實驗7　正弦穩態交流電路相量的研究

1.實驗目的

（1）研究正弦穩態交流電路中電壓、電流相量之間的關系。

（2）掌握日光燈線路的接線。

（3）理解改善電路功率因數的意義并掌握改善方法。

2.原理說明

（1）在單相正弦交流電路中，用交流電流表測量各支路的電流值，用交流電壓表測量回路各元器件兩端的電壓值，它們之間的關系滿足相量形式的基爾霍夫定律，即=0和Σ=0。

（2）圖7-1為RC串聯電路。在正弦穩態信號的激勵下，與保持90°的相位差，即當R的阻值改變時，的相量軌跡是一個半圓。形成一個直角的電壓三角形，如圖7-2所示。R改變時，可改變?的大小，從而達到移相的目的。

（3）日光燈線路如圖7-3所示。圖中，A是日光燈管；L 是鎮流器；S是啟輝器；C是補償電容器，用來改善電路的功率因數（cosφ）。有關日光燈的工作原理請自行翻閱有關資料。

3.實驗設備與元器件

（1）自耦調壓器。

（2）交流電壓表（0～450V）。

（3）交流電流表（0～5A）。

（4）功率表。

（5）鎮流器、啟輝器（與40W日光燈管配用）。

（6）日光燈管（40W）。

（7）電容器（1μF/500V，2.2μF/500V，4.7μF/500V）。

（8）白熾燈（220V，15W）及燈座。

4.實驗內容

（1）按如圖7-1所示接線。R為220V、15W的白熾燈，電容器為4.7μF/450V。經指導教師檢查后，接通實驗臺電源，將自耦調壓器的輸出（U）調至220V，將U、UR、UC的數據記錄在表7-1中，驗證電壓三角形關系。

（2）日光燈線路的接線與測量。

按如圖7-4所示接線。經指導教師檢查后，接通實驗臺電源，調節自耦調壓器的輸出，使輸出電壓緩慢增大，直到日光燈剛啟輝點亮為止，記錄三表的指示值并填寫在表7-2中。調節自耦調壓器的輸出電壓至220V，測量功率P、電流I及電壓U、UL、UA，驗證電壓、電流的相量關系，將測量數據記錄在表7-2中。

（3）并聯電路，改善電路的功率因數，按如圖7-5所示組成實驗線路。

經指導老師檢查后，接通實驗臺電源，將自耦調壓器的輸出電壓調至220V，記錄功率表、電壓表的讀數。通過一塊電流表和三個電流插座分別測量三條支路的電流，改變電容量，重復測量三次，將測量數據記錄在表7-3中。

5.實驗注意事項

（1）本實驗采用交流市電220V，務必注意人身安全。

（2）功率表要正確接入線路中。

（3）線路要接線正確，日光燈不能啟輝時，應檢查啟輝器及其接觸是否良好。

6.預習思考題

（1）在日常生活中，當缺少啟輝器時，常用一根導線將啟輝器的兩端短接一下，然后迅速斷開，使日光燈點亮（DG09實驗掛箱上有短接按鈕，可代替啟輝器進行實驗）或用一個啟輝器去點亮多根同類型的日光燈，這是為什么？

（2）為了改善電路的功率因數，常在感性負載上并聯電容器，此時增加了一條電流支路，試問電路的總電流是增大還是減??？此時感性負載上的電流和功率是否改變？

（3）提高電路功率因數為什么只采用并聯電容器法而不采用串聯電容器法？所并聯的電容器是否越大越好？

7.實驗報告

（1）完成數據表格中的計算，并進行必要的誤差分析。

（2）根據實驗數據分別繪出電壓、電流的相量圖，驗證相量形式的基爾霍夫定律。

（3）討論改善電路功率因數的意義和方法。

（4）在報告中要進行實驗數據的處理和誤差原因的分析。