交流电路的功率和功率因数实验.ppt
实验8-15 交流电路的功率和功率因数,一、实验目的1.测定RC串联电路的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。2.测定RL串联电路的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。3.测定RLC串联电路的有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。4.确定RL串联电路提高功率因数所需的电容。,二、实验器材功率表 1个交流信号源 1个交流电压表 1个交流电流表 1个1H电感 1个1uF、2000nF电容 各1个500、1K 各1个,三、实验原理及实验步骤,工程上对交流电路常用电压表、电流表和功率表（或功率因数表）相配合测量电压U、电流I和有功功率P（或功率因数cos）值，Multisim软件提供的功率表既可以测量有功功率，也可以测量功率因数。在RL、RC或RLC交流电路中只有电阻才能消耗有功功率P电感或电容是不消耗功率的。电感和电容中的功率为无功功率Q。实图8-32所示为RL串联测量功率实验电路。实图8-33所示为RC串联测量功率实验电路。实图8-34所示为RLC串联测量功率实验电路。,图实8-32 RL串联测量功率实验电路,图实8-33 RC串联测量功率实验电路,实图8-34 RLC串联测量功率实验电路。,图实8-35所示为无功功率因数校正实验电路。RL或RLC串联电路的无功功率（单位：Var）等于动态元件两端的电压有效值Uc或UL乘以元件的电流有效值I。电容器无功功率Q的算式为：Q=Uc x I电感器无功功率Q的算式为：Q=UL x IRLC电路的无功功率Q等于总阻抗两端的电压有效值Ux乘以总阻抗的电流有效值I。总阻抗电压有效值等于电容电压Uc与电感电压UL之差，这是因为这两个电压之间有180的相位差。因此，无功功率为：Q=UxI 其中Ux=Uc-UL在图8-32图实8-34中，电路的视在功率S等于电路两端的电压有效值Ux乘以电路电流有效值I。因此视在功率（单位：Var）为：,S=U I,功率因数为有功功率P与视在功率S之比为：cos=P/S=P/UI式中，为U与I之间的相位差。当功率因数为正小数，表示负载为感性，电路中电流落后于电压；功率因数为负小数时，表示负载为容性，电流超前于电压；功率因数为1时表示为纯电阻性，电流与电压相同。交流电路的有功功率等于视在功率与功率因数的乘积，所以 P=SCOS,此大多数电动机属于电感性负载，为了提高电网运行的经济效益，应当对电路的功率因数进行调整，使有用功功率尽量接近视在功率S。图实8-35所示为调整功率因数实验电路，首先确定RL原电路的无功功率。方法是由有功功率P、视在功率S和功率因数角求出无功功率Q。原RL电路的无功功率Q一旦确定以后，调整功率因数所需要的容抗便可由下式求出：Xc=U/Q式中，U为RL电路两端的电压。则调整功率因数所需要的电容为：C=1/2Xc校正电容C选定后，可将C并联在RL负载的两端，这时功率因数接近1（电压U与电流I同向）。这样，便可以使有功功率接近视在功率。,四、实验步骤1.建立图实8-32所示RL串联测试功率实验电路。2.单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。记录总电流有效值I，电感量端的电压有效值UL及RL网络两端的总电压有效值U。结果如下图所示：,测得结果：I=0.144A UL=45.137v U=84.853v3.根据步骤2的读数，计算RL电路的有功功率P、无功功率Q及视在功率S。电感的无功功率Q=ULI=45.137*0.144=6.499728Var视在功率S=UI=84.853*0.144=12.218832VA有功功率P=10.331W,4.由以上算得的有功功率P，无功功率Q和视在功率S作出功率三角形，并确定RL网络的功率因数cos。cos=P/S=10.331/12.218832=0.845观测记录功率表的有功功率和功率因cos。并与步骤4的计算值进行比较。观测结果功率因数为0.847,6.建立图实8-33所示RC串联测试功率实验电路。7.单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。记录总电流有效值I，电容两端的电压有效值Uc及RC网络两端的总电压有效值U。结果如下图所示：,测量结果：I=0.026A Uc=80.878v U=84.853v根据步骤7的读数，计算RC电路的有功功率P、无功功率Q及视在功率S。电容的无功功率Q=UcI=80.878*0.026=2.1028Var视在功率S=UI=84.853*0.026=2.2062VA有功功率P=0.66W,9.由以上算得的有功功率P，无功功率Q和视在功率S作出功率三角形，并确定RC网络的功率因数cos。cos=P/S=2.2062/0.66=0.310.观测记录功率表的有功功率和功率因数cos。并与步骤4的计算值进行比较观测值功率因数为0.305与计算值有误差,11.建立图实8-34所示RLC串联测试功率实验电路。12.单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。记录总电流有效值I，电容两端的电压有效值Uc，电感电压UL及RLC网络两端的总电压有效值U。结果如下图所示：,测量结果：I=0.052A Uc=83.163v UL=14.461v U=84.853v13.根据步骤12的读数，计算RC电路的有功功率P、无功功率Q及视在功率S。无功功率Q=U*I=（Uc-UL）I=（）*0.052=3.572504Var视在功率S=UI=84.853v*0.052A=4.412356VA有功功率P=2.743Wcos=P/S=2.743/4.412356=0.623,15.观测记录功率表的有功功率和功率因数cos。并与步骤4的计算值进行比较观测值功率因数为0.618与计算值近似相等16.建立图实8-35所示功率因数调整电路实验电路。17.单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。记录总电流有效值I，电感电压UL及R网络两端的总电压有效值U，以及功率表的有功功率值和功率因数cos读数,观测结果I=0.144A UL=45.137v U=85.43vP=10.333W cos=0.847,18.根据步骤17的读数，计算RL电路的有功功率P、无功功率Q及视在功率S。算出是功率因数接近于1所需的电容C。然后将电路中的电容C改成计算值，把C并联到电路里。无功功率Q=ULI=45.137*0.144=6.499728Var视在功率S=UI=84.853*0.144=12.218832VA有功功率P=Scos=12.218832WXc=U/Q=(84.853)/6.499728=1108C=1/2Xc=1/2*3.14*50*1107.7=2874nF19.再次运行动态分析，观察功率表的的有功功率值和功率因数cos的读数，调整C直至满足功率因数cos=1应达到的要求。,20.将计算所得使功率因数接近于1所需的电容C值与功率因数cos=1时的电容值进行比较。计算所得的值和功率表的功率因数cos=1时的值近似相等调整为1时电容值为2724nF,计算值为2874nF,
