交流阻抗参数的测量和功率因数的改善

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1、电路课程名称:实验名称：父流阻抗参数的测量和功率因数的改善交流阻抗参数的测量和功率因数的改善实验目的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；UsUU1R0卜 Z 1,2JZo =r+jX2、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。、实验原理三、实验内容1、三电压表法测量电路如图1所示，乙=10 +L (114mH), Z2=100Q +C (10uF),按表1的内容测量和 计算。220V50Hz(b)相量图图1三电压表法表1三电压表法Z测量参数计算参数U/VUi/VU2/Vcos 0Ur/VUx/Vr/ QL/ mHC/ uFZi306.22

2、5.70.63116.21519.93726.154102.4/Z2308.728.50.0240.69328.4927.967/61.071分析：可由处理公式RU rr=-U,2 2U -U, -U2cos2U,U 2Ur 二U2CoskU X 二U2Sinr;L=c=RUxW U,U,WRU x得到处理后的数据如表所示，通过数据计算我们发现电感，电容的大小及功率因数的大小与理论值相比有很大的误差，鉴于实际测量过程中小组多次检查电路连接与读数，因此可排除测量时的线路连接逻辑错误,下面推断产生此现象的错误原因：1) 电容存放时间长，其参数值已经变化，偏离了原理论值；2) 所连接的电感线圈实际值

3、并没有达到所要求的114mH;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。Zi=10Q +L（ 114mH），Z2=100Q +C （10uF）,表2三表法Z测量参数计算参数I/AU/VP/Wz/ QcosBr/ Qx/QL/ mHC/ uFZ10.314.23.0547.330.71633.8933.05105/0.628.712.2347.830.71033.9733.67107/Z20.398.48.83328.000.29998.11312.98/63.900.6197.536.01329.170.304100.03313.60/63.78Z1 +Z2

4、0.393.012.00310.000.430133.33279.86/0.6186.448.32310.670.432134.22280.18/Z1/Z 20.315.03.6250.000.80440.2229.70/0.630.514.6050.830.79840.5630.65/分析：根据三表法的1 勺原1理知，Uz= 一；IX=Jz2 -r2 =ZSin申cos_ P ;LX LIUW，P r= P 二= zcos；C1IXC * W根据公式处理P, U, I,数据后得到上表,根据表中的数据分析如下：1）使用三表法测量的结果与三电压表法测得的电感、电容数值接近一致，因此验证实 验一所

5、做的推断是正确的，电容、电感理论值与实际值有较大的偏差。因此无法比较两种方法测量的结果哪种更加接近实际值。在这里只能做相对的分析：两者功率因数测量的相对误差分别为：W1 =接入电感时,Cos ；-Cos :C os 2*100%0.71-0.63=11.3%0.71Cos2-Cos 巴0.029 -0.024W2 =-*100% =17.2%接入电容时，Cos%0.0292）两者从理论上分析都是准确测量阻抗值的方法，但是由于实际操作中各 表的误差和电感，电容的误差使得测量结果产生偏差；3、功率因数的改善仍按图2接线，并将电容（24卩F）并联在负载Zi两端。首先调节单相自耦调压器，使 副方电压等

6、于表 2第二栏中测量出的电压值（负载为Zi时对应l=0.6A的电压值），然后测出I、P,计算cose，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并联电容测量参数计算参数I/mAU/VP/Wcos e10 uF0.540028.712.240.79024 uF0.479428.712.280.893分析:Z参数测量计算参数I/AU/VP/Wz/Qcos Qr/flx/DL/HC/Pf10uF0.540028.712.2453.150.79041.9832.60/24uF0.479428.712.2859.870.89353.4327.00/由实验结果可分析，在并联电容24u

7、F和10uF后，功率因数与原 0.71相比，增大了;但是由于Z增大，相应的I便减小;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？串联和并联电容这两种方法均可以提高感性阻抗的功率因数，但是提高功率因数后的结 果是不一样的:串联电容（左图）：由于Z = R jwL-j/wC，当jwL-j/wC 由正逐渐较小时，功率因数不断增大，当其减为零时，功率因数达最大1；阻抗Z最小，由于此时电流最大，而加在电感，电容两端的电流均为此值，因此会在电感、电容两端产生很大的电压，可能会使电容击穿；Z=并联电容（右图）：由于(R jwL)R jwL-j/wC*(-j/wC)，功率

8、因数改变时，加在电容两端的电压始终是电源电压，因此非常的安全;鉴于以上原因，提高感性阻抗的功率因数采用并联电容的方法;2、“并联电容”提高了感性阻抗的功率因数, 容量是否越大越好？试用矢量图来分析并联的电容答：不是；下面我们对导纳 Y分析;1Y=-R jwL+jwCRwL2 2R -(wL)如图所示,1) 当w LwC R2-(wL) 2时,Y=R2 2R -(wL)，也即此时功率因数为零;2) 当w Lw C R -(wL)时,随着C的增大，功率因数减小;所以题干所说的 C越大越好是不正确的;加在V上的是稳定度27.8V电压，下面分析电容容量变化引起的电流表和功率表的变化：1Y=+jwCR jwL1) 当电容容量C较小时，随着电容容量的增大，导纳较小，阻抗增大，因此电流减小，也即电流表读数减小；由于加在电阻和电感支路的电压没有发生变化，因此电阻消耗的有功功率没有发生变化，故功率表读数不会改变；w LwC= r 22) 当电容容量C满足 R -(wL) 时，功率因数为零，导纳最小，阻抗最大，因此电流最小；功率因数为发生变化；3）当电容容量继续增加时，导纳随之增加，阻抗减小，因此电流增大，也即电流表读数变 大；同样，由于加在电阻和电感支路的电压没有发生变化，因此电阻消耗的有功功率没 有发生变化，故功率表读数不会改变；