實驗7　正弦穩(wěn)態(tài)交流電路相量的研究

1.實驗目的

（1）研究正弦穩(wěn)態(tài)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(shù)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(lián)電路。在正弦穩(wěn)態(tài)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(zhèn)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(shù)（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(zhèn)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(jīng)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(shù)據(jù)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(jīng)指導教師檢查后，接通實驗臺電源，調節(jié)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(jié)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(shù)據(jù)記錄在表7-2中。

（3）并聯(lián)電路，改善電路的功率因數(shù)，按如圖7-5所示組成實驗線路。

經(jīng)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(shù)。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(shù)據(jù)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(shù)，常在感性負載上并聯(lián)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小？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(shù)為什么只采用并聯(lián)電容器法而不采用串聯(lián)電容器法？所并聯(lián)的電容器是否越大越好？

7.實驗報告

（1）完成數(shù)據(jù)表格中的計算，并進行必要的誤差分析。

（2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)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(shù)的意義和方法。

（4）在報告中要進行實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差原因的分析。