实验17正弦稳态交流电路相量的研究

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1、实验十七　正弦稳态交流电路相量的研究一、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.掌握日光灯线路的接线。3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。二、原理说明　　1.在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即　　　　ΣI＝0和ΣU＝02.图17-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，UR与UC保持有90O的相位差，即当R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。U、UC与UR三者形成一个直角形的电压三角形，如图17-2所示。R值改变时，可改变φ角的大小，从而

2、图17-1达到移相的目的。3.光灯线路如图17-3所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。图17-3图17-2三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1交流电压表0～450V12交流电流表０～5A13功率表14自耦调压器15镇流器、启辉器与30W灯管配用各1HE-166日光灯灯管30W1屏内7电容器1μF,2.2μF,4.7μF/500V各1HE-168白炽灯及灯座220V，15W1~3HE-179电流插座3屏上四、实验内容1.按图17-1接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4

3、.7μF/450V。经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出(即U)调至220V。记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系。测量值计算值U（V）UR（V）UC（V）U’（与UR，UC组成Rt△）（U’=）△U=U’－U（V）△U/U（%）2.日光灯线路接线与测量。图17-4利用HE-16实验箱中“30W日光灯实验器件”、屏上与30W日光灯管连通的插孔及相关器件，按图17-4接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U，UL，UA等值，验证电压、电

4、流相量关系。测量数值计算值P(W)CosφI(A)U(V)UL(V)UA(V)r(Ω)Cosφ启辉值正常工作值3.并联电路──电路功率因数的改善。利用主屏上的电流插座，按图17-5组成实验线路。图17-5经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表，电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。电容值测量数值计算值(μF)P(W)COSφU(V)I（A）IL(A)IC(A)I’(A)Cosφ012.24.7五、实验注意事项　　1.本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。2.功率表要正确接入电路，读

5、数时要注意量程和实际读数的折算关系。3.线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。六、预习思考题　　1.参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。2.在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？（HE-16实验箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做一下试验。）　　3.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？　　4.提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用

6、串联法？所并的电容器是否越大越好？七、实验报告　　1.完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。2.根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。4.装接日光灯线路的心得体会及其他。