无功补偿与功率因数的提高

Δp ，故不断改变电容值， ΔC U 2
三、主要仪器设备
电工综合实验台、数字万用表、导线、DG09 荧光灯实验组件。
四、操作方法和实验步骤
1、按图接线。其中电容 C 暂时不接入电路。注意电源连接时不要接到“PE”端。
2、第一次通电前，要求自耦变压器输出起始为 0，接通电源后，调节旋钮增大输出电压，要求用交流 电压表监测端电压 （灯管＋镇流器两端的电压） ， 当电压达到 180V 左右， 起辉器开始工作， 点亮日光灯。 日光灯点亮之后，调节输出电压到 220V，保持电压不变。 3、将可调电容接入，调节不同的电容值，记录每个时候的 I、P、cos φ 的值。 4、改变功率表的测量方式，测量镇流器两端的功率和电压。
二、实验内容和原理
内容： 1、保持日光灯两端电压不变的条件下测定电流 I、功率 P、功率因素角 cos φ 与电容 C 的关系； 2、通过实验了解功率因数提高的意义； 3、作出 I 、P、cos φ 和电容 C 的关系曲线； 4、用 P－C 曲线求单位电容的等效电导 g； 5、求 I －C 曲线的有理经验公式； 6、由测量数据计算灯管以及镇流器的等效参数。 原理： 1、
, 所 以 单 位 电 容 的 等 效 电 导
g
0.3194 106 6.599S / F （此时电容电位按 F 计算，而不是 uF）。 2202
a g2 2 U 2 8 2
2 4、电源中三次谐波为 U 3


