正弦稳态交流电路相量的研究

电路实验报告九实验日期：2012.12.12实验名称正弦稳态交流电路相量的研究实验班级电子11-2班姓名学号同组同学指导老师URjXcUcURI一：实验目的1．研究正弦稳态交流电路中电压.电流向量之间的关系。2．掌握日光灯电路的接线。3．理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。二：原理说明1.在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，他们之间的关系满足向量形式的基尔霍夫定律，既∑I=0和∑U=0.9-1RC串联电路2.图9-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，UR与UC保持有90°的相位差，即当R阻值改变时。UR的向量轨迹是一个半圆。U﹑UC与UR三者形成一个直角形的电压三角形，如图9-2所示。R值改变时，也该表φ角的大小，从而达到移相的目的。图9-2相量图3.日光定线路如图9-3所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。URUUcIφ三：实验设备四：实验内容1.按图9-1接线，R为220V﹑25W的白炽灯泡，电容器为4.7Μf/450V。经指导老师检查后，接通试验台电源，将自耦调压器输出（即U）调至220V。记录U﹑UR﹑UC值，验证电压三角形关系。序号名称型号与规格数量备注1可调三相交流电源0~450V12交流数字电压表0~500V13交流数字电流表0~5A14镇流器﹑启辉器与30W灯管配用各1DVCC-045日光灯灯管30W1屏内6电容器1﹑2.2﹑4.7μF各1DVCC-057白炽灯220V，15W1~3DVCC-048电流插座3DVCC-04测量值计算值2.日光灯接线与测量。按图9-4接线。经指导教师检查后接通试验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉器电量为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U,UL,UA等值，验证电压﹑电流向量关系。P(W)CosφI(A)U(V)UL(V)UA(V)启辉器19．10．640.162179112117正常工作值30.50.540.2512201681104.并联电路——电路功率因数的改善。按图9-5组成试验线路。经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表，电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条之路的电流，改变电容值，进行三次重复测量并记录。U(V)UR(V)UC(V)U(V)φ2202057221722电容值测量数值计算值（μF）P(W)COSφU(V)I(A)IL(A)IC(A)I’(A)Cosφ030.70.542200.250.250131.90.552200.2060.250.0422.231.30.902200.1500.250.1454.731.50.772200.1790.250.3214.7+2.231.30.472200.2920.250.475五．实验注意事项1.本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。2.功率表要正确接入电路。3.线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。六．预习思考题1.参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。答：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。日光灯正常发光后。由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。2.在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速分开，使日光灯点亮（DJ-04实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做实验。）；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？答：短接会使镇流器通电，断开瞬间，镇流器电压会瞬间加在日光灯两端，使日光灯启动。启辉器就是自动短接的一个器件。3.为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？答：总电流先减小，后增大。感性元件功率不变。5.提高线路功率因素为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？6.答：提高功率因数并联电容会提高功率因数，但不是越大越好，当电容达到一定程度会从1反过来降低功率因数。串联电容会分掉感性元件的一部分电压，使电器不在额定电压下工作，会缩短电器寿命。七：实验报告1.完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。2.根据实验数据，分别绘出电压﹑电流向量图，验证向量形式的基尔霍夫定律。3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。4.改装日光灯线路的心得体会及其他。5.运用multisim软件仿真本实验。