实验十五-交流电路功率的测量2————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：3实验十五交流电路功率的测量实验目的1．学习交流电路中功率及功率因数的测定方法；2．加深对功率因数概念的理解，进一步了解交流电路中电阻、电容、电感等元件消耗功率的特点；3．学习一种提高交流电路功率因数的方法．仪器和用具负载（铁芯电感为40W日光灯镇流器，阻值为300Ω左右的变阻器）、电动型瓦特表（低功率因数瓦特表W-D34型额定电流为0.5A、1A，额定电压为150V、300V、600V，功率因数20.φcos）、铁磁电动型交流电压表、电磁型电流表、电容（0.5μF、lμF、2μF、4μF、10F各一个）、调压变压器、示波器、音频信号发生器.-MF20型晶体管万用表、双刀双掷开关两个等．实验原理一、交流功率及功率因数在直流电路中、功率就是电压和电流的乘积，它不随时间改变．在交流电路中，由于电压和电流都随时间变化，因而它们的乘积也随时间变化，这种功率称为瞬时功率p．设交流电路中通过负载的瞬时电流i为tωIisinm（C.13.1）负载两端的瞬时电压u为φtωUusinm（C.13.2）则瞬时功率φtωtωIUiupsinsinmm（C.13.3）平均功率OIURU图C.13.14TTTdtφtωφIUTdtφtωtωIUTpdtTP0mm0mm02coscos211sinsin11其中第二项积分为零，所以φUIφIUdtφIUTPTcoscos21cos211mm0mm（C.13.4）平均功率不仅和电流、电压的有效值有关，并和功率因数φcos有关．由图C.13.1所示可知IUφUIPRcos（C.13.5）故平均功率也就是电路中电阻上消耗的功率，也称有用功率．由于电压与电流有效值的乘积称为总功率，也称视在功率S，即UIS（C.13.6）故φUIφUISPcoscos（C.13.7）功率因数φcos就是电源送给负载的有用功率P和总功率S的比值，它是反映电源利用率大小的物理量．测量功率的方法很多，最常用的是瓦特表，此外示波器也可测量功率（示波器适用于测量高频情况下较小的功率）．二、瓦特表测量功率及功率因数1．瓦特表测功率本实验采用电动型瓦特表，电动型瓦特表的测量机构示意图如图C.13.2所示．电动型瓦特表内部测量机构有两个线圈，线圈A为固定线圈，它与负载串联而接人电路，通过固定线圈的电流就是负载电流，因此称固定线圈A为瓦特表的电流线圈；线圈B为动圈，线圈本身电阻很小，往往与扩程用的高电阻相串联，测量时与负载相并联，动圈支路两端的电压就是负载电压1U，因此图C.13.2电动型仪表测量机构示意图1．固定线圈；2．可动线圈；3、4．支架；5．指针；6．游丝5动圈又称电压线圈，它与指针相连．使用时电路联接见图C.13.3（a）、（b），负载小时瓦特表电流线圈外接，按图C.13.3(a）连接；负载大时瓦特表电流线圈内接，按图C.13.3（b）连线．瓦特表能测量负载功率的原理在于：电流通过固定的电流线圈产生接近均匀的固定磁场，电压支路的电流通过位于固定线圈中间的动圈B并使动因产生偏转，偏转角的大小与流经瓦特表的电流、电压及二者之间相角的余弦乘积成正比，即与功率成正比，因而可借固定于动圈转轴上的指针直接指示功率值．瓦特表的量程转换，由改变固定线圈的串联和并联及电压支路之附加扩程电阻来实现．2．功率因数的测定及提高功率因数的方法根据φUIPcos可知，若用瓦特表测出它的功率，而用交流电压表与交流安培表同时测出它的电压、电流值则可求得功率因数：UIPφcos（C.13.8）一般用的电设备多数呈电感性的，这种电感性的负载造成功率因数的降低，当负载的端电压一定时，功率因数越低输电线路上的电流越大，导线上的压降也越大，因此导致电能损耗增加，传输效率降低．要提高传输效率，必须提高功率因数．解决的方法是在负载两端并联电容性负载．如图C.13.3所示的负载若是电感性负载，通过它的电流1I的相位落后于电压的相位，设两者的相位差为外，在未并联电容前1II，并联电容后电源供给的总电流I变为21III，由于负载的电压U不变，则电流1I的大小和相位1φ不变，通过电容的电流2I超前负载两端的电压2π，如图C.13.4所示．从矢量图可以清楚看出，总电流减少了，并且它与电压之间的相位差也减少了，因~UZIIUA1V...
