功率因數(shù)提高實驗目的

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實驗目的研究并聯(lián)與感性負載（日光燈）的電容器對提高功率因數(shù)的作用，認識提高功率因數(shù)的實際意義。學習功率因數(shù)表、日光燈線路的連接，提高實際操作能力。實驗原理

功率因數(shù)的高低涉及到對發(fā)電設備（如發(fā)電機、變壓器等）利用電能的充分與否。為了有效地利用這些發(fā)電設備必須提高功率因數(shù)。 在電力系統(tǒng)中，提供電能的發(fā)電機是按要求的額定電壓UN和額定電流IN設計的。發(fā)電機長期運行時，其電壓和電流都不能超過額定值，否則會使發(fā)電機的壽命縮短,甚至損壞。發(fā)電機的容量是額定電壓與額定電流之積

，它是發(fā)電機在安全運行下所能產生的最大功率。所以要充分利用發(fā)電機應該使其能送出的平均功率等于該機的容量。 發(fā)電機在額定電壓與額定電流下運行時送出的平均功率與所接負載的功率因數(shù)密切相關，即只有當所接負載是電阻時，因發(fā)電機送出的平均功率恰好等于發(fā)電機的容量，發(fā)電機才得到充分的利用，當負載是感性（或容性）時，由于，發(fā)電機送出的平均功率要小于該機的容量，發(fā)電機得不到充分的利用，因此為了盡可能充分利用發(fā)電容量，必須提高功率因數(shù)。 為了降低輸電線上的損耗，也需要提高功率因數(shù)。輸電線上的損耗為： 負載吸收的平均功率為： （是負載端電壓的有效值）

當負載的功率因數(shù)較低時，線路中的電流會增大，從而引起線路損耗增大。而當UL和PL不變時，提高功率因數(shù)可以降低輸電線上的損耗。電力負載多數(shù)為感性負載，因此為了提高功率因數(shù)，一般采用在感性負載上并聯(lián)電容器的辦法。因為這樣就可以用電容器的無功功率來補償感性負載的無功功率，從而減少、甚至消除感性負載與電源之間的能量交換。提高感性負載功率因數(shù)提高的實驗電路圖如圖5.8.1所示。以日光燈作為負載用可變電容器并聯(lián)于電容兩端，保持負載電壓不變，改變電容值，觀察總電流I與的變化。圖5.8.1功率因數(shù)提高實驗電路圖實驗儀器電工實驗臺

1臺交流電流表

3只交流電壓表

3只單相功率表

1只日光燈實驗板

1塊電工實驗臺交流電流表交流電壓表單相功率表日光燈實驗板實驗步驟按圖5.8.1接線，當C=0μF時，接通電源，使日光燈點亮，測量總電流I、總電壓U、cosφ,以及燈管兩端電壓UR和鎮(zhèn)流器端電壓UL。數(shù)據(jù)填入表5.8.1內。I/AU/VP/WcosφUR/VUL/V表5.8.1

日光燈電路參數(shù)測量電容值，C=1，2，3……，7μF。保持U不變，測量在不同C值時，電路總電流I、電感電流IL、電容電流IC與cosφ值。數(shù)所填入表5.8.2內C/μF)1233.544.5567I/AIL/AIC/AP/Wcosφ實驗報告根據(jù)任務1測量所得的數(shù)據(jù)，計算日光燈的等效電阻及電感。畫出cosφ－I、I－C曲線，說明它們的關系。實驗現(xiàn)象隨著電容容量的增加，電路總電流減小。當電容為4微法時，電路的總電流最小、功率因數(shù)最大。當電容容量繼續(xù)增大時，電路電流增大負載性質轉變容性。實驗結果分析如何根據(jù)電流表的讀數(shù)來判斷負載功率因數(shù)等于1的情況？答：當電流表的讀數(shù)最小時，負載功率因數(shù)等于1。在日光燈電路中，如果缺少啟輝器，在確保安全的情況下，如何使日光燈點亮？答：用導線將啟輝器兩端短接，等日光燈點亮后再斷開。實驗相關知識預習知識及要求 相關知識點 注意事項 預習要求預習并聯(lián)電容器對提高感性負載功率因數(shù)的原理。預習日光燈工作原理。相關知識功率因數(shù)功率因數(shù)的提高注意事項按圖正確接線，切勿將把220V電源，接到日光燈管的兩端，以免損壞燈管。接通電源前，將電路中所有電容器的控制開關，放在OFF的位置上。改變電容值時，盡可能測出cosφ＝1(或接近于1)的數(shù)據(jù)。

實驗標準報告一、實驗目的研究并聯(lián)與感性負載（日光燈）的電容器對提高功率因數(shù)的作用，認識提高功率因數(shù)的實際意義。學習功率因數(shù)表、日光燈線路的連接，提高實際操作能力。二、實驗內容日光燈電路的研究。并聯(lián)電容提高日光燈電路的功率因數(shù)。三、實驗用儀器、設備電工實驗工作臺 1臺日光燈實驗工作板 1塊單相功率表 1只交流電流表 3只交流電壓表 1只四、實驗用詳細電路圖五、實驗有關原理，所應用的公式日光燈交流電路的研究：在電路中日光燈管與鎮(zhèn)流器串聯(lián)構成一個電阻和電感串聯(lián)的電感性負載電路，由于鎮(zhèn)流器本身電感較大，故整個電路功率因數(shù)很低。整個電路消耗的功率P包括日光燈管消耗功率（PR=U2I）以及鎮(zhèn)流器所消耗的有功功率（PL=P-PR）。 為了提高電路的功率因數(shù)，可以與電感性負載并聯(lián)電容器，此時總電流I是日光燈電流IR和電容器電流

IC的相量和：，其相量圖如圖所示。因為電容器吸取的容性無功電流IC抵消了一部分日光燈電流中的感性無功分量，所以電路總電流下降，電路的功率因數(shù)被提高了。當電容器逐步增加到一定容量時，總電流下降到最小值，此時電路的功率因數(shù)。若繼續(xù)增加電容量，總電流又將上升。由于電源的電壓是固定的，所以并聯(lián)電容器并不影響感性負載的正常工作，即感性負載電流、功率及功率因數(shù)并不隨并聯(lián)電容量的多少而改變，僅僅是電路總電流及總功率因數(shù)發(fā)生變化。六、實驗數(shù)據(jù)記錄1、日光燈電路中的功率關系按圖5.8.1接線，當時，接通電源，使日光燈點亮，測量總電流I、總電壓U、，以及燈管兩端電壓UR和鎮(zhèn)流器端電壓UL

。將數(shù)據(jù)填寫入表5.8.1內表5.8.1

日光燈電路參數(shù)測量I/AU/VP/WUR/VUL/V0．3923333．40．37622072．電容值，C=1，2，3……，7。保持U不變，測量在不同C值時，電路總電流I、電感電流IL、電容電流IC與值。將數(shù)據(jù)填寫入表5.8.2內表5.8.2功率因數(shù)提高參數(shù)測量12344.47567I/A0.290.230.180.160.1840.230.2650.3IL/A0.350.350.350.350.350.350.350.35IC/A0.070.1680.2450.3170.350.3980.4950.56U/V225225223221222221223222P/W29.629.62.9629.629.629.629.629