实验报告
课程名称： 电工电子学实验 指导老师： 实验名称： 单向交流电路
一、实验目的
1. 学会使用交流仪表（电压表、电流表、功率表）。 2. 掌握用交流仪表测量交流电路电压、电流和功率的方法。 3. 了解电感性电路提高功率因数的方法和意义。
二、主要仪器设备
1. 实验电路板 2. 单相交流电源(220V) 3. 交流电压表或万用表 4. 交流电流表 5. 功率表 6. 电流插头、插座
三、实验内容
1. 交流功率测量及功率因素提高
按图2-6接好实验电路。
图2-6
(1)测量不接电容时日光灯支路的电流I RL 和电源实际电压U 、镇流器两端电压U L 、日光灯管两端电压U R 及电路功率P ，记入表2-2。
计算：cos φRL = P/ (U·I RL )= 0.46
表2-2
(2)测量并联不同电容量时的总电流I 和各支路电流I
、I 及电路功率，记入表2-3。
表2-3
注：上表中的计算公式为cos φ= P/( I ·U) ，其中U 为表2-2中的U=219V。
四、实验总结
1. 根据表2-2中的测量数据按比例画出日光灯支路的电压、电流相量图，并计算出电路参数R 、R L 、X L 、L 。
如图，由于I RL 在数值上远远小于各电压的值，因而图中只标明了方向，无法按比例画出。 另外，此处I RL 是按照U R 的方向标注的。(如若按照cos φRL =0.46，得I RL 与U 的夹角φRL =-63°，则I RL 与U R 的方向有少许差别，这会在后文的误差分析中具体讨论。)
R=UR /IRL =294.7 Ω
据图得U L 与I RL 夹角为81°，则得：R L +jXL =Z=UL /IRL =26.9+169.9 j X L =169.9 Ω
L= XL /2пf=0.54 H
因而得：R L =26.9 Ω 是电感性还是电容性。
2. 根据表2-3的数据，按比例画出并联不同电容量后的电源电压和各电流的相量图，并判别相应电路所得向量图如下，其中由于电压与电流数量级相差过多，电压未按比例绘制长度。 如图，由于φ全部
3. 讨论电感性负载用并联电容器的方法来提高功率因素的方法和意义。
根据上面各图所示，I RL 在电容变化时基本保持不变，这是因为加在负载(包括电感和日光灯) 两端的电压是恒定的，因此其内部的电流不变，而当并联的电容改变时，只改变I C 的相位，因而导致I 的相位改变，可以看出，在φ0且不断增加，致使cos φ变小，功率因素减小，此时系统处于电容性。此次实验由于实验次数与数据尺度的限制，没有出现电阻性和电容性的情况。
综上可得，提高功率因素的一般方法是，对于电感电路(日常使用电路通常为电感电路) ，并联适当大小的电容器有利于功率因素的提高，其电容大小以使总电压与总电流相位差接近0为宜。根据公式计算，当f =
12πLC
-
C 2，即并联谐振时，功率因素达到最大(式中R 表示负载和电感的R L
等效电阻) 。在现实生活生产中增大功率因素是有积极意义的，因为这样可以更充分地利用电源所供给的功率，增大生产效率。由于日常所用电路大多为电感性的，因此并联电容这种方法能够得到广泛应用，但在实际电路设计制造中，可能会由于多种因素的限制影响，不可能使得功率因素刚好为1，只能尽可能接近于1，这也体现了理论与实践的差别。
五、心得体会
本次实验涉及到交流电，是从前的电学实验从未接触过的，总体感觉有些复杂，但经过仔细的实践和分析，最终结果还是比较符合要求的。在这次实验过程中，我们学习并使用了交流仪表，并掌握了测量交流电路中电流、电压及功率的方法，了解、分析了电感性电路提高功率因数的方法及其意义。
下面对本次实验的误差进行分析。在不接电容时测得的数据中(表2-2) ，通过功率和总电压与电流的计算得到的cos φRL =0.46，为一个计算值，如继续算下去，可得φRL =-63°，即为I RL 与U 的夹角，然而根据分析可知，I RL 应与U R 在向量图中的方向相同，因此据此推算应得U R 与U 的夹角也为63°；然而根据测量值，U R 与U 的夹角约为51°，与计算值有所差异。这种情况下，应以测量值为准，因为计算值为二次数据，并非直接所得，因此可信度不如测量值高。造成这种现象可能有多种原因：1. 电路上或仪表内有耗能元件，导致功率测量偏小，从而致使cos φRL 偏小。2. 由于功率表电流插孔的问题，电路总线上的电流未完全流入功率表，而有部分“漏过”功率表直接进入负载端，导致测得的功率偏小，进而使cos φRL 偏小。3. 由于这是电路首次接通后测得的数据，电路内部及仪表内部各元件可能还未达到稳定状态，对测得的数据有所影响，造成偏差，这种情况下应进行多组平行实验，以判断是随机误差还是系统误差。4. 功率表或其他测量元件已损坏，这种情况发生的可能性较低，基本可以排除。
另外，这次实验不足的是，在更改并联电容大小时，未能设计足够多的组和恰当的数据尺度，导致实
验结果处理时，所得全部电路都为电感性，没有得到电容性和电阻性的电路，因而从未能体现出电容并联过度反而会使功率因素下降这一现象。此外，通过表2-3可见，随着并联电容的增多，功率P 也有少许增加，因此推测可能电容也有少量负载耗电，这与理论上的理想电容器时有所差别的，当然这种现象的出现也不排除其他元件或温度的影响。
