三相交流电路认识实验报告(gxt)

东南大学电工电子实验中心

实 验 报 告

课程名称：

第 二 次实验

实验名称：交流阻抗参数的测量和功率因数的改善 院 （系）： 吴健雄学院 专 业：电类强化班 姓 名： 学 号：61013219 实 验 室: 204 实验组别： 同组人员： 实验时间：2014 年11 月 28日 评定成绩： 审阅教师：

交流阻抗参数的测量和功率因数的改善

一、 实验目的 1、

学习测量阻抗参数的基本方法，通过实验加深对阻抗概念

的理解； 2、

掌握电压表、电流表、功率表和单相自耦调节器等电工仪

表的正确使用方法。

二、 实验原理

1．正弦交流电路中的电阻、电感和电容元件。

电感元件中电压与电流是同频率的正弦量，但在相位上电压超前电流90度；电容元件中电压与电流是同频率的正弦量，但在相位上电流超前电压90度。它们不断与外电路进行能量交换用无功功率Q表示。 把电路的电压和电流的有效值乘积称为视在功率S表示。 2. 三电压表法。

先将一已知电阻R与被测元件Z串联，如实验内容图一（a）所示。当通过已知频率的正弦交流信号时，用电压表分别测出电压U、U1和U2，然后根据这三个电压向量构成的三角形矢量图和U2分解的直角三角形矢量图，从中可求出元件阻抗参数，如图一（b）所示。这种方法称为三电压表法。

R0

Z1,2

50Hz

Z =r+jX0

U

1

Ur

I

（a）测量电路 （b）相量图

图1 三电压表法

U2 U12 U22

cos

2U1U2

r

RUrU1wU1

由矢量图可得： Ur U2cos

Ux U2sin

L RUx

C

U1wRUx

3. 三表法：

50Hz

Z1,2

如图二所示：

图2 三表法

首先用交流电压表，交流电流表和功率表分别测出元件Z两端电压U、电流I和消耗的有功功率P，并且根据电源角频率w,然后通过计算公式间接求得阻抗参数。这种测量方法称为三表法，它是测量交流阻抗参数的基本方法。 被测元件阻抗参数（r、L、C）可由下列公式确定：

z

UI

PIU

cos

r

P

zcos I2

x zsin

x

L

w1C

xw

4.功率因数的改善原理：

通过对感性电路并联电容提高功率因数：电容的无功功率补偿电感吸收的部分无功功率，提高能量的利用率； 三、 实验内容

1、单相、三相交流电路的接线操作，按照强电实验操作规范接线、通电、操作：包括开关、熔断器、接触器、继电器、自耦变压器等电器设备结构原理的理解和使用方法。 此处暂略。 2、三电压表法

测量电路如图1所示，Z1=10Ω+L（114mH），Z2=100Ω+C（10uF），按表1的内容测量和计算。

R0

Z1,2

50Hz

Z =r+jX0

U

1

Ur

I

（a）测量电路 （b）相量图

图1 三电压表法 表1三电压表法

分析： 1）

误差计算：

电感内阻r测量误差为（26-22.44）/26*100%=13.69% 电感L测量误差为 (114-101.12)/114*100%=11.30% 电容C测量误差为（10.77-10）/10*100%=7.7% 2）

误差分析：

易得电感测量误差相对较大，而电容的测量误差较小较准确 （1）在测量过程中，电路发热，使得电感自身性质发生改变，导致测量值偏离理论值。而电容在状态下较为稳定，不易受到干扰。

（2）自耦变压器的旋钮十分敏感，示数会来会变化，故在记录数据的时候产生误差。

（3）电流表和电压表不是理想电压表。

3、三表法（电流表、电压表、功率表）

按图2所示电路接线，将实验数据填入表2中。 Z1=10Ω+L（114mH），Z2=100Ω+C（10uF），

50Hz

Z1,2

图2 三表法 表2 三表法

分析：

1.当Z=Z1时，测得的r包含了10Ω的电阻和电感的内阻，用I=0.3A和0.6A时测量值的平均值作为结果，则电感测得内阻

为（35.56-10）+（36.11-10）/2=25.84，测量误差为 (26-25.84)/26*100%=0.62%；电感测量值为（107.36+106.27）/2=106.2，测量误差为（（114-106.2）/114）*100%=6.3%。 可见，对电感的测量，用三表法测量误差仍然很大，原因与之前类似：

