实验一日光灯电路及功率因数的提高分析解析

2023年12月25日发(作者：明基)

实验一日光灯电路及功率因数的提高分析解析

电工学&电工学及电气设备

实 验 指 导 书

山东农业大学电工电子实验中心

234图1-1 日光灯电 日光灯结构如图1-1所示，K闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启辉器两触片之间，使启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管的灯丝和镇流器。短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中的电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生 400至 500V高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯点燃发亮。日光灯点燃后，灯管两端的电压降为100V左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中电流不会过大。同时并联在灯管两端的启辉器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。

2、功率因数提高的意义和方法

对于一个无源一端口网络，如图1-2所示，其所吸收的有功功率P=UIcosΦ其中 cosΦ 称为功率因数。要提高感性负载的功率因数，可以用并联电容器的办法，使流过电容器中的无功电流分量与感性负载中的无功电流分量互相补偿，以减小电压和电流之间的相位差，从而提高了功率因数。提高负载的功率因数有很大的经济意义，一方面它可以充分发挥电源设备的利用率，另一方面又可以减少输电线路上的功率损失，提高电能的传输效率。

IUZ=|Z|

三、实验设备

表1-1 实验仪器和设备

序号 名 称 型号与规格 数量 备注

1

2

3

4

4

5

6

7

8

交流电压表

交流电流表

功率表

自耦调压器

镇流器

电容器箱

启辉器

日光灯灯管

与40W灯管配用

与40W灯管配用

40W

1

1

1

1

1

1

1

1

1

四、实验线路与实验内容

实验接线如图所示。测量交流参数及提高功率因数

按表1-2并联电容C，令U=220V不变，将测试结果填入表 1-2 中。

表 1-2 测试结果

电容值μF

测量值

U（V）

I (A)

计算值

Ic(A)

IRL(A)