实验报告
课程名称： 电工电子学实验 指导老师： 实验名称： 单向交流电路
一、实验目的
1. 学会使用交流仪表（电压表、电流表、功率表）。 2. 掌握用交流仪表测量交流电路电压、电流和功率的方法。 3. 了解电感性电路提高功率因数的方法和意义。
二、主要仪器设备
1. 实验电路板 2. 单相交流电源(220V) 3. 交流电压表或万用表 4. 交流电流表 5. 功率表 6. 电流插头、插座
三、实验内容
1. 交流功率测量及功率因素提高
按图2-6接好实验电路。
图2-6
(1)测量不接电容时日光灯支路的电流I RL 和电源实际电压U 、镇流器两端电压U L 、日光灯管两端电压U R 及电路功率P ，记入表2-2。
计算：cos φRL = P/ (U·I RL )= 0.46
表2-2
(2)测量并联不同电容量时的总电流I 和各支路电流I
、I 及电路功率，记入表2-3。
表2-3
注：上表中的计算公式为cos φ= P/( I ·U) ，其中U 为表2-2中的U=219V。
四、实验总结
1. 根据表2-2中的测量数据按比例画出日光灯支路的电压、电流相量图，并计算出电路参数R 、R L 、X L 、L 。
如图，由于I RL 在数值上远远小于各电压的值，因而图中只标明了方向，无法按比例画出。 另外，此处I RL 是按照U R 的方向标注的。(如若按照cos φRL =0.46，得I RL 与U 的夹角φRL =-63°，则I RL 与U R 的方向有少许差别，这会在后文的误差分析中具体讨论。)
R=UR /IRL =294.7 Ω
据图得U L 与I RL 夹角为81°，则得：R L +jXL =Z=UL /IRL =26.9+169.9 j X L =169.9 Ω
L= XL /2пf=0.54 H
因而得：R L =26.9 Ω 是电感性还是电容性。
2. 根据表2-3的数据，按比例画出并联不同电容量后的电源电压和各电流的相量图，并判别相应电路所得向量图如下，其中由于电压与电流数量级相差过多，电压未按比例绘制长度。 如图，由于φ全部
3. 讨论电感性负载用并联电容器的方法来提高功率因素的方法和意义。
根据上面各图所示，I RL 在电容变化时基本保持不变，这是因为加在负载(包括电感和日光灯) 两端的电压是恒定的，因此其内部的电流不变，而当并联的电容改变时，只改变I C 的相位，因而导致I 的相位改变，可以看出，在φ0且不断增加，致使cos φ变小，功率因素减小，此时系统处于电容性。此次实验由于实验次数与数据尺度的限制，没有出现电阻性和电容性的情况。
综上可得，提高功率因素的一般方法是，对于电感电路(日常使用电路通常为电感电路) ，并联适当大小的电容器有利于功率因素的提高，其电容大小以使总电压与总电流相位差接近0为宜。根据公式计算，当f =
12πLC
-
C 2，即并联谐振时，功率因素达到最大(式中R 表示负载和电感的R L
等效电阻) 。在现实生活生产中增大功率因素是有积极意义的，因为这样可以更充分地利用电源所供给的功率，增大生产效率。由于日常所用电路大多为电感性的，因此并联电容这种方法能够得到广泛应用，但在实际电路设计制造中，可能会由于多种因素的限制影响，不可能使得功率因素刚好为1，只能尽可能接近于1，这也体现了理论与实践的差别。
五、心得体会
本次实验涉及到交流电，是从前的电学实验从未接触过的，总体感觉有些复杂，但经过仔细的实践和分析，最终结果还是比较符合要求的。在这次实验过程中，我们学习并使用了交流仪表，并掌握了测量交流电路中电流、电压及功率的方法，了解、分析了电感性电路提高功率因数的方法及其意义。
下面对本次实验的误差进行分析。在不接电容时测得的数据中(表2-2) ，通过功率和总电压与电流的计算得到的cos φRL =0.46，为一个计算值，如继续算下去，可得φRL =-63°，即为I RL 与U 的夹角，然而根据分析可知，I RL 应与U R 在向量图中的方向相同，因此据此推算应得U R 与U 的夹角也为63°；然而根据测量值，U R 与U 的夹角约为51°，与计算值有所差异。这种情况下，应以测量值为准，因为计算值为二次数据，并非直接所得，因此可信度不如测量值高。造成这种现象可能有多种原因：1. 电路上或仪表内有耗能元件，导致功率测量偏小，从而致使cos φRL 偏小。2. 由于功率表电流插孔的问题，电路总线上的电流未完全流入功率表，而有部分“漏过”功率表直接进入负载端，导致测得的功率偏小，进而使cos φRL 偏小。3. 由于这是电路首次接通后测得的数据，电路内部及仪表内部各元件可能还未达到稳定状态，对测得的数据有所影响，造成偏差，这种情况下应进行多组平行实验，以判断是随机误差还是系统误差。4. 功率表或其他测量元件已损坏，这种情况发生的可能性较低，基本可以排除。
另外，这次实验不足的是，在更改并联电容大小时，未能设计足够多的组和恰当的数据尺度，导致实
验结果处理时，所得全部电路都为电感性，没有得到电容性和电阻性的电路，因而从未能体现出电容并联过度反而会使功率因素下降这一现象。此外，通过表2-3可见，随着并联电容的增多，功率P 也有少许增加，因此推测可能电容也有少量负载耗电，这与理论上的理想电容器时有所差别的，当然这种现象的出现也不排除其他元件或温度的影响。