功率測量及功率因數的提高

一、實驗目的
　　1、掌握功率的測量方法和功率表的正確使用；
　　2、通過實驗了解功率因數提高的方法和意義；
　　3、進一步學習曲線的繪制，了解有理經驗公式的求取方法。

　　二、原理說明
　　1、在正弦交流電路中，無源一端口網絡吸收的有功功率并不等于UI，而是等于UIcos ，其中cos 稱為負載的功率因數， 是負載電壓與電流的相位差，稱為功率因數角。在電壓相同的情況下，線路傳輸一定的有功功率，如果功率因數cos 越小，則傳輸的電流就越大，傳輸線路上的損耗也就越大。負載功率因數過低，一方面不能充分利用電源容量，另一方面又在輸電線路中增加了損耗，降低了傳輸效率。因此在工程上為了減少線路上的損耗，提高設備的利用率，供電部門總是要求用戶盡量提高用電設備的功率因數。

　　2、負載電壓與電流相位差的存在，是因為負載中有電感或電容元件的存在。日常生活中的負載大多是感性負載，例如驅動用的電動機，日光燈中的鎮流器等等，它們的功率因數一般都較低。因此要提高負載的功率因數，可以采用在負載兩端并聯電容器的方法進行補償，但補償電容必須選擇合理，不能太大，否則當負載呈現容性時，有可能使功率因數反而降低。

　　3、本實驗中的日光燈負載由日光燈管、鎮流器（帶鐵芯的電感線圈）和啟輝器組成，是一個電阻與電感串聯的電路。因此電源電壓U、燈管電壓UR、鎮流器端電壓UL之間應有 的關系。

　　圖6.10.1 日光燈并聯電容器用以提高功率因數

　　三、實驗任務
　　1、將日光燈（30W，220V）及可變電容器按圖6.10.1所示電路連接，功率表需外接。該功率表的電壓回路的靈敏度很高，因而內阻很大，測量時對被測電路的并聯分流作用極小；同時該表電流回路的內阻也很小，對被測電路串聯分壓效應也很小。

　　2、調節單相交流電源輸出約180V，點亮日光燈后，再將日光燈兩端電壓升至額定電壓220V，保持約10分鐘，待燈管性能參數漸趨穩定后，開始實驗，測量數據表格自擬。

　　3、保持電壓表兩端電壓不變，改變可變電容的電容值，從C=0開始，逐漸增大電容C的值，直至最大，記錄各電容值下的電壓U、總電流I、有功功率P，確定實驗最佳補償電容值，數據表格自擬。注意各儀表量程的選擇。

　　4、計算各測量點的功率因數 ，在直角坐標下繪出I—C、P—C、 —C的關系曲線，其中， 。

　　5、在分析I—C曲線的基礎上，求I—C曲線的有理經驗公式，并由此公式計算出I值標在圖上，再次確定最佳補償電容值，并加以比較；

　　6、用P—C曲線求電容的等效電導gC，其中g為電容器50Hz時單位電容的電導。

　　四、實驗儀器設備
　　1、數字萬用表
　　2、電工綜合實驗臺
　　3、DG09熒光燈實驗組件

　　五、預習思考及注意事項
　　1、熟悉日光燈負載的接線及工作原理。
　　2、在進行功率因數補償時，本實驗采用并聯電容器的方法，為什么不采用串聯電容器的方法？
　　3、電容器是否有功率損耗？如何確定？當電容量改變時，電流表和功率表的讀數將有什么變化？
　　4、當負載功率因數很小時，用一般功率表來測量，讀數較小，這時能否減小電壓、電流的量限，為什么？
　　5、本實驗電壓不可能是理想正弦，由于日光燈是非線性元件，更加劇了電源輸出電壓波形的畸變。如何分析電壓中三次諧波對實驗的影響？
　　6、注意用電安全，改接線路時一定要先切斷電源。

　　六、實驗報告要求
　　1、記錄實驗數據，分析測量結果，繪制曲線，求出I—C有理經驗公式；
　　2、計算最佳補償電容值；
　　3、分析求取gC的方法。