交流元件參數(shù)的測(cè)量和負(fù)載功率因素的提高——電子電工綜合實(shí)驗(yàn)論文

1、<p>　　電子電工綜合實(shí)驗(yàn)論文 </p><p>　　交流元件參數(shù)的測(cè)量和負(fù)載功率因素的提高</p><p><b>　　姓名：孫維</b></p><p>　　班級(jí)：11111001</p><p>　　學(xué)號(hào)：1111100126 </p><p><b>　　摘要:&

2、lt;/b></p><p>　　本文主要是研究如何測(cè)量交流元件電感、電容的參數(shù)以及感性負(fù)載功率因數(shù)的提高。由于電容、電感是交流元器件，所以測(cè)量它們參數(shù)的電路必須是在交流電路中，在電路中我們還要研究感性負(fù)載的功率因素的提高。在眾多測(cè)量電容、電感的的試驗(yàn)方法中，相量法和伏安法是測(cè)量比較方便，準(zhǔn)確度比較高的方法。它們利用電路原理中的相量分析法和交流通路中的歐姆定律，間接的測(cè)量出了交流元件的參數(shù)。感性負(fù)載功率因素

3、提高的試驗(yàn)中，通過改變與感性負(fù)載相并聯(lián)的電容C的值，找出感性負(fù)載功率因素的最大值。利用Multisim 11.0軟件進(jìn)行仿真，測(cè)量參數(shù)，獲取實(shí)驗(yàn)的波形圖，同時(shí)用Excel記錄了相關(guān)的仿真數(shù)據(jù)，繪制了圖形。此外，還介紹了一些關(guān)于提高功率因素的重要性和實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><p>　　電感 電容

4、相量法 伏安法</p><p>　　負(fù)載 功率因素</p><p><b>　　引言：</b></p><p>　　在一些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，有時(shí)我們需要用簡(jiǎn)單的儀器，快速準(zhǔn)確地測(cè)量出交流器件電容、電感的參數(shù)。相量法和伏安法能夠方便精準(zhǔn)的間接測(cè)量出它們的參數(shù)，滿足實(shí)驗(yàn)的所需。研究負(fù)載的功率因素提高，很有實(shí)際意義。通過研究負(fù)載的功

5、率因素變化規(guī)律和如何讓其提高功率因素，對(duì)于提高能源的利用率的和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展著實(shí)有著重要的意義。在實(shí)驗(yàn)中，通過仿真軟件的模擬，能更好的分析和理解測(cè)量電路的原理以及電路可行性的研究。通過模擬測(cè)量多組數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)曲線，并進(jìn)行了相應(yīng)的分析，從而達(dá)到研究的目的。</p><p><b>　　正文：</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)要求：測(cè)量交流元件電感、電容的的參數(shù)（至少

6、用兩種不同的方法測(cè)量）</p><p>　　感性負(fù)載功率因素的提高</p><p><b>　　電感參數(shù)的測(cè)量</b></p><p><b>　　電容參數(shù)的測(cè)量</b></p><p>　　感性負(fù)載功率因素提高的研究</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)原理：<

7、/b></p><p><b>　　電感參數(shù)的測(cè)量 </b></p><p><b>　　相量法測(cè)電感</b></p><p>　　相量法測(cè)電感又稱為“三點(diǎn)壓法”，是一種間接測(cè)量方法，不僅可以測(cè)量電感，而且常用于測(cè)量阻抗。它利用電路原理中相量分析法，計(jì)算出電感和直流電阻，測(cè)量的精度取決于儀表的準(zhǔn)確度。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量方

8、便，只要正弦電源和交流電壓表即可。</p><p><b>　?、?實(shí)驗(yàn)原理圖：</b></p><p>　　實(shí)際的電感是由理想的L和r組成的。將一個(gè)外接電阻R與實(shí)際電感相串聯(lián)，連接到交流電壓源上，只需測(cè)量有效值、、，就可利用余弦定理計(jì)算。</p><p><b>　　圖 1</b></p><p>

9、;<b>　?、ⅲ┫嗔繄D分析：</b></p><p><b>　　圖 2</b></p><p>　　只需測(cè)量有效值、、，就可利用余弦定理計(jì)算</p><p>　　θ=arccos(1)</p><p><b>　　cos(2)</b></p><p&

10、gt;<b>　　(3)</b></p><p><b>　　(4)</b></p><p><b>　　(5)</b></p><p><b>　　(6)</b></p><p><b>　?、?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p>

11、<p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)的電路圖及元件參數(shù)如下：</p><p>　　U=120Ｖ　　　R=1K f=60Hz</p><p>　　實(shí)驗(yàn)測(cè)得V ，， 將所測(cè)數(shù)據(jù)帶入上面（1）（2）（3）（4）（5）（6）式中，即可得：</p><p>　　θ=arccos=</p><p><b>　　cos＝Ｖ<

12、/b></p><p><b>　?。?2.221V</b></p><p>　　=58.961mA</p><p><b>　　=1.001H</b></p><p><b>　　=0.999K</b></p><p>　　又已知選取的電感

13、的實(shí)際參數(shù)為L(zhǎng)=1.000H，r=1.000K，所以：</p><p><b>　　L的相對(duì)誤差E= </b></p><p><b>　　r的相對(duì)誤差E=</b></p><p>　　（2） 伏安法測(cè)電感</p><p>　　伏安法是一種間接測(cè)量方法，用于測(cè)量線性或非線性電感的情況。其誤差取

