实训操作: 正弦稳态交流电路相量的研究与应用

1.目的要求

（1）研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。

（2）掌握日光灯线路的接线。

（3）理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

2.项目分析

（1）在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即和。

（2）图2－54所示为RC串联电路，在正弦稳态信号的激励下，与保持有90°的相位差，即当R阻值改变时，的相量轨迹是一个半圆。与三者形成一个直角形的电压三角形，如图2－55所示。R值改变时，可改变φ角的大小，从而达到移相的目的。

图2－54　电路图

图2－55

（3）日光灯线路如图2－56所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容器用以改善电路的功率因数（cosφ值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

图2－56　日光灯线路图

3.设备与材料

材料清单如表2－2所示。

表2-2　材料清单

4.项目内容

（1）按图2－54接线。R为220 V、15 W的白炽灯泡，电容器为4.7 μF/450 V。经指导教师检查后，接通项目各电源，将自耦调压器输出（即U）调至220 V。记录与值于表2－3中，验证电压三角形关系。

表2-3　记录表

（2）日光灯线路接线与测量。

按图2－57接线，经指导教师检查后接通项目各电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220 V，测量功率P，电流I，电压U、UL、UA等值，验证电压、电流相量关系。将数据记录于表2－4中。

图2－57　日光灯电路图(www.xing528.com)

表2-4　记录表

（3）并联电路——电路功率因数的改善。

按图2－58组成项目线路。经指导教师检查后，接通项目各电源，将自耦调压器的输出调至220 V，记录功率表、电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量并记录于表2－5中。

图2－58　线路图

表2-5　记录表

5.项目要求

（1）本项目用交流市电220 V，务必注意用电和人身安全。

（2）功率表要正确接入电路。

（3）线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。

6.项目要求

（1）参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

（2）在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮（HKDG－04项目挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做试验。）或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

（3）为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？

（4）提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？

7.项目报告

（1）完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。

（2）根据项目数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。

（3）讨论改善电路功率因数的意义和方法。

（4）装接日光灯线路的心得体会及其他。