用以改善电路 的功率因数。
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图-1 提高日光灯功率因数实验电路原理图
S
R
IC
L
ILR
UR IC C
UL
I’I
1-1 电路原理图
II’
ILR
220V
U
φ’
φ I’
IC C
U
UL
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