cosφ

0

2.5

4.75

2.5+4.75

4.75+4.75

1

实验

五、注意事项

1、测电压、电流时，一定要注意表的档位选择，测量类型、量程都要对应。

2、功率表电流线圈的电流、电压线圈的电压都不可超过所选的额定值。

3、自耦调压器输入输出端不可接反。

4、各支路电流要接入电流插座。

5、注意安全，线路接好后，须经指导教师检查无误后，再接通电源。

六、报告要求

1、若直接测量镇流器功率，功率表应如何接线，作图说明。

2、说明功率因数提高的原因和意义。

3、收获体会及其他。

实验二 三相负载星形连接

一、实验目的

1． 熟悉三相负载作星形连接的方法。

2． 学习和验证三相负载对称与不对称电路中，相电压﹐线电压之间的关系。

3． 了解三相四线制中中线的作用。

二、实验原理：

三相负载作星形连接时，如图2—1所示。

AAOCBOBC

图2—1

2

当三相负载对称或不对称的星形连接有中线时，线电压与相电压均对称，且U线3U相。而且U线超前与U相30。

当三相负载不对称又无中线连接时，此时将出现三相电压不平衡﹑不对称的现象，导致三相不能正常工作，为此必须有中线连接，才能保证三相负载正常工作。

从上述理论中，考虑到三相负载对称与不对称连接又无中线时某相电压升高，影响负载的使用时间，同时考虑到实验的安全，故将三相电压降低到220V的相电压作实验。

三﹑实验仪器设备：

1、三相负载箱一个

2、电流T15-MA一只

3、万用表500型一只

4、连接导线若干

四、实验内容及步骤：

实验板布置图如图所示。将实验台供电箱的三相电源A、B、C、O对应接到负载箱上。再接成星形连接，即X、Y、Z、O连接。

1、上供电箱上三相开关，用电流表插头及电压表进行下列情况的测量。并将数据记入表内。

2、负载对称有中线，将三相负载箱上的开关全部打到接通位置。

3、负载对称无中线，即断开中线。

4、负载不对称有中线，将A相的KAI开关断开。

5、负载不对称无中线。

上述数据作完，请老师检查数据后，方可整理好实验台。

五、填写实验报告：

1、分析负载不对称又无中线连接时的数据。

2、中线有何作用？

3

实验板布置图

六、注意事项：

1、电压电流表测量时，一定要注意表的量程。

2、每测一次，改变负载连接方式都要断开电源开关。

3、如何接线才能利用电流测量插孔测得中性线电流？

负对称负载 不对称负载

载接法

有中线 无中线 有中线 无中线

测量数据

U

相电U

压

U

U

线电U

压

U

I

相电I

流

I

中线I

电流

ABCABBCCAABC0

实验三 三相负载三角形连接

一、实验目的：

1.熟悉三相负载作三角形连接的方法。

2.验证负载作三角形连接时，对称与不对称的线电流与相电流之间的关系。

二、实验原理：

三相负载三角形连接时如下图所示。

1、 当三相负载对称连接时，其线电流、相电流之间的关系为I线3I相，且相电流超前线电流30。

2、当三相负载不对称作三角形连接时，将导致两相的线电流、一相的相电流发生变化。此时，I线与I相无3的关系。

3、当三角形连接时，一相负载断路时，如下图3-2所示。此时只影响故障相不能正常工作，其余两相仍能正常工作。

4

4、当三角形连接时，一条火线断线时如下图3-2所示。此时故障两相负载电压小于正常电压，而BC相仍能够正常工作。

三、实验仪表设备：

图3-2

1、三相负载箱一台 2、电流表T15—MA一只 3、电压表 一只

四、预习要点：

1、实验板上一相负载，电流插孔只有一个，如何通过适当接线使其可测线电流，又如何接线使其可测相电流？测相电流时，电流插孔又是对应那一相的电流？

五、实验步骤及内容：

实验板布置图见实验二。接线参照图3-3。

1、参照下图将负载箱接成三角形的负载。

2、合上供电箱的开关，进行下列负载接法的测量并将数据记入表内。

数据记入表

测量数线电流 相电流

据

I I I I I

负载接负

法

载对

称负

载不

对称

负 一相

载断路

一相火

线断路

（1）对称负载的测量，所有开关全部接通。

ABCABBC线电压

I U U U

CAABBCCA（2）不对称负载的测量，短开KA1 开关。

（3）一相负载短路，短开2开关。

（4）一相火线断线，开关全部接通，取掉A相火线。

5

上述内容作完后，数据经老师检查后方可整理实验台，离开实验室。

五、填写实验报告：

1、负载作三角形连接时，从实验的数据作I相与I线之间关系的计算。二者之间的关系是什么？

2、 对各种情况负载下用实验的数据进行分析。说明了什么？

图3-3

实验四 变压器空载、短路实验

一、实验目的：

1、通过空载和短路实验判断变压器的性能。

2、学习各种仪表的使用。

二、实验内容：

1、变压器的空载实验。

2、变压器的短路实验。

三、预习要点：

1、在变压器空载和短路实验中，各种仪表怎样连接才能使测量误差最小？

2、变压器的空载实验，测空载损耗为什么必须用低功率因数表？

3、变压器空载及短路实验时应注意哪些问题？一般电源接在低压边还是高压边比较合适？

6

四、实验器材：

单相变压器、电流表、电压表、功率表、调压器、兆欧表。

五、实验步骤和方法：

1、测定绝缘电阻

用兆欧表分别检查变压器高、低压绕组之间和各绕组对地之间冷态绝缘电阻值。将数据填下表4-1中。

表4—1 绝缘电阻测试数据

测量内容 高、低压绕组之间

高压绕组对地

低压绕组对地

测量值（MΩ）

2、测定电压比

接线图如图2-1所示。闭合电源开关Q，将调压器的输出电压从低压绕组额定电压的50%左右开始调至UN范围内，对应不同的输入电压，测量低压绕组电压和高压绕组电压共3组数据，记录于4-2表中，

分别计算电压比，取其平均值。

表4—2 测定电压比数据

序 号

3、空载实验

为了安全，空载实验应在低压边进行，空载实验的接线图如图2-2所示。由于空载时变压器的功率因数甚低，应选用低功率因数表测量功率，以减少测量误差。又因为变压器空载阻抗很大，故电压表应接在电流表的外侧，以免由于电压表分流引起误差。

