实验五 正弦稳态交流电路相量的研究 实验五 正弦稳态交流电路相量的研究
一、实验目的
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RC串联电路相量轨迹及其作移相器的应用。 3． 掌握日光灯线路的接线。
4． 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明
1． 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路中的电流值，用交流电压表测得回路中
0和U0。各元件两端电压值，他们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即I 的激励下，U与U保持有90的相位2． 如图5-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号URCO、U的相量轨迹是一个半圆，U三者形成一个直角与U差，即当阻值R改变时，URRC的电压三角形(见图5-2)。R值改变时，可改变角的大小，从而达到移相的目的。
图5-1 RC串联电路 图5-2 RC串联电路的相量轨迹
3． 日光灯电路如图5-3所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器。
图5-3 日光灯的原理电路
日光灯的工作原理：按图5-3所示接通电源，220V交流电压全部加在启辉器两端，启辉器两电极之间产生辉光放电，使电极加热而接触，从而接通灯丝电路，使灯丝预热。在启辉器两极接触后，辉光放电停止两极因温度下降而复原，使电路断开，在断开瞬间，镇流器产生很高的自感电动势加到灯管两端，使灯丝之间产生弧光放电并射出紫外线，管壁内所涂荧
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实验五 正弦稳态交流电路相量的研究 光粉因受紫外线激发而发出可见光。
三、实验设备
1.电源：三相交流电源
2.负载：30W日光灯镇流器；日光灯电容器；日光灯镇流器；日光灯；白炽灯 3.测量仪表（选择自动档）：交流电压表；交流电流表；功率表
四、实验步骤
1.验证电压三角形关系
用两只白炽灯泡和4.3F的日光灯电容器组成如图5-1所示的实验电路，按下绿色按钮开关，调节三相交流电源调压器至220V，验证电压三角形关系，记入表5-1：
表5-1 电压三角形的验证 测 量 值 负载 数据 U(V) UR(V) UC(C) 验证三角形关系 两只灯泡串联 两只灯泡并联
2.日光灯线路与测量
按图5-3组成线路，经指导教师检查后按下绿色按钮（闭合）开关，调节自耦调压器的输出，使其输出的电压慢慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下此时的P、I、U、UL、
UA值，填入表5-2，然后将电压调至220V，测量功率P、电流I、电压U、UL、UA等值，
记入表5-2。验证电压、电流相量关系。
表5-2 日光灯实验表格
实验内容 实验条件 启 辉 值 正常工作值 测 量 数 值 计算值 P(W) I(A) U(V) UL(V) UA(V) cos R()
3.并联电路，电路功率因数的改善
按图5-4组成实验线路。
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实验五 正弦稳态交流电路相量的研究
图5-4 提高功率因数的日光灯线路
经指导教师检查后，按下绿色的按钮开关，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表、电压表读数，通过一只电流表和三个电流取样插座（也可利用三只电流表接入电路）分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行四次重复测量，记入表5-3。
表5-3 功率因数实验数据表格
电容值 （μF） 4.3 2.2 1 0.47 测 量 数 据 计算值 P(W) U(V) I(A) IL(A) IC(A) cos 五、实验注意事项
1、 功率表要正确接入电路中。
2、 线路接线要正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。
六、实验报告
1． 参阅课外资料，了解日光灯启辉原理。
2． 在日常生活中，当日光灯上少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器两端短接一下，然
后迅速断开，使日光灯点亮；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． 为了提高电路的功率因数，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？所并联的电容器是否越大
越好？
5． 完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。
6． 根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。 7． 讨论改善电路功率因数的意义和方法。 8． 装接日光灯线路的心得体会。
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