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1、东南大学电工电子实验中心 实 验 报 告 课程名称：电路实验 第 三次实验 实验名称：交流阻抗参数的测量和功率因数的改善 院 （系）：专业： 姓名：学号： 实 验 室: 103 实验组别： 同组人员：实验时间： 2011/11/22 评定成绩：审阅教师： 交流阻抗参数的测量和功率因数的改善 一、实验目的 1、 学习测量阻抗参数的基本方法，通过实验加深对阻抗概念的理解； 2、 掌握电压表、电流表、功率表和单相自耦调节器等电工仪表的正确使用方法。 二、实验原理 对于交流电路中的元件阻抗值（r、L、C） ，可以用交流阻抗电桥直接测量，也可以用下面两 种方法来进行测量。 1 三电压表法 先将一已知电阻
2、R 与被测元件Z 串联，如实验内容图一（a）所示。当通过一已知频率 的正弦交流信号时，用电压表分别测出电压U、U1 和 U2，然后根据这三个电压向量构 成的三角形矢量图和U2 分解的直角三角形矢量图，从中可求出元件阻抗参数，如图一 （b）所示。这种方法称为三电压表法。 由矢量图可得： 222 12 12 2 2 cos 2 cos sin r x UUU U U UU UU 1 1 1 r x x RU r U RU L wU U C wRU 2.三表法 图如图二所示： 首先用交流电压表，交流电流表和功率表分别测出元件Z 两端电压U、电流 I 和消耗的 有功功率P，并且根据电源角频率w,然后通
3、过计算公式间接求得阻抗参数。这种测量方 法称为三表法，它是测量交流阻抗参数的基本方法。 被测元件阻抗参数（r、L、C）可由下列公式确定： 2 cos cos U z I P IU P rz I 22 sin 1 xzrz x L w C xw 三、实验内容 1、三电压表法 测量电路如图1 所示， Z1=10+L（114mH） ， Z2=100+C（10uF） ，按表 1 的内容测量和 计算。 Us 220V 50Hz I R0 Z =r+jX0 1U U 2 U 1,2 Z 1 U U x U 2 U 0 r UI （ a）测量电路（b）相量图 图 1 三电压表法 表 1 三电压表法 分析：
4、1）实验中 L 用变压器的初级线圈，其电感量约为114mH ， 内阻为 26， 实际测得r24.03， 误差为 2624.03 *100%7.58% 26 2） 电感 L 的测量误差 = 11499.36 *100%12.84% 114 3） 电容 C 的测量误差 = 109.83 *100%1.7% 10 可知电容测得较准确，而电感测量误差比较大。 实际上， 实验所采用的线圈，其给出的参考值本身就不是很准确，加之电感在实验中受 实验时间影响比较大（发烫），所以其实际参数并不是准确等于给定值的。 三表法测量还是很准确的，这一点可以从电容的测量误差看出。 除此之外，实验的误差还来自实验过程中对电
5、压表的读数和调节。 2、三表法（电流表、电压表、功率表） 按图 2 所示电路接线，将实验数据填入表2 中。 Z1=10+L（114mH） ，Z2=100 +C（10uF） ， Z 测量参数计算参数 U/V U1/V U2/V cosUr/V Ux/V r/L/ mHC/ uF Z130 6.5 25.6 0.61 15.62 20.29 24.03 99.36 Z230 8.8 28.5 0.02 0.57 28.50 9.83 V A * * Us 220V 50Hz U I P R0 Z =r+jX0 1,2 Z 图 2 三表法 表 2 三表法 Z 测量参数计算参数 I/A U/V P/W
6、 z/cosr/ x/L/ mH C/ uF Z10.3 15.20 3.56 50.67 0.78 39.56 31.66 100.78 0.6 30.80 14.23 51.33 0.77 39.53 32.74 104.21 Z20.3 98.90 8.88 329.67 0.30 314.56 10.12 0.6 198.10 35.80 330.17 0.30 314.84 10.11 Z1+Z20.3 94.30 12.40 314.33 0.44 137.78 282.52 11.27 0.6 188.70 49.71 314.50 0.44 138.08 282.57 11.2
7、6 Z1/Z20.3 16.20 4.25 54.00 0.87 47.22 26.17 83.30 0.6 32.60 16.97 54.33 0.87 47.14 27.01 85.98 分析： 3 6 100 *114*1035.81 11 318.31 100 *10*10 L C xwL x wC 当 Z1+Z2时， 121026100136() 0 LCLC LC ZZZJxJxJ xx Xxx 电路呈容性 当Z1/Z2 时， (36)*(100)1*2 12136() LC LC JxJxZZ Z ZZJ xx 算得最终 X0 电路呈感性 3、 功率因数的改善 仍按图 2 接线，
8、并将电容（24 F）并联在负载Z1两端。首先调节单相自耦调压器，使 副方电压等于表2 第二栏中测量出的电压值（负载为Z1时对应 I=0.6A 的电压值），然后测出 I、P，计算 cos，将实验数据填入表3 中，并与不接电容前的负载功率因数相比较。 表 3 分析： 从表中数据可看出：1）并接电容后，cos都变大，功率因数提高。 2）并接 24uF 的电容比并接10uF 的电容提高的功率因数更显著。 四、思考题 1、为了提高感性阻抗的功率因数，为什么采用的是并联电容而不是串联电容？ 答： 1）提高功率因数的原则：必须保证原负载的工作状态不变。 即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。 2）并联电
9、容，只要保持负载两端电压不变，即可保证有功功率P不变，即不会改变原 负载的工作状态，而利用电容发出的无功功率，部分（或全部）补偿感性负载所吸 收的无功功率，从而减轻了电源和传输系统的无功功率的负担。 3）串联电容，则() LC zRJ xx,而没并电容之前， L zRJx, | |z可能变大， 也可能变小，或不变，因此总电流就不能确定,功率因数cos P IU 也就不能确定是 否提高。 所以在感性负载两端适当并接电容来提高功率因数。 2、 “并联电容” 提高了感性阻抗的功率因数，试用矢量图来分析并联的电容容量 是否越大越好？ (a) (b) 并联电容测量参数计算参数 I/mA U/V P/W
10、coscos 10 uF 490.45 30.80 12.18 0.81 0.77 24 uF 435.45 30.80 12.15 0.91 答：感性负载并联电容提高功率因数的电路如图（a）所示；以电压为参考相量作出如 图（ b）的相量图。其中1为原感性负载的阻抗角，为并 C 后线路总电流 UI 。 与间 的相位差。 从矢量图上根据平行四边形法则可知，若C 值增大， Xc 减小， IC将增大， I 将进一 步减小， 从而更小，功率因数更高。 但并不是 C 越大、I 越小。再增大 C，I将领先于 U 。 ， 成为容性。 一般将补偿为另一种性质的情况称作过补偿，补偿后仍为同样性质的情况叫欠补偿，
11、而 恰好补偿为阻性（I U 。 同相位）的情况称作完全补偿。 所以并联的电容并非越大越好。 4、 若改变并联电容的容量，试问功率表和电流表的读数应作如何变化？ 答：由 2）中结论，对电容变大、补偿后仍为感性的情况： 1）负载电流取决于所加的电压，电压没变，负载电流也没变。 2）负载是与电容并联的，负载的电流还是原来的电流，而总线的电流则是负载的电流与电 容的电流之和， 由于是感性的，负载电流与电容电流是反相的（电容电流超前于电压，负载 电流落后于电压），所以总的电流会减小，电流表读数减小。 （因为 P=UI*Cos ，P，U 不变，当Cos增大，则I变小。） 3）负载有功功率不变，即功率表读数不变。
