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1、交流电路的功率和功率因数实验第1页，共21页，编辑于2022年，星期四二、实验器材二、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个第2页，共21页，编辑于2022年，星期四三、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）相配合测量电压功率因数表）相配合测量电压U、电流、电流I和有功功率和有功功率P（或功率因数（或功率因数cos）值，）值，Multisim软件提供的功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。率表既
2、可以测量有功功率，也可以测量功率因数。在在RL、RC或或RLC交流电路中只有电阻才能消耗有功功率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功功率Q。实图实图8-32所示为所示为RL串联测量功率实验电路。串联测量功率实验电路。实图实图8-33所示为所示为RC串联测量功率实验电路。串联测量功率实验电路。实图实图8-34所示为所示为RLC串联测量功率实验电路。串联测量功率实验电路。第3页，共21页，编辑于2022年，星期四图实8-32 RL串联测量功率实验电路第4页，共21页，编辑于2022年，星期四图实
3、8-33 RC串联测量功率实验电路第5页，共21页，编辑于2022年，星期四实图8-34 RLC串联测量功率实验电路。第6页，共21页，编辑于2022年，星期四图实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
4、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：第7页，共21页，编辑于2022年，星期四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第8页，共21页，编辑于2022年，星期四此大多数电动机属于电感性负载，为了提高电网运行的经
5、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。第9页，共21页，编辑于2022年，星期四四、实验步骤四、实验步骤1.建立图实8-32所示RL串联测试功率实验电路。
6、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：第10页，共21页，编辑于2022年，星期四测得结果：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第11页，共21页，编辑于2022年，星期四4.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
7、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第12页，共21页，编辑于2022年，星期四6.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：第13页，共21页，编辑于2022年，星期四测量结果：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
8、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第14页，共21页，编辑于2022年，星期四9.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与计算值有误差第15页，共21页，编辑于2022年，星期四11.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
9、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：第16页，共21页，编辑于2022年，星期四测量结果：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=（83.163-14.461）*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第17页，共21页，编辑于2022年，
10、星期四15.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读数第18页，共21页，编辑于2022年，星期四观测结果I=0.144A UL=45.137v U=85.43vP=10.333W cos=0.847第19页，共21页，编辑于2022年，星期四18.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
11、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。第20页，共21页，编辑于2022年，星期四20.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第21页，共21页，编辑于2022年，星期四