电路功率因数的提高实验

实验二电路功率因数的提高

一、实验目的

1、了解提高电路功率因数的意义及方法

2、进一步掌握功率表的使用方法。

3、学习使用低功率因数表。

二、原理与说明

1、发电机或变压器把电能经输电线传送给负载。图2-1是供是线路图，在工

业频率下，当传输距离不长，电压不高时，线路阻抗Z1可以看成电阻RL和感抗XL相串联的结果。若输电线的始端（供电端）电压为U1，终端（负载端）电压为U2，负载阻抗和负载功率分别为Z2（=R2+jX2）和P2，负载端功率因数为cosφ,则线路上的电流为：

图2-1

线路的电压降为ΔU=U1-U2

输电效率为

式中，P1为输电线始端测得的功率，P2为负载端的功率，ΔP为线路上的损耗功率，R1为负载阻抗的实部。

2、在用户中，一般的感性负载居多，如电动机、变压器等，其功率因数较低，当负载的电压一定时，功率因数越低，输电线路上的电流越大，导线上的压降越大，由此导致电能损耗增加，传输效率降低，发电设备容量得不到充分的利用，从经济效益来说，也是一个损失。因此，应设法提高功率因数。通常在负载端并联电容器，这样以流过电容的容性电流补偿原来负载的感性电流，虽然此时负载消耗的有功功率不变，但随着功率因数的提高，输电线的总电流减小，线路压降减小，线路损耗降低，因此提高了电源设备的利用率和传输效率。

3、本实验用调压器作电源，用一个具有较小阻抗的元件模拟输电线路阻抗，用感性元件模拟负载阻抗，研究在负载端并联电容器改变负载功率因数时，输电线路上电压降和功率损耗情况以及对输电线路传输效率的影响。

4、日光灯负载是感性负载，因此可以用功率因数表直接测量电路的功率因数，同时观察在日光灯电路两端并联上不同值的电容器时，线路电流及负载功率因数的变化情况。

由于日光灯电路中的电流波形是非正弦波的，它会给实验结果带来误差。

三、任务与方法

1．研究模拟简单供电线路的工作情况

实验电路如图2-2所示，Z1为线路阻抗，保持负载端电压U2（Uab）为给定值不变。

（1）调节C=0，开关K合向“1”端，测得U1、P1及I。

（2）开关K打向“2”端，测得U2、P2。

实验数据记录于表一中的第一行。根据测得的I、U1、U2、P1、P2值，计算cosφ、ΔU、ΔP和η值。

2．研究负载端（a、b）的功率因数不同时对ΔU、ΔP和η的影响。

实验电路同上，保持U2不变，依次增加并联在负载上的电容值，使电路负载端的功率因数逐步提高，直到呈容性为止。

将所测得的各组I、U1、U2和P1、P2数据记录于表一，并计算cosφ、ΔU、ΔP和η值。

图2-2

四、注意事项

1．注意单相调压器的正确使用，身体不要触及带电部分，以保证安全。2．实验中注意调压器的输出电压，以保持负载端电压不变。

3．在改变负载端的功率因数时，尽量测出cosφ接近于1的一组数据。4．若日光灯作负载，注意电路的正确联接，镇流器必须与灯管相串联，以免损坏灯管。

五、思考题

1．研究负载端并联电容与负载端功率因数的关系时，若负载两端电压保持不变，线路上只有一只电流表，如何从负载电流的变化情况判断功率因数的

增减？在什么情况下cosφ=1？

答：当测得负载端的电流增大时，可以判断出功率因数减小，当测得负载端的电流增小时，可以判断出功率因数减大；当测得线路的电流与负载端的电流相等时，可以判断出此时的功率因数cosφ=1。

2．若日光灯电路在正常电压下不能点亮，如何用一只交流电压表尽快地查出故障部位？试写出简捷的查找步骤。

答：可以用交流电压表测量启辉器两端的电压，如果测得的电压与电源电压相等，则可能是启辉器已经损坏，如果测得的电压为0伏，则可能是灯管的灯丝已经损坏或镇流器已经损坏。

3．画出相量图，分析在感性负载端并联适当的电容器以后为何可以提高负载端的功率因数。

由相量图可以看出，在感性负载端并联适当的电容器以后，阻抗角变小，功率因数提高。

六、仪表设备

1、TDGC-1/0.5接触调压器一台。

2、T19型电流表1只。

3、T75型电压表1只。

4、D34型功率表1只。

5、滑变阻器（200Ω）1只。

6、日光灯电路板1套。

7、可变电容箱1只。

8、电压测针1支，导线若干。