专业： 姓名： 实验报告
学号：__ _ 日期： 地点： 课程名称： 电工电子学实验 指导老师： 实验名称： 单向交流电路
一、实验目的
1.学会使用交流仪表（电压表、电流表、功率表）。 2.掌握用交流仪表测量交流电路电压、电流和功率的方法。 3.了解电感性电路提高功率因数的方法和意义。
二、主要仪器设备
1.实验电路板 2.单相交流电源(220V) 3.交流电压表或万用表 4.交流电流表 5.功率表 6.电流插头、插座
三、实验内容
1.交流功率测量及功率因素提高
按图2-6接好实验电路。
图2-6
(1)测量不接电容时日光灯支路的电流IRL和电源实际电压U、镇流器两端电压UL、日光灯管两端电压UR及电路功率P，记入表2-2。
计算：cosφRL= P/ (U·IRL)= 0.46
测量值 U/V 219 UL/V 172 UR/V 112 表2-2
计算值 IRL/A 0.380 P/W 38.37 cosφRL 0.46
(2)测量并联不同电容量时的总电流I和各支路电流IRL、IC及电路功率，记入表2-3。 并联电容C/μF 0.47 1 1.47 2.2 3.2 4.4
测量值 I/A 0.354 0.322 0.293 0.257 0.219 0.199 IC/A 0.040 0.080 0.115 0.170 0.246 0.329 IRL/A 0.385 0.384 0.383 0.387 0.387 0.389 表2-3
计算值 P/W 39.18 39.66 39.63 40.52 40.77 41.37 cosφ 判断电路性质 (由后文求得) 电感性 电感性 电感性 电感性 电感性 电感性 0.51 0.56 0.62 0.72 0.85 0.95 注：上表中的计算公式为cosφ= P/( I ·U)，其中U为表2-2中的U=219V。
四、实验总结
1.根据表2-2中的测量数据按比例画出日光灯支路的电压、电流相量图，并计算出电路参数R、RL、XL、L。
如图，由于IRL在数值上远远小于各电压的值，因而图中只标明了方向，无法按比例画出。 另外，此处IRL是按照UR的方向标注的。(如若按照cosφRL=0.46，得IRL与U的夹角φRL=-63°，则IRL与UR的方向有少许差别，这会在后文的误差分析中具体讨论。)
R=UR/IRL=294.7 Ω
据图得UL与IRL夹角为81°，则得：RL+jXL=Z=UL/IRL=26.9+169.9 j XL=169.9 Ω
L= XL/2пf=0.54 H
因而得：RL=26.9 Ω 是电感性还是电容性。
2.根据表2-3的数据，按比例画出并联不同电容量后的电源电压和各电流的相量图，并判别相应电路所得向量图如下，其中由于电压与电流数量级相差过多，电压未按比例绘制长度。 如图，由于φ全部<0，因此所测电路都为电感性。
并联电容C/μF I/A 测量值 IC/A IRL/A 向量图 φ 电路性质 0.47 0.354 0.040 0.385 <0 电感性 1 0.322 0.080 0.384 <0 电感性 1.47 0.293 0.115 0.383 <0 电感性 2.2 0.257 0.170 0.387 <0 电感性 3.2 0.219 0.246 0.387 <0 电感性 4.4 0.199 0.329 0.389 <0 电感性 3.讨论电感性负载用并联电容器的方法来提高功率因素的方法和意义。
根据上面各图所示，IRL在电容变化时基本保持不变，这是因为加在负载(包括电感和日光灯)两端的电压是恒定的，因此其内部的电流不变，而当并联的电容改变时，只改变IC的相位，因而导致I的相位改变，可以看出，在φ<0时，随着电容的增大φ越来越接近0，即I与U的方向趋于一致，因而cosφ趋向于1，功率因素提高。而当φ=0时，系统为电阻性，功率因素为1，功率利用率最高。而当电容继续增大时，φ>0且不断增加，致使cosφ变小，功率因素减小，此时系统处于电容性。此次实验由于实验次数与数据尺度的限制，没有出现电阻性和电容性的情况。
综上可得，提高功率因素的一般方法是，对于电感电路(日常使用电路通常为电感电路)，并联适当大小的电容器有利于功率因素的提高，其电容大小以使总电压与总电流相位差接近0为宜。根据公式计算，当f?012?LC1?C2，即并联谐振时，功率因素达到最大(式中R表示负载和电感的RL等效电阻)。在现实生活生产中增大功率因素是有积极意义的，因为这样可以更充分地利用电源所供给的功率，增大生产效率。由于日常所用电路大多为电感性的，因此并联电容这种方法能够得到广泛应用，但在实际电路设计制造中，可能会由于多种因素的限制影响，不可能使得功率因素刚好为1，只能尽可能接近于1，这也体现了理论与实践的差别。
五、心得体会
本次实验涉及到交流电，是从前的电学实验从未接触过的，总体感觉有些复杂，但经过仔细的实践和分析，最终结果还是比较符合要求的。在这次实验过程中，我们学习并使用了交流仪表，并掌握了测量交流电路中电流、电压及功率的方法，了解、分析了电感性电路提高功率因数的方法及其意义。
下面对本次实验的误差进行分析。在不接电容时测得的数据中(表2-2)，通过功率和总电压与电流的计算得到的cosφRL=0.46，为一个计算值，如继续算下去，可得φRL=-63°，即为IRL与U的夹角，然而根据分析可知，IRL应与UR在向量图中的方向相同，因此据此推算应得UR与U的夹角也为63°；然而根据测量值，UR与U的夹角约为51°，与计算值有所差异。这种情况下，应以测量值为准，因为计算值为二次数据，并非直接所得，因此可信度不如测量值高。造成这种现象可能有多种原因：1.电路上或仪表内有耗能元件，导致功率测量偏小，从而致使cosφRL偏小。2.由于功率表电流插孔的问题，电路总线上的电流未完全流入功率表，而有部分“漏过”功率表直接进入负载端，导致测得的功率偏小，进而使cosφRL偏小。3.由于这是电路首次接通后测得的数据，电路内部及仪表内部各元件可能还未达到稳定状态，对测得的数据有所影响，造成偏差，这种情况下应进行多组平行实验，以判断是随机误差还是系统误差。4.功率表或其他测量元件已损坏，这种情况发生的可能性较低，基本可以排除。
另外，这次实验不足的是，在更改并联电容大小时，未能设计足够多的组和恰当的数据尺度，导致实
验结果处理时，所得全部电路都为电感性，没有得到电容性和电阻性的电路，因而从未能体现出电容并联过度反而会使功率因素下降这一现象。此外，通过表2-3可见，随着并联电容的增多，功率P也有少许增加，因此推测可能电容也有少量负载耗电，这与理论上的理想电容器时有所差别的，当然这种现象的出现也不排除其他元件或温度的影响。
电工电子学实验二--单向交流电路
