功率因数提高实验

实验报告

课程名称：电网络分析实验 指导老师：姚缨缨 成绩：__________________ 实验名称：功率测量和功率因数提高 实验类型：研究探索型同组学生姓名：______ __ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1、 保持日光灯两端电压不变的条件下测定电流I 、功率P 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I2、 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^2－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

二、实验内容和原理

三、主要仪器设备

1.数字万用表

2.电工综合实验台

3.DG10互感线圈实验组件

4.DG11单向变压器实验组件

5.DG09 荧光灯实验套件

四、操作方法和实验步骤

一、接线要求:

第一步：检查灯管；

第二步：连线

第三步：电源从零开始逐渐增加至180V，调起辉器.

二、数据记录要求

1. 在日光灯启动过程中，因为电流冲击，仪表量程要选择足够的余量，记录数据时，应改变合适的量程读取数据。日光灯管是非线性器件，需要点亮数十分钟，在此期间可以观察电流、功率等数据是否有缓慢变化？待数据显示趋于稳定后，再读取记录实验数据。

2. 电容器C并联接入电路，其数值从0开始逐步增加，直到最大值8µF左右，增加的步长应根据功率因数的变化进行调整，最大不应超过1µF，实验过程中可根据电流表的示数变化来判断。在功率因数较高（即电流值小or大？）的时候，需要多取测量数据点。

3. 实验过程数据检查：实验最佳补偿电容时的电流和功率值。

三、数据处理要求：

.拟合I2-C曲线，得到最佳（完全）补偿电容C0

拟合P-C曲线，计算单位电容等效电导g

.由拟合I2-C曲线得到的公式，估算电源三次谐波的含量

－C有理经验公式的计算，要求列出计算过程

设计实验，测量灯管以及镇流器的等效参数。能否利用已经测得的数据来计算？

手工拟合曲线：I2－C用有理经验公式的计算，要求列出计算过程

实验名称：耦合电感等效参数的电工测量法与传递误差 姓名：刘震 学号：3130104721

注意

1. 电容C 暂时不接入电路，连接线路，点亮日光灯: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，起辉器开始动作，日光灯有闪亮。日光灯点亮之后， 调节输出电压到220V ，保持不变。此后实验过程中，可直接切断或接通电源，不需要再调节自耦变压器。

2. 线路故障检查： 日光灯管和起辉器接触是否完好

3. 经常性地通断日光灯会影响其寿命

4. 功率表的连接及其误差分析

5. 电容有损耗；接入电容会使电源电压升高

五、实验数据记录和处理

2.电压三角形法测量镇流器和日光灯管的等效参数

C 未接入时，使用交流电压表测得镇流器两端电压为181.2V ，日光灯两端电压为96.47V ，I=0.379A

3. 验证互感实验用的电感能不能作为日光灯实验备用方案的负载（保持电压为12V ）

使用两个50Ω电阻和互感正向串联作负载。

六、实验结果与分析

1.拟合I^2-C曲线，得到最佳（完全）补偿电容C0

使用origin pro9作二次拟合，得曲线如下图

1.由origin pro9分析得知，拟合曲线为

I^2=0.14411-4.60*10^4C+4.92*10^9C^2，

R=0.99982，拟合结果可信度高。

2、由origin pro9进行拟合点分析得知，C=4.66μF

时I^2最小，故最佳补偿电容C0为4.66μF。

2.拟合P-C曲线，计算单位电容等效电导g

由origin pro9分析得知，拟合曲线为P=36.52+4.29*10^5C，R=0.99415，拟合结果可信度高。

计算单位电容等效电导g,由拟合曲线得gU^2=4.29*10^5 S*V^2/F，g=4.29*10^5/(220^2)=8.86 S/F。

3.由拟合I^2-C曲线得到的公式，估算电源三次谐波的含量

U3^2=[a-(g^2+w^2)U^2]/8w^2

取值a=4.92*10^9,g=8.86,w=314,U=220代入得

U3^2=185.76V^2

U3=13.52V

4.I^2－C有理经验公式的计算，要求列出计算过程

假设补偿电容未接入时，电源电压U加到日光灯负载，线路总电流为I0，C=C1时线路总电流为Ic，则有Ic^2=(Ir+gC1U)^2+(Il-wC1U)^2,其中Ir是灯管电流的有功分量，Il是无功分量，因此Ic^2与C1之间满足Ic^2=aC1^2+bC1+I0^2.

经Origin拟合得知I^2=0.14411-4.60*10^4C+4.92*10^9C^2.

5.设计实验，测量灯管以及镇流器的等效参数。能否利用已经测得的数据来计算？

灯管相当于一个电阻元件，而镇流器是一个具有铁心的电感线圈，但它不是纯电感，我们可把它看成一个电阻RL、电感L串联的感性负载.

使用电压三角形法求解

U1=a=181.2V UR=b=96.47V U=c=220V

其中U1为镇流器两端电压，UR为日光灯两端电压

cosA=(c^2+b^2-a^2)/(2*b*c)=0.58;A=54.3度

cosB=(a^2+c^2-b^2)/(2*a*c)=0.90；B=25.5度

cosC=(a^2+b^2-c^2)/(2*a*b)=-0.18.C=100.2度

镇流器等效参数：

URL=U1*cos(π-C)=181.2cos78.8=35.2V

RL=URL/I=35.2/0.379Ω=92.9Ω

|UL|=U1*sin(π-C)=181.2sin78.8=177.7V

L=|UL|/wI=177.7/（314*0.379）H=1.5H

日光灯等效参数：

R=UR/I=96.47/0.379Ω=254.5Ω

七、讨论与心得

1.讨论

当初设计的备用方案之一（另一个是使用白炽灯串联镇流器）：将电感正向串接，用16V变压器输入，需要同时串接电阻。经多次仿真结果显示能将最佳补偿点控制在7μF左右，同时功率表读数在1.2w 左右，电阻的功率也没有超过1W。

另外，使用此方案，初始的功率因数高达0.9，虽然能看出补偿效果，但是效果实在不明显。如果要减小电阻，增大补偿效果，最佳补偿点需大于8μF。