为了保护仪表，调压器将电压从零开始升至UN，测量空载电流I0及空载损耗功率P0

，副边电压UAX。共测取数据3组。记录于表4-1中。

低压线圈电压U 2/V

高压线圈电压U 1/V

7

4、短路实验

短路实验接线图如图2-3所示。由于短路阻抗很小，故电流表应接在电压表的外侧，以免由于电流表的内阻压降引起误差。短路时的功率因数较高，故不必采用低功率因数功率表。

通电前，必须将调压器调至输出电压为零的起始位置。然后合上开关Q，调节输出电压，使短路电流升至IN ,测量Uk 、Pk。共测取数据3组。记录于表4-1中。

六、实验报告：

1、由测定的绝缘电阻值判定变压器的绝缘性能。

2、计算变压器电压变比的平均值作为受试变压器的变比。

3、将空载实验数据和标准值比较，判断性能。

4、将短路实验数据和标准值比较，判断性能。

数据记入表

表3-1

计算数据

序号

1

2

3

空载实验数据

U0(V)

I0(A)

P0(W)

UAX(V)

cosφ0

短路实验

数据

8

1

2

3

UK（V）

IK（A）

PK（W）

cosφK

实验五 三相异步电动机的起动和调速

一、实验目的：

1、通过实验熟悉异步电动机的起动设备和起动方法。

2、熟悉异步电动机的调速原理和调速方法。

9

二、实验内容：

1、笼型异步电动机的起动。

2、绕线转子异步电动机的起动。

3、异步电动机的调速。

三、预习要点：

1、为什么笼型异步电动机降压起动不适用于重载起动？

2、绕线转子异步电动机所串电阻的大小对起动转矩有什么影响？

3、异步电动机的调速原理。

四、实验器材：

五、实验步骤和方法：

1、直接起动 按图5-1接线。先将开关Q2向上闭合，然后闭合电源开关Q，读取瞬时起动电流数值，记录于表5-1中。

表5—1 各种起动方法时的数据

启动方式

直接启动

星—三角启动

自耦变压器减压启动

Ust/V

Ist/A

起动电流倍数（Ist/IN）

备注

2、星—三角形起动

仍按上图5-1接线。先将开关Q2向下闭合，定子绕组为星形联结，然后电源开关Q1，读取起动电流数值，记录于表5-1中。待电机转速稳定后，将开关氏Q2拉开，并迅速向上闭合，定子绕组换接三角形联结，电动机转入正常运行。

3、自耦变压器起动

选用起动补偿器，按图5-2接线。抽头电压选60%电源电压。先合上电源开关Q1，然后将起动补偿器的手柄扳至“起动”位置，此时电动机由自耦变压器供给低电压起动。读取起动电流数值，记录于表5-1中。待电动机转速稳定后，将手柄从“起动”位置拉开，并迅速合至“运行”位置，电动机起动过程结束。

4、绕线转子异步电动机起动

按如图5-3接线，先将起动变阻器手柄置于阻值最大位置，然后合上电源开关Q1起动电动机，读取起动电流数值，记录于表5-1中。缓慢转动起动变阻器手柄，逐渐减小起动电阻，直至起动变阻器被切除，电动机进入稳定运行。

5、绕线转子导步电动机转子回路串电阻调速 仍按图5-3接线，将电动机带一定负载起动后，改变转子电阻，观察转速变化，然后改变变阻器手柄位置，分别测量各电阻值所对应的电动机转速，并做记录。

6、鼠笼转子电机变极调速 按图5-4的两种方式接线分别测出转速并记录。六、实验报告：

10

1、比较异步电动机不同起动方法的特点和优、缺点。

2、从调速性能方面，对绕线转子异步电动机串电阻调速进行分析。

实验报告书

班级： 姓名： 学号：

11

课程名称

指导教师

实验项

目

成

绩

一、实验目的

二、实验原理

三、使用仪器、材料

四、实验步骤

12

五、实验过程原始记录(数据、图表、计算等)

六、实验结果及分析

教师签名

月 日

13