正弦稳压交流电路相量的研究--实验记录
【实验目的】
1、研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系 2、掌握日光灯工作原理及其线路的接法 3、了解改善电路功率因数的意义和方法
【实验原理】
1、单相正弦交流电路中，支路交流电流值和回路各元器件两端的交流电压值都满足向量形式的基尔霍夫定理。
2、在RLC串联回路中，通过电容的交流电流相位超前电压90°，通过电感的交流电流相位滞后电压90°。
3、电路的功率因数等于交流电路中电压与电流之间相差的余弦，对于纯电阻电路来说，功率因数等于1。而对于带有电容和电感的交流电路，由于电路中电压与电流的夹角不为0，所以功率因数通常都小于1。
4、电路的功率因数的计算式为P/UI，其中P是电源输出功率，U和I是电路的交流电压和交流电流。
5、功率因数反映的是负载对电源的利用率，功率因数越接近1说明负载对电源的利用率越高。
6、日光灯线路属于电感性电路，负载上电流相位滞后电压90°，因此功率因数较低，通常采用并接电容的方法来提高功率因数。
【实验设备】
1、1个单相交流电源，0-220V 2、1个三相自耦调压器 3、1个交流电压表 4、1个交流电流表 5、1个功率表
6、2个白炽灯泡，15W/220V 7、1个镇流器，DGJ-04 8、1个1uf电容，DGJ-05 9、1个2uf电容，DGJ-05 10、1个4.7uf电容，DGJ-05 11、1个启辉器，DGJ-04 12、1个30W日光灯
【实验步骤】
步骤1. 按照图1-1连接电路，接入1只灯泡，接通220V市电电源，将电源输出
调节到220V，用交流电压表测量电源电压U，灯泡两端电压U2，电容两端电压U1,填入表1。利用测量数据U1,U2,计算其交流电压和U’，并利用反三角函数计算U2与U的夹角a。验证U,U1,U2是否形成一个直角形的电压三角形。
步骤2. 按照图2-1连接电路，接入2只灯泡，接通220V市电电源，将电源输出调节到220V，用交流电压表测量电源电压U，灯泡两端电压U2，电容两端电压U1,填入下表。利用测量数据U1,U2,计算其交流电压和U’，并利用反三角函数计算U2与U的夹角a。验证U,U1,U2是否形成一个直角形的电压三角形。并将结果与步骤1的计算结果对比，验证U2相量轨迹是否在半圆上。
步骤3. 按照图3-1连接电路，该图中日光灯管由R1等效表示，启辉器由R2和开关J1等效表示,镇流器由电感等效表示。连好电路后，接通220V市电电源，将电源输出从0V开始逐步调大，当日光灯刚被点亮时（此时电源电压应小于220V），记下启辉时，各电压表、电流表、功率表数据填入下表。然后将电源电压继续增大至220V，记下正常工作时的相关数据，填入下表，验证电压相量关系是否满足直角三角形。
步骤4. 如图4-1在日光灯电路中分别并联电容以改善电路的功率因数。注意该图为日光灯电路的等效图，图中日光灯管由R1等效表示，启辉器由R2和开关J1等效表示,镇流器由电感等效表示。连接好电路后，接通220V市电电源，将电源输出调节到正常工作电压220V。记下各电压表、电流表、功率表数据填入表4。验证并联电容对电路功率因数的改善。注意此时电路总电流I’的计算值可使用估算式I’=IL-Ic。功率因数的计算采用将测量数据代入公式P/UI得出。
【实验所绘电压向量图】
U(R) U(C) U
ψ
【实验后思考题】
1.为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？ 答：减小。电流和功率是不变的。
2.提高电路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？
答：由于是感性负载，线路需要补偿的是感性无功，所以要用并联电容器法补偿，而串联法是无法做到的。电容器也是无功元件，如果补偿过头，造成过补偿，线路中的容性无功功率过大，线路的功率因数一样会降低。
【实验总结】
1.在单向正弦交流电路中，电压之间和电流之间的关系满足向量形式的基尔霍夫定律。
2.电压满足向量三角形关系。
3.在日常的用电设备中，用电负载多数为感性负载，功率因数较低，在负载端并接电容器可以提高功率因数。 4.明白了镇流器与启辉器的作用与使用。
5.测得的数据与理想状态还有些差距，虽然此次实验误差普遍比较大，但是以后做实验更应该精细化，使实验数据更为可靠。比如此次的起辉电压应该可以做得更精密的。
电路与模拟电子技术 正弦稳压交流电路相量的研究--实验记录