（1）在测量过程中，电路发热，使得电感自身性质发生改变，导致测量值偏离理论值。而电容在状态下较为稳定，不易受到干扰。

（2）自耦变压器的旋钮十分敏感，示数会来会变化，故在记录数据的时候产生误差。

（3） 电流表和电压表不是理想电压表。

2.当Z=Z2时，电容测量值为

9.87+9.86

=9.87（9.87+9.86）/2=9.865，2

测量误差为(10-9.865)*100%/10=1.35%，可见用三表法测量电容时误差仍然是很小的。

总结：由此可见，在两个试验中，对于电感的测量误差相对于电容来说较大，除了共同的系统误差原因之外，还与元器件自身的性质有关，因而我们在测量的时候，要想办法减少因人为因素造成的误差。 3.当Z= Z1+Z2时， 由测得数据可得 Xl=wl=35.81

Xc=1/wc=318.31 Z的两种情况的分析：

（1）Z = Z1 + Z2 = 136-282.5J（欧）此时总电路呈现容性； （2）Z = Z1||Z2时计算可得Z=46.26 + 30.82（欧）故此时电路呈现感性。 4、功率因数的改善

仍按图2接线，并将电容（24μF）并联在负载Z1两端。首先调节单相自耦调压器，使副方电压等于表2第二栏中测量出的电压值（负载为Z1时对应I=0.6A的电压值），然后测出I、P，计算cosθ，将实验数据填入表3中，并与不接电容前的负载功率因数相比较。

50Hz

Z1,2

图2 三表法 表2 三表法

表3

分析：

（1）当并联电容时与不并电容时测得的功率因数相比较，并联电容后功率因数提高了；

（2）并联电容分别为10uF和24uF时，功率因数分别提高到了0.814和0.918，即并联24uF比并联10uF提高功率因数更多。并联电容变大功率因数提高。 四、思考题

1、为了提高感性阻抗的功率因数，为什么采用的是并联电容而不是串联电容？ 答：

并联电容，可以保持负载两端电压不变，因而有功功率P不变，即不会改变原负载的工作状态。

我们通过并联电容，并利用电容发出的无功功率，部分（或全部）补偿感性负载所吸收的无功功率，此时能量的交换主要发生在负载与电容器之间，大大减少了与电源之间的交换，从而提高电源能量的利用率.并联电容后电源线路的电流减小了，从而减小了功率损耗。

若串联电容将完全改变电路特性，电容成为电路负载的一部分,改变原负载的状态。若功率因数不断增大，而当感性部分和容性部分和为零时，功率因数达最大1；而阻抗Z最小，由于此时电流最大，而加在电感，电容两端的电流均为此值，因此会在电感、电容两端产生很大的电压，可能会使电容击穿；

所以在感性负载两端适当并接电容来提高功率因数。 2、“并联电容”提高了感性阻抗的功率因数，试用矢量图来分析并联的电容容量是否越大越好？ 答：

随着电容增加，从矢量图上根据平行四

边形法则可知，功率因数增大；

当电容增加到一定程度时，电路呈现纯

电阻的性质，功率因数为1。

而当电容继续增加，此时U相位落后I，电

路呈现容性，功率因数减小。

综上所述，电容并非越大越好，增大到一定程度后功率因数会开始减小。

3、若改变并联电容的容量，试问功率表和电流表的读数应作如何变化？

答：负载是与电容并联的，负载的电流还是原来的电流，而总线的电流则是负载的电流与电容的电流之和，由于是感性的，负载电流与电容电流是反相的（电容电流超前于电压，负载电流落后于电压），所以总的电流会减小，电流表读数减小。

因为功率表的测量值为有功功率，并联电容不改变原来负载的状态，即两端电压不变，故有功功率不变，因而功率表读数不变，

五、 总结

1.测量阻抗参数有多种方法。

2.学会使用电压表、电流表、功率表和单相自耦调节器等电工仪表去测量我们想要的电路中的各值。 3.增加功率因数对于节约能源有很大帮助。