无功补偿与功率因数的提高

电气工程学院实验名称：无功补偿与功率因数的提高课程：电网络分析课程号：101C0340学期：2018春夏学期任课教师：孙盾实验报告课程名称：电网络分析指导老师：孙盾成绩：__________________实验名称：无功补偿与功率因数的提高实验类型：探究型一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1、了解用电系统中进行无功补偿的原因和意义；2、熟悉荧光灯电路的组成、工作原理，掌握并联电容进行无功补偿的原理；3、通过实验学习功率因数提高的方法；4、探讨系统谐波对无功补偿的影响；5、学习测量数据的处理，了解有理经验公式的求取方法。二、实验内容和原理实验内容：1、分别测量（1）镇流器（2）灯管（3）两者串联的消耗功率及其功率因数2、保持日光灯两端电压不变的条件下测定电流I、功率P、功率因数cosφ与电容C的关系；3、做出I、P、cosφ和电容C的关系曲线；4、用P－C曲线求单位电容的等效电导g；5、在分析I－C曲线的基础上，求I2－C曲线的有理经验公式(Matlab曲线拟合)；6、如何推算电网的三次谐波分量的大小？7、如何推求整个日光灯负载的入端等效阻抗？8、计算等效阻抗的传递误差。实验原理：当电网电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积，即：P=U×I。电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q。此时电流滞后电压一个角度φ。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S，即有功功率和无功功率的矢量和：无功功率为:有功功率与视在功率的比值为功率因数:cosf=P/S专业：电气工程及自动化姓名：白汉林学号：3160103033日期：星期三上午地点：东3-206桌号A3无功功率的传输加重了电网负荷，使电网损耗增加，系统电压下降。故需对其进行就近和就地补偿。并联电容器可补偿或平衡电气设备的感性无功功率。当容性无功功率QC等于感性无功功率QL时，电网只传输有功功率P。根据国家有关规定，高压用户的功率因数应达到0.9以上，低压用户的功率因数应达到0.85以上。如果选择电容器功率为Qc，则功率因数为：cosφ=P/(P^2+(QL-Qc)^2)^1/2本实验主要利用DG09操作台与日光灯管等器件，通过各电表的监控检测，探究无功补偿与功率因数的提高。三、主要仪器设备1.MY61万用表2.DG09；3.交流工频电源；4.交流电压表、电流表；5.功率表。四、操作方法和实验步骤1、电容C暂时不接入电路，连接线路，点亮日光灯；2、第一次通电前，要求自耦变压器输出起始为0，接通电源后，调节旋钮增大输出电压，要求用交流电压表监测端电压（灯管＋镇流器两端的电压），当电压达到180V左右，起辉器开始动作，日光灯有闪亮。日光灯点亮之后，调节输出电压到220V，保持不变。此后实验过程中，可直接切断或接通电源，不需要再调节自耦变压器；3、如果不亮，进行线路检查：日光灯管和起辉器接触是否完好；4、在日光灯启动过程中，因为电流冲击，仪表量程要选择足够的余量，记录数据时，应改变合适的量程读取数据。日光灯管是非线性器件，需要点亮数后待数据显示趋于稳定后，再读取记录实验数据。5、电容器C并联接入电路，其数值从0开始逐步增加，直到最大值8µF左右，增加的步长应根据功率因数的变化进行调整，最大不应超过1µF，实验过程中可根据电流表的示数变化来判断。在功率因数较高（即电流值小or大？）的时候，需要多取测量数据点。五、实验数据记录和处理镇流器与灯管U(V)I(A)P(W)cosφ镇流器220.00.3705.63L0.08灯管220.00.37129.87C0.80二者串联220.00.37235.95L0.43日光灯电路电容C（μF）U(V)I(mA)P(W)cosφ0.47219.934737.97L0.461220.131335.98L0.521.47220.128135.56L0.582220.226236.59L0.632.2220.425537.00L0.662.47220.224436.95L0.692.67220.423837.20L0.713.2220.121437.48L0.793.67220.420337.62L0.844.2219.919137.84L0.904.4220.219038.11L0.914.67220.018737.92C0.934.87220.219038.32C0.925.4220.419538.41C0.895.87219.920438.64C0.856.4220.322338.91C0.786.6219.822839.11C0.766.87220.024039.12C0.737.07220.025039.15C0.707.6220.028039.45C0.638.07219.930139.87C0.588.6220.233440.25C0.539.07219.935740.55C0.50六、实验结果与分析1.P-C关系曲线如下图所示：曲线拟合成的函数为：y=0.5366x+35.55忽略电流表带来的功率误差，则有P=aC+P0，a=gU2由P-C线性拟合结果：y=0.5366x+35.55可求得：等效电导g=1000000*0.5366/2202=11.09S/F2.下图为I-C曲线：拟合曲线函数式为：y=0.008896x2-0.08307x+0.3883为二次函数关系3.下图为I^2-C曲线：拟合曲线函数式为：y=0.004754x2-0.04425x+0.1384，成二次函数关系因此，可以求得最佳补偿电容C0=0.04425/(2*0.004754)=4.654μF4.下图为cosφ-C曲线：5.推算三次谐波本次实验的三次谐波U32=(a-(g2+ω2)*U2)/8ω2，所以U3=72.33V，U1=207.77V6.整个日光灯负载的入端等效阻抗及传递误差的计算R0=P/I2=259.78ΩZ=U/I=591.40ΩX0=sqrt(R02+Z2)=18.21ΩdR0=sqrt((0.01*1/I2)2+(0.005*2PI-3)2)=6.98ΩdX0=sqrt((0.01*1/2X0*2P/I4)2+(0.005*1/2X0*2U/I2)2+(0.005*1/2X0*(2UI-3+4P2I-3)2)=0.49所以，Z=(259.78±6.98)+j(18.21±0.49)七、讨论、心得本次实验难度并不大，但是很有收获。这次实验使我了解了用电系统中进行无功补偿的原因和意义，熟悉荧光灯电路的组成、工作原理和连接，掌握并联电容进行无功补偿的原理，了解了功率因数提高的方法和意义。在后期实验数据处理的过程中我还熟悉了用软件拟合曲线的过程，收益颇丰。