感性负载功率因数的提高

一、实验目的

1、 研究争先稳态交流电路屮电压电流相量Z间的关系； 2、 理解日光灯电路的工作原理及电路的设计； 3、 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、实验原理

提高感性负载功率因数的研究：

供电系统由电源（发电机或变压器）通过输电线路向负载供电。负载通常有电阻 负载，如白炽灯、电阻加热器等，也有电感性负载，如电动机、变压器、线圈等，一 般情况下，这两种负载会同时存在。由于电感性负载有较大的感抗，因而功率因数较 低。

若电源向负载传送的功率 P UIcos ,当功率P和供电电压 U —定时，功率因数 cos越低，线路电流 I就越大，从而增加了线路电压降和线路功率损耗 阻为Ri,则线路电压降和线路功率损耗分别为 功率因数越低，表明无功功率就越大，

，若线路总电

Ui IRi和 Pi I2R1 ；另外，负载的

电源就必须用较大的容量和负载电感进行能量交

从而降低了电源容量的利用率。

因而,

换，电源向负载提供有功功率的能力就必然下降，

从提高供电系统的经济效益和供电质量，必须采取措施提高电感性负载的功率因数。

通常提高电感性负载功率因数的方法是在负载两端并联适当数量的电容器， 的总无功功率 Q= QL— QC减小，在传送的有功率功率 路电流减小。当并联电容器的

使负载

P不变时，使得功率因数提高，线

QC=QL时，总无功功率 Q=0,此时功率因数 cos = 1,

线路电流I最小。若继续并联电容器，将导致功率因数下降， 称为过补偿。

负载功率因数可以用三表法测量电源电压 P

cos —计算。

UI

本实验的电感性负载用铁心线圈， 压器调压供电。

线路电流增大，这种现象

U、负载电流 I和功率 P,用公式

（日光灯镇流器）电源用 220V交流电经自耦调

三. 实验设备

1. 交流电压表、电流表、功率表（在控制屏） 2. 自耦调压器（输出可调的交流电压）

3. 镇流器，启辉器，630V/4.3卩F电容器，30W B光灯

四. 实验内容

提高感性负载功率因数实验: 按图3-2组成实验电路经指 导老师检查后，按下按钮开关， 调节自耦变压器的输出电压为 220V,记录功率表、功率

因数表、电压表和电流表的读数, 接入电容，从小到大增加电容值,

记录不同电容值时的功率表、功 率因数表、电压表和电流表的读 数，并记入表3-1屮。实验中用

电流取样插头测量三个支路的电流。在实验过程屮，一直要保持负载电压 便对实验U2等于210V,以 数据进行比较。

注意：日光灯启动时电流较大

（约0.6A）,工作时电流约为0.37A,注意仪表量程选择。

表3・1提高感性负载功率因数实验数据

C ( F) T A \\ / P (W) U ( V) Uc ( V) UL ( V) UA ( V ) I ( A) 1 L \\ ) cos U 0.4/ 1 1 4 V1.4/ ---- C C ------ Ic ( A)

2.67 3.2 3.67 4.3 4.77 5 6.47 6.5 7.5 五. 实验注意事项

1. 通常，功率表不单独使用，要有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不 超过功率表电压和电流的量程；

2. 注意功率表的正确接线，上电前必须经指导教师检查；

3. 自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时，使其输出电压从零开 始逐渐升高。每次改接实验负载或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。 必须严格遵守这一安全操作规程。

六. 预习与思考题

1. 自拟实验所需的表格；

2. 参阅课外资料，了解日光灯的电路连接和工作原理；

3. 当日光灯上缺少启辉器时，人们常用一根导线将启辉器插座的两端短接一下，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？

4. 了解功率表的连接方法； 5. 了解自耦调压器的操作方法。

6. 电感性的负载为什么功率因数较低？负载较低的功率因数对供电系统有何影响？为 什么？ 7. 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？此时感性负载上的电流和功率是否改变？

8. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？

七. 实验报告要求

1. 根据实验1的数据，计算镇流器的参数（电阻 R和电感L）:

2. 根据实验2的数据，画出各个电压和电流的相量图，说明各个电压之间的关系。 3. 根据实验2数据，计算出日光灯和并联不同电容器时的功率因数，并说明并联电容 器对功率因数的影响。绘制出功率因数与所并电容的曲线，所并电容是否越大越好

4. 根据表3-1中的电流数据，说明 1=1+1

C RL

？

吗？为什么？

7. 画出所有电流和电源电压的相量图， 说明改变并联电容的大小时， 相量图有何变化?

8. 根据实验2数据，从减小线路电压降、线路功率损耗和充分利用电源容量两个方面 说明提高功率因数的经济意义。

9. 回答思考题6、7、8o

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