电工电子实验报告(非电类)1电子电工综合实验论文交流元件参数的测量和负载功率因素的提高姓名:孙维班级:11111001学号:1111100126电工电子实验报告(非电类)2一、摘要:本文主要是研究如何测量交流元件电感、电容的参数以及感性负载功率因数的提高。由于电容、电感是交流元器件,所以测量它们参数的电路必须是在交流电路中,在电路中我们还要研究感性负载的功率因素的提高。在众多测量电容、电感的的试验方法中,相量法和伏安法是测量比较方便,准确度比较高的方法。它们利用电路原理中的相量分析法和交流通路中的欧姆定律,间接的测量出了交流元件的参数。感性负载功率因素提高的试验中,通过改变与感性负载相并联的电容C的值,找出感性负载功率因素的最大值。利用Multisim11.0软件进行仿真,测量参数,获取实验的波形图,同时用Excel记录了相关的仿真数据,绘制了图形。此外,还介绍了一些关于提高功率因素的重要性和实际生产中的应用。二、关键词:电感电容相量法伏安法负载功率因素三、引言:在一些实验环节中,有时我们需要用简单的仪器,快速准确地测量出交流器件电容、电感的参数。相量法和伏安法能够方便精准的间接测量出它们的参数,满足实验的所需。研究负载的功率因素提高,很有实际意义。通过研究负载的功率因素变化规律和如何让其提高功率因素,对于提高能源的利用率的和社会的可持续发展着实有着重要的意义。在实验中,通过仿真软件的模拟,能更好的分析和理解测量电路的原理以及电路可行性的研究。通过模拟测量多组数据,绘制相应曲线,并进行了相应的分析,从而达到研究的目的。四、正文:1.实验要求:测量交流元件电感、电容的的参数(至少用两种不同的方法测量)感性负载功率因素的提高(1)电感参数的测量(2)电容参数的测量(3)感性负载功率因素提高的研究2.实验原理:电感参数的测量(1)相量法测电感相量法测电感又称为“三点压法”,是一种间接测量方法,不仅可以测量电感,而且常用于测量阻抗。它利用电路原理中相量分析法,计算出电感和直流电阻,测量的精度取决于仪表的准确度。其优点是测量方便,只要正弦电源和交流电压表即可。ⅰ)实验原理图:实际的电感是由理想的L和r组成的。将一个外接电阻R与实际电感相串联,连接到交流电压源上,只需测量有效值U、UR、ULr,就可利用余弦定理计算。电工电子实验报告(非电类)3图1ⅱ)相量图分析:图2只需测量有效值U、UR、ULr,就可利用余弦定理计算θ=arccosUUUUULrRLrR2222(1)UULrrcos180(2)180sinUULrL(3)RIUR(4)ULUrURULr.UURrLV电工电子实验报告(非电类)4ILUL(5)IrUr(6)ⅲ)实验内容根据实验原理,设计的电路图及元件参数如下:U=120VR=1Kf=60Hz实验测得961.58URV,012.63ULr,将所测数据带入上面(1)(2)(3)(4)(5)(6)式中,即可得:θ=arccosUUUUULrRLrR2222=350.159UULrrcos180=963.58V180sinUULrL=22.221VRIUR=58.961mAV1120Vrms60Hz0°R11k?R21k?L11HU1AC10MOhm58.961V+-U2AC10MOhm63.012V+-U3AC10MOhm120.000V+-电工电子实验报告(非电类)5ILUL=1.001HIrUr=0.999K又已知选取的电感的实际参数为L=1.000H,r=1.000K,所以:L的相对误差E=00001.0100000.1000.1001.1r的相对误差E=00001.0100000.1000.1999.0(2)伏安法测电感伏安法是一种间接测量方法,用于测量线性或非线性电感的情况。其误差取决于电压和电流表的准确度。ⅰ)实验原理图实际的电感是由理想的L和r组成的。将一个外接电阻R与实际电感相串联,测量时分别对电感元件通以直流和交流,测量其上的直流电压UD、直流电流ID和交流电压UA和交流电流IA。则电感元件的等效电阻为IURDDx(7)电感元件的等效阻抗为RLI电源电工电子实验报告(非电类)6(8)由此可得电感值Lx为Lx=fDDAAIUUU222(9)式中,f是交流电源的频率。