实验一 日光灯电路及功率因数的提高

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1实 验 的 基 本 要 求电工学基础实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。一、实验前的准备实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题(有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等) ，并按照实验项目准备记录抄表等。实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。二、实验的进行1、建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行,每组由 23 人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。2、选择组件和仪表实验前先熟悉该次实验所用的组件，选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。4、接通电源，观察仪表接线完毕，首先自我检查，然后请指导教师查验无误后，方可通电。在正式实验开始之前，先熟悉仪表刻度，并记下倍率，然后开始实验，观察所有仪表是否正常(如指针正、反向是否超满量程等) 。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。 5、测取数据预习时对电工实验的基本试验方法及所测数据的大小作到心中有数。正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。6、认真负责，实验有始有终实验完毕，须将数据交指导教师审阅。经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。实验过程中一定要注意用电安全，按程序规范操作，以避免人身触电事故的发生！三、实验报告2实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。实验报告包括以下内容：1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期。2) 列出实验中所用组件的名称及编号等。3) 数据的整理和计算4) 根据数据进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁5) 每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。实验一 日光灯电路及功率因数的提高 一、实验目的1. 了解日光灯的工作原理；2. 了解提高功率因数的意义；3. 掌握提高感性负载功率因数的方法。二、实验原理说明1、日光灯各元件的联接及其工作过程 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。图1-1 日光灯电路32、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=UIcos 其中 cos 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。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 交流电压表 12 交流电流表 13 功率表 14 自耦调压器 14 镇流器 与 40W 灯管配用 15 电容器箱 16 启辉器 与 40W 灯管配用 17 日光灯灯管 40W 18 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。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 17-Mar-2003 Sheet of File: D:Program FilesDesign Explorer 99 SEExamplesPldlixd.ddbDrawn By:UIZ=|Z|4表 1-2 测试结果测量值 计算值电容值 FU（V） I (A) IRL(A) Ic(A) cos02.54.752.5+4.754.75+4.75五、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。实验接线图5实验板布置图实验二 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 21 所示。AOC BOAC B图 21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。而且 超前与相线 U3线。相 0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6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？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？对称负载 不对称负载负载接法测量数据 有中线 无中线 有中线 无中线U AUB相电压UCU AUB线电压UCI AIB相电流I中线电流 I 07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，且相电流超前线电流 。相线 I3302、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 与 I 无 的关系。线 相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、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：1、三相负载箱一台 2、电流表 T MA 一只 3、电压表 一只 15四、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。图 3-28数据记入表线电流 相电流 线电压测量数据负载接法 I AIBICI ABI CI AU BU CU A负载对称负载不对称一相负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。（2）不对称负载的测量，短开 KA1 开关。（3）一相负载短路，短开 KAI.KA2 开关。（4）一相火线断线，开关全部接通，取掉 A 相火线。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 与 之间关系的计算。二者之间的关系是什相I线么？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 3-39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？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 41 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（M）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 42 测定电压比数据序 号 低压线圈电压 U2/V 高压线圈电压 U1/V3、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。104、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 、P