14、決于電壓和電流表的準(zhǔn)確度。</p><p><b>　?、。?shí)驗(yàn)原理圖</b></p><p>　　實(shí)際的電感是由理想的L和r組成的。將一個(gè)外接電阻R與實(shí)際電感相串聯(lián)，測(cè)量時(shí)分別對(duì)電感元件通以直流和交流，測(cè)量其上的直流電壓、直流電流和交流電壓和交流電流。</p><p>　　則電感元件的等效電阻為</p><p><

15、;b>　?。?） </b></p><p>　　電感元件的等效阻抗為</p><p><b>　　（8）</b></p><p><b>　　由此可得電感值為</b></p><p>　　= （9）</p><p>　　式中，f是交流電

16、源的頻率。</p><p>　　當(dāng)感抗 >>電阻R時(shí)，可以近似于</p><p>　　= （10）</p><p><b>　?、ⅲ?shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)的電路圖和參數(shù)如下</p><p>　　直流電源10V

17、交流電源頻率f=60HZ,電壓有效值U=120V</p><p>　　通直流電時(shí)的電路圖如下：</p><p>　　測(cè)得直流電壓=10.000V，直流電流=0.010A</p><p>　　通交流電時(shí)的電路圖如下：</p><p>　　測(cè)得交流電壓=120.000V, 交流電流=0.112A</p><p>　　將所測(cè)

18、數(shù)據(jù)帶入有： </p><p><b>　　=1K</b></p><p><b>　　=1.071 K</b></p><p><b>　　==1.021H</b></p><p><b>　　L的相對(duì)誤差E=</b></p><p&

19、gt;<b>　　電容參數(shù)的測(cè)量</b></p><p><b>　　數(shù)字式表測(cè)量電容</b></p><p>　　數(shù)字式儀表測(cè)量電容的方法之一是將待測(cè)電容量轉(zhuǎn)化成直流電壓，再利用數(shù)字電壓表測(cè)量出電壓，以完成的轉(zhuǎn)換。這樣在測(cè)量其他電路元器件參數(shù)時(shí)就可增加測(cè)量電容的檔位。</p><p>　　數(shù)字式儀表測(cè)量電容的另一種常用的

20、方法是脈寬調(diào)節(jié)法（PWM）。基本原理是利用被測(cè)電容的充放電過程去調(diào)制一個(gè)頻率f和占空比D均固定的脈沖波，使其占空比D與的值成正比，記過濾波后得到直流電壓送到A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并顯示。</p><p><b>　　伏安法測(cè)電容</b></p><p>　　采用伏安法測(cè)電容如下圖所示，當(dāng)加上頻率為f的正弦交流電源后，只須測(cè)量電壓U和電流I。</p>

21、<p><b>　?、?實(shí)驗(yàn)原理圖： </b></p><p>　　在忽略電容本身的損耗時(shí)，即有</p><p>　　式中，當(dāng)電流單位為A，電壓?jiǎn)挝粸閂，電容單位為F。</p><p><b>　　ⅱ）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)的電路圖和參數(shù)如下：</p

22、><p>　　交流電壓有效值U=120V,頻率f=60HZ</p><p>　　實(shí)驗(yàn)測(cè)得U=120.000V，I=0.045A</p><p>　　代入公式 可解得F=0.995 F </p><p>　　又已知選取的電容的 F</p><p><b>　　的相對(duì)誤差E=</b></p>

23、;<p>　　感性負(fù)載功率因素的提高</p><p>　　由熒光燈作為感性負(fù)載，研究提高功率因素。</p><p><b>　　ⅰ)實(shí)驗(yàn)原理圖：</b></p><p>　　提高感性負(fù)載的電路圖如下所示，通過改變電容C的值，觀察相應(yīng)儀表，找出功率因素提高到最佳點(diǎn)的對(duì)應(yīng)電容值，計(jì)算出各點(diǎn)的功率因素。</p><p

24、><b>　?、ⅲ┫嗔繄D分析</b></p><p><b>　　ⅲ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)的電路圖及元件參數(shù)如下：</p><p>　　有效值 U=120Ｖ　　f=10000HZ 可調(diào)電容C</p><p>　　當(dāng)改變可調(diào)電容的值時(shí)，通過功率表可觀察

25、功率因素的值，以及對(duì)應(yīng)的電表儀器的讀數(shù)。記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　曲線圖如下所示：</b></p><p>　　由實(shí)驗(yàn)曲線圖和所測(cè)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)C=245pF時(shí)，COSφ有最大值，而電流I有最小值。所以功率因素最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電容值C=245pF。</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p

26、><p>　　在交流元件電容、電感參數(shù)的測(cè)量中，我們注意到電感、電容參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確度與工作條件、測(cè)試方法和測(cè)量工具有關(guān)。</p><p>　　(1) 相量法測(cè)電感，它利用電路原理中相量分析方法進(jìn)行測(cè)量，只需測(cè)量有 、、，就可利用余弦定理計(jì)算出電感和直流電阻。實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單明了，測(cè)量次數(shù)的簡(jiǎn)約，加之儀表精度的提高，對(duì)比與實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值的相對(duì)誤差，不難發(fā)現(xiàn)此種測(cè)量方法及其方便，準(zhǔn)確度相當(dāng)?shù)母?。?/p>

27、安法用于測(cè)量線性和非線性的電感中，其誤差僅僅取決于電壓和電流表的準(zhǔn)確度，其測(cè)量精度亦是很高。 </p><p>　?。?） 中值電容的測(cè)量過程亦是簡(jiǎn)便清晰。在伏安法測(cè)量過程中，是忽略了電容本身的一部分損耗，故測(cè)量精度不是很高。</p><p>　　(3)感性負(fù)載的功率提高研究中，由可知，負(fù)載的功率P、電壓U一直保持不變，故在調(diào)節(jié)可變電容C的大小時(shí)，的大小發(fā)生了變化，在相量圖分析中我們