，计算得 U 3 28.2V 。
5、 日光灯、镇流器的等效参数的计算： 其等效模型看成镇流器为电阻加电感、日光灯为电阻。所测数据有 C=0 U=220V I=0.384A P=37.96W U1 =180.2V P1 =6.90W
0.147456 0.128881 0.106929 0.090601 0.075625 0.070756 0.060516 0.049729 0.044100 0.038809 0.038025 0.038025 0.040000 0.044100 0.049284 0.054756 0.063504 0.076729 0.090601
2 2 2
a 0.00402 0.2102 a 3.67 2 b 3.67 0.147 { ，解得 { ， 2 2 b 0.0428 0.252 a 8.07 b 8.07 0.147
所以，I2 －C 有理经验公式为 I (0.00402C 0.0428C 0.147)A
5、关闭电源，整理实验台。 注意事项： 1、电容 C 暂时不接入电路，连接线路，点亮日光灯； 2、线路检查：日光灯管和起辉器接触是否完好； 3、注意功率表的同名端不能弄反。 4、注意用电安全，改接线路时一定要切断电源。
五、实验数据记录和处理
记录： 1、总电压保持 U=220V 不变 各组测量数据 C/uF 0 0.47 1 1.47 2 2.2 2.67 3.2 3.67 4.4 4.67 4.87 5.4 5.87 6.6 7.6 8.07 8.6 9.07 I/A 0.384 0.359 0.327 0.301 0.275 0.266 0.246 0.223 0.210 0.197 0.195 0.195 0.200 0.210 0.222 0.234 0.252 0.277 0.301 P/W 37.96 38.15 38.15 38.43 38.80 38.76 38.85 39.08 39.36 39.49 39.51 39.37 39.82 40.01 40.29 40.50 40.46 40.69 40.82 cosφ L0.45 L0.49 L0.54 L0.59 L0.65 L0.67 L0.74 L0.81 L0.87 L0.94 L0.95 C0.95 C0.93 C0.89 C0.84 C0.80 C0.74 C0.67 C0.62 I2 /A2
座号：C8
专业：电气工程及其自动化 姓名：
实 验报告
课程名称：电网络分析 实验名称：无功补偿与功率因数的提高 指导老师：姚缨英老师 实验类型：电路实验
学号：
日期：4 月 1 日
地点：东三-206
成绩： 同组学生姓名：
一、实验目的和要求
1、通过实验了解功率因数提高的方法和意义； 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、掌握有功功率的测量方法和功率表的正确使用； 4、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。
I=0.281A,P=39.14W, 后面测时 I=0.275A,P=38,80W，发现不一样后询问老师说这样是正常的，只要功率因 数角不变就可以。我觉得可能是日光灯是非线性器件，还未稳定时我就开始测数据，造成了电流、功率等 数据的变化。因此，测量时应等待数据趋于稳定后，再读取记录实验数据。 4、思考题： 如何根据电流表的读数来判断负载功率因数等于 1 的情况？ 答：当电流表的读数最小时，负载功率因数等于 1。 在日光灯电路中，如果缺少启辉器，在确保安全的情况下，如何使日光灯点亮？ 答：用导线将启辉器两端短接，等日光灯点亮后再断开。 心得： 本次实验原本较简单，但姚老师加大难度，要求我们设计一个备用方案以防日光灯无法点亮，这虽花 费了时间去思考，却锻炼了我们的探究能力和增添了实验的趣味性。 通过实验，我了解到可通过并联容性负载的方法对感性电容功率因素的提高，而电网中的电力负荷往 往也是感性负荷，所以在电网中并联电容器等无功设备从而减少电能损耗，将实验原理和生活相结合。 此外，此时实验报告的书写也提高了我对曲线拟合的理解和对数据处理的能力，受益匪浅。
R
P 257.4 I2 P1 R1 2 46.8 I
R2 R R1 210.6
L
U 12 ( IR1)2 1.49 H I
U 1 cos2 1.63H ，与上面算得电感值也很接近。 ） I
（如果根据 L
七、讨论、心得
讨论： 1、最佳补偿电容值的确定： ①从 cos φ-C 曲线和测量数据可以得到最佳补偿电容的大小大概在 4.67~4.87 uF 之间； ②从二次拟合的 I2 -C 曲线得出最佳补偿电容大约为 5.29uF; ③I2 －C 有理经验公式的计算得出最佳补偿电容大约为 5.32uF； 可能由于后面几组数据我是从电容值从大到小测得，造成了后面几种数据有一点偏差，使得拟合的曲 线的向右移了一点，所以导致计算出的最佳补偿电容值不在从功率因数和电容关系得出的范围中。 但使用 I2 -C 曲线确定最佳补偿电容值，更为合理，因为其较好地避免了电容值的离散性，且利用到 了所有的数据点，避免了偶然误差，精确度较高，所以更为合理。 2、三次谐波影响的分析： 查阅资料知，三次谐波的频率为 150Hz，谐波电流的幅值是基波电流的 1/3。当电容逐渐增大时，电 路会首先对三次谐波产生并联谐振， 使功率因数在三次谐波发生并连续谐振是有一个陡升， 也就是说 cos φ —C 图像并不会想上图一样平滑，而是会包含几个尖峰。同时，三次谐波频率的不一样会使ωC 变化，使 最后确定的最佳补偿电容产生误差。 而实际电网中，三次谐波的存在使电网不是纯净工频 50Hz 正弦波交流电，对变电设备和用电设备等 都会产生一定危害，称之为电网污染。 3、实验过程我发现过一段时间加同一电容值时测出的电流功率会发生变化，比如开始我测 2uF 时
2 2
2 、等效电导与电容值成正比，则总电流与接入电容值的关系： I 2 ( I gCU )2 ( I ωUC )2 ， R L
2 I 2 I0 aC bC 2 。
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3、负载功率不变，电容介质损耗： p gC U 2 Δp ~ gΔC U 2 g C 测得电路总功率与电容 C 的关系，即可得到单位电容电导 g。
2


2 0.00384
5.29uF 。
2、I －C 有理经验公式的计算：其公式为 ICx 2 aCx2 bCx2 IC 0 2 ， 其中 IC0 为补偿电容未接入时的线路总电流，所以 IC0 =0.384 ≈0.147A ， a、b 的确定——在曲线上最低点两测取两点数据(3.67,0.2102 )( 8.07,0.2522 )，待定系数法求解
2 2 2
，其中 C 的单位为 uF。由此
算得的最佳补偿电容值为 C 0
b 5.32uF 。 2a
3、线性拟合 P-C 曲线，得到拟合曲线 P 0.3194C 38.02 W ，其中 C 的单位为 uF。又理论上
P gCU 2 GU 2
， 对 比 系 数 可 得 gU 2 3.194 107
2、在不接入电容时，镇流器两端电压 U1=180.2V，P1=6.90W。 处理： 1、
2、
3、
六、实验结果与分析
1、 二次拟合 I2-C 曲线， 得拟合曲线 I 2 0.00384C 2 0.0406C 0.144 A2 ， 其中 C 的单位为 uF， 由此得最佳补偿电容为 C 0.0406 0