当感抗Zx电阻R时,可以近似于Lx=IUAAf2(10)ⅱ)实验内容根据实验原理,设计的电路图和参数如下直流电源10V交流电源频率f=60HZ,电压有效值U=120V通直流电时的电路图如下:V110VR11kΩL11HU1DC10MOhm10.000V+-U2DC1e-009Ohm0.010A+-测得直流电压UD=10.000V,直流电流ID=0.010A通交流电时的电路图如下:IUAAZ电工电子实验报告(非电类)7V1120Vrms60Hz0°U1AC1e-009Ohm0.112A+-R11kΩL11HU2AC10MOhm120.000V+-测得交流电压UA=120.000V,交流电流IA=0.112A将所测数据带入有:IURDDx=1K=1.071KLx=fDDAAIUUU222=1.021HL的相对误差E=00001.2100000.1000.1021.1电容参数的测量(1)数字式表测量电容数字式仪表测量电容的方法之一是将待测电容量转化成直流电压,再利用数字电压表测量出电压,以完成UC的转换。这样在测量其他电路元器件参数时就可增加测量电容的档位。IUAAZ电工电子实验报告(非电类)8数字式仪表测量电容的另一种常用的方法是脉宽调节法(PWM)。基本原理是利用被测Cx电容的充放电过程去调制一个频率f和占空比D均固定的脉冲波,使其占空比D与Cx的值成正比,记过滤波后得到直流电压U0送到A/D转换器,转换成数字量并显示。(2)伏安法测电容采用伏安法测电容如下图所示,当加上频率为f的正弦交流电源后,只须测量电压U和电流I。ⅰ)实验原理图:在忽略电容本身的损耗时,即有fUCx21式中,当电流单位为A,电压单位为V,电容单位为F。ⅱ)实验内容根据实验原理,设计的电路图和参数如下:交流电压有效值U=120V,频率f=60HZV1120Vrms60Hz0°C11µFU1AC10MOhm120.000V+-U2AC1e-009Ohm0.045A+-实验测得U=120.000V,I=0.045AAVUcXI电工电子实验报告(非电类)9代入公式fUCx21可解得106995.0CxF=0.995F又已知选取的电容的1CxFCx的相对误差E=00005.0100000.1000.1995,0感性负载功率因素的提高由荧光灯作为感性负载,研究提高功率因素。ⅰ)实验原理图:提高感性负载的电路图如下所示,通过改变电容C的值,观察相应仪表,找出功率因素提高到最佳点的对应电容值,计算出各点的功率因素。ⅱ)相量图分析.3IC.3I.ILr.1IC.2IC.IC.U.1I.2I相量图WVILrIC220I电工电子实验报告(非电类)10ⅲ)实验内容根据实验原理,设计的电路图及元件参数如下:有效值U=120Vf=10000HZ可调电容CV1120Vrms10000Hz0°R110kΩL11HU1AC10MOhm119.998V+-U2AC1e-009Ohm0.477mA+-U3AC1e-009Ohm1.866mA+-U4AC1e-009Ohm1.469mA+-XWM1VIC2350pFKey=A55%当改变可调电容的值时,通过功率表可观察功率因素的值,以及对应的电表仪器的读数。记录的相关数据如下:C/pFU/VI/mAIlr/mAIC/mACOSφ01201.8671.8580.0220.179351201.5971.8610.2690.186701201.3271.8620.5360.1871051201.0641.8640.8050.2491401200.8211.8631.0690.3681751200.5751.8621.3410.5042101200.3561.8621.6050.7752451200.2891.8631.8720.9912801200.4071.8582.1380.6683151200.6491.8612.4060.5013501200.8911.8642.6740.355曲线图如下所示:电工电子实验报告(非电类)11I/mAIlr/mAIC/mACOSφ由实验曲线图和所测数据可知,当C=245pF时,COSφ有最大值,而电流I有最小值。所以功率因素最高点所对应的电容值C=245pF。五、结论:在交流元件电容、电感参数的测量中,我们注意到电感、电容参数测量的准确度与工作条件、测试方法和测量工具有关。(1)相量法测电感,它利用电路原理中相量分析方法进行测量,只需测量有U、UR、ULr,就可利用余弦定理计算出电感和直流电阻。实验原理简单明了,测量次数的简约,加之仪表精度的提高,对比与实验结果与理论值的相对误差,不难发现此种测量方法及其方便,准确度相当的高。伏安法用于测量线性和非线性的电感中,其误差仅仅取决于电压和电流表的准确度,其测量精度亦是很高。(2)中值电容的测量过程亦是简便清晰。在伏安法测量过程中,是忽略了电容本身的一部分损耗,故测量精度不是很高。(3)感性负载的功率提高研究中,由cosUIP可知,负载的功率P、电压U一直保持不变,故在调节可变电容C的大小时,IC的大小发生了变化,在相量图分析中我们可知,I的大小和方向都发生了改变。又I和cos成反比,固有曲线图中I和cos的相反变化。当调节电容使得功率因素cos有最大值时,此时对应着I的最小值,亦是并联谐振时的I的状态。