功率测量及功率因数的提高

功率测量及功率因数的提高

一、实验目的
　　1、掌握功率的测量方法和功率表的正确使用；
　　2、通过实验了解功率因数提高的方法和意义；
　　3、进一步学习曲线的绘制，了解有理经验公式的求取方法。

　　二、原理说明
　　1、在正弦交流电路中，无源一端口网络吸收的有功功率并不等于UI，而是等于UIcos ，其中cos 称为负载的功率因数， 是负载电压与电流的相位差，称为功率因数角。在电压相同的情况下，线路传输一定的有功功率，如果功率因数cos 越小，则传输的电流就越大，传输线路上的损耗也就越大。负载功率因数过低，一方面不能充分利用电源容量，另一方面又在输电线路中增加了损耗，降低了传输效率。因此在工程上为了减少线路上的损耗，提高设备的利用率，供电部门总是要求用户尽量提高用电设备的功率因数。

　　2、负载电压与电流相位差的存在，是因为负载中有电感或电容元件的存在。日常生活中的负载大多是感性负载，例如驱动用的电动机，日光灯中的镇流器等等，它们的功率因数一般都较低。因此要提高负载的功率因数，可以采用在负载两端并联电容器的方法进行补偿，但补偿电容必须选择合理，不能太大，否则当负载呈现容性时，有可能使功率因数反而降低。

　　3、本实验中的日光灯负载由日光灯管、镇流器（带铁芯的电感线圈）和启辉器组成，是一个电阻与电感串联的电路。因此电源电压U、灯管电压UR、镇流器端电压UL之间应有 的关系。

　　图6.10.1 日光灯并联电容器用以提高功率因数

　　三、实验任务
　　1、将日光灯（30W，220V）及可变电容器按图6.10.1所示电路连接，功率表需外接。该功率表的电压回路的灵敏度很高，因而内阻很大，测量时对被测电路的并联分流作用极小；同时该表电流回路的内阻也很小，对被测电路串联分压效应也很小。

　　2、调节单相交流电源输出约180V，点亮日光灯后，再将日光灯两端电压升至额定电压220V，保持约10分钟，待灯管性能参数渐趋稳定后，开始实验，测量数据表格自拟。

　　3、保持电压表两端电压不变，改变可变电容的电容值，从C=0开始，逐渐增大电容C的值，直至最大，记录各电容值下的电压U、总电流I、有功功率P，确定实验最佳补偿电容值，数据表格自拟。注意各仪表量程的选择。

　　4、计算各测量点的功率因数 ，在直角坐标下绘出I—C、P—C、 —C的关系曲线，其中， 。

　　5、在分析I—C曲线的基础上，求I—C曲线的有理经验公式，并由此公式计算出I值标在图上，再次确定最佳补偿电容值，并加以比较；

　　6、用P—C曲线求电容的等效电导gC，其中g为电容器50Hz时单位电容的电导。

　　四、实验仪器设备
　　1、数字万用表
　　2、电工综合实验台
　　3、DG09荧光灯实验组件

　　五、预习思考及注意事项
　　1、熟悉日光灯负载的接线及工作原理。
　　2、在进行功率因数补偿时，本实验采用并联电容器的方法，为什么不采用串联电容器的方法？
　　3、电容器是否有功率损耗？如何确定？当电容量改变时，电流表和功率表的读数将有什么变化？
　　4、当负载功率因数很小时，用一般功率表来测量，读数较小，这时能否减小电压、电流的量限，为什么？
　　5、本实验电压不可能是理想正弦，由于日光灯是非线性元件，更加剧了电源输出电压波形的畸变。如何分析电压中三次谐波对实验的影响？
　　6、注意用电安全，改接线路时一定要先切断电源。

　　六、实验报告要求
　　1、记录实验数据，分析测量结果，绘制曲线，求出I—C有理经验公式；
　　2、计算最佳补偿电容值；
　　3、分析求取gC的方法。