交流阻抗参数的测量和功率因数的改善东南大学

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：电路实验第三次实验实验名称：交流阻抗参数的测量和功率因数的改善院（系）：专业：姓名：学号：实验室:103实验组别：同组人员：实验时间：2011/11/22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、实验原理对于交流电路中的元件阻抗值（r、L、C），可以用交流阻抗电桥直接测量，也可以用下面两种方法来进行测量。1．三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。当通过一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。由矢量图可得：222121222cos2cossinrxUUUUUUUUU111rxxRUrURULwUUCwRU2.三表法图如图二所示：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：2coscosUzIPIUPrzI22sin1xzrzxLwCxw三、实验内容1、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。Us~220V50HzIR0Z=r+jX01UU2U1,2Z1UUxU2U0rUIθ（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）实验中L用变压器的初级线圈，其电感量约为114mH，内阻为26Ω，实际测得r24.03，误差为2624.03*100%7.58%262）电感L的测量误差=11499.36*100%12.84%1143）电容C的测量误差=109.83*100%1.7%10可知电容测得较准确，而电感测量误差比较大。实际上，实验所采用的线圈，其给出的参考值本身就不是很准确，加之电感在实验中受实验时间影响比较大（发烫），所以其实际参数并不是准确等于给定值的。三表法测量还是很准确的，这一点可以从电容的测量误差看出。除此之外，实验的误差还来自实验过程中对电压表的读数和调节。2、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），Z测量参数计算参数U/VU1/VU2/VcosθUr/VUx/Vr/ΩL/mHC/uFZ1306.525.60.6115.6220.2924.0399.36Z2308.828.50.020.5728.509.83VA**Us~220V50HzUIPR0Z=r+jX01,2Z图2三表法表2三表法Z测量参数计算参数I/AU/VP/Wz/Ωcosθr/Ωx/ΩL/mHC/uFZ10.315.203.5650.670.7839.5631.66100.780.630.8014.2351.330.7739.5332.74104.21Z20.398.908.88329.670.30314.5610.120.6198.1035.80330.170.30314.8410.11Z1+Z20.394.3012.40314.330.44137.78282.5211.270.6188.7049.71314.500.44138.08282.5711.26Z1//Z20.316.204.2554.000.8747.2226.1783.300.632.6016.9754.330.8747.1427.0185.98分析：36100*114*1035.8111318.31100*10*10LCxwLxwC当Z1+Z2时，121026100136()0LCLCLCZZZJxJxJxxXxx电路呈容性当Z1//Z2时，(36)*(100)1*212136()LCLCJxJxZZZZZJxx算得最终X0电路呈感性3、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。表3分析：从表中数据可看出：1）并接电容后，cosθ都变大，功率因数提高。2）并接24uF的电容比并接10uF的电容提高的功率因数更显著。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：1）提高功率因数的原则：必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。2）并联电容，只要保持负载两端电压不变，即可保证有功功率P不变，即不会改变原负载的工作状态，而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，从而减轻了电源和传输系统的无功功率的负担。3）串联电容，则'()LCzRJxx,而没并电容之前，LzRJx,|'|z可能变大，也可能变小，或不变，因此总电流就不能确定,功率因数cosPIU也就不能确定是否提高。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？(a)(b)并联电容测量参数计算参数I/mAU/VP/Wcosθcosθ’10uF490.4530.8012.180.810.7724uF435.4530.8012.150.91答：感性负载并联电容提高功率因数的电路如图（a）所示；以电压为参考相量作出如图（b）的相量图。其中1为原感性负载的阻抗角，为并C后线路总电流UI。。与间的相位差。从矢量图上根据平行四边形法则可知，若C值增大，Xc减小，IC将增大，I将进一步减小，从而更小，功率因数更高。但并不是C越大、I越小。再增大C，I将领先于U。，成为容性。一般将补偿为另一种性质的情况称作过补偿，补偿后仍为同样性质的情况叫欠补偿，而恰好补偿为阻性（IU。同相位）的情况称作完全补偿。所以并联的电容并非越大越好。4、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：由2）中结论，对电容变大、补偿后仍为感性的情况：1）负载电流取决于所加的电压，电压没变，负载电流也没变。2）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P=UI*Cosφ，P，U不变，当Cosφ增大，则I变小。）3）负载有功功率不变，即功率表读数不变。