1、電子電工綜合實驗論文交流元件參數的測量和負載功率因素的提高一、 摘要: 本文主要是研究如何測量交流元件電感、電容的參數以及感性負載功率因數的提高。由于電容、電感是交流元器件，所以測量它們參數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載的功率因素的提高。在眾多測量電容、電感的的試驗方法中，相量法和伏安法是測量比較方便，準確度比較高的方法。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，間接的測量出了交流元件的參數。感性負載功率因素提高的試驗中，通過改變與感性負載相并聯的電容C的值，找出感性負載功率因素的最大值。利用Multisim 11.0軟件進行仿真，測量參數，獲取實驗的波形圖

2、，同時用Excel記錄了相關的仿真數據，繪制了圖形。此外，還介紹了一些關于提高功率因素的重要性和實際生產中的應用。二、 關鍵詞：電感 電容 相量法 伏安法 負載 功率因素三、 引言： 在一些實驗環節中，有時我們需要用簡單的儀器，快速準確地測量出交流器件電容、電感的參數。相量法和伏安法能夠方便精準的間接測量出它們的參數，滿足實驗的所需。研究負載的功率因素提高，很有實際意義。通過研究負載的功率因素變化規律和如何讓其提高功率因素，對于提高能源的利用率的和社會的可持續發展著實有著重要的意義。在實驗中，通過仿真軟件的模擬，能更好的分析和理解測量電路的原理以及電路可行性的研究。通過模擬測量多組數據，繪制相

3、應曲線，并進行了相應的分析，從而達到研究的目的。四、 正文：1. 實驗要求：測量交流元件電感、電容的的參數（至少用兩種不同的方法測量） 感性負載功率因素的提高（1） 電感參數的測量（2） 電容參數的測量（3） 感性負載功率因素提高的研究2. 實驗原理： 電感參數的測量 （1） 相量法測電感 相量法測電感又稱為“三點壓法”，是一種間接測量方法，不僅可以測量電感，而且常用于測量阻抗。它利用電路原理中相量分析法，計算出電感和直流電阻，測量的精度取決于儀表的準確度。其優點是測量方便，只要正弦電源和交流電壓表即可。)實驗原理圖： 實際的電感是由理想的L和r組成的。將一個外接電阻R與實際電感相串聯，連接到

4、交流電壓源上，只需測量有效值、，就可利用余弦定理計算。圖 1）相量圖分析：圖 2只需測量有效值、，就可利用余弦定理計算=arccos(1)cos(2)(3)(4)(5)(6)實驗內容 根據實驗原理，設計的電路圖及元件參數如下： U=120R=1K f=60HzV1120 Vrms 60 Hz 0° R11k?R21k?L11HU1AC 10MOhm58.961V+-U2AC 10MOhm63.012V+-U3AC 10MOhm120.000V+-實驗測得V ， 將所測數據帶入上面（1）（2）（3）（4）（5）（6）式中，即可得：=arccos=cos22.221V=58.961mA=

5、1.001H=0.999K又已知選取的電感的實際參數為L=1.000H，r=1.000K，所以： L的相對誤差E= r的相對誤差E=（2） 伏安法測電感伏安法是一種間接測量方法，用于測量線性或非線性電感的情況。其誤差取決于電壓和電流表的準確度。）實驗原理圖實際的電感是由理想的L和r組成的。將一個外接電阻R與實際電感相串聯，測量時分別對電感元件通以直流和交流，測量其上的直流電壓、直流電流和交流電壓和交流電流。RLI電源則電感元件的等效電阻為 （7） 電感元件的等效阻抗為 （8）由此可得電感值為= （9）式中，f是交流電源的頻率。當感抗 >>電阻R時，可以近似于= （10）實驗內容根據

6、實驗原理，設計的電路圖和參數如下 直流電源10V 交流電源頻率f=60HZ,電壓有效值U=120V通直流電時的電路圖如下： 測得直流電壓=10.000V，直流電流=0.010A 通交流電時的電路圖如下：測得交流電壓=120.000V,交流電流=0.112A將所測數據帶入有： =1K=1.071 K=1.021HL的相對誤差E= 電容參數的測量（1） 數字式表測量電容 數字式儀表測量電容的方法之一是將待測電容量轉化成直流電壓，再利用數字電壓表測量出電壓，以完成的轉換。這樣在測量其他電路元器件參數時就可增加測量電容的檔位。數字式儀表測量電容的另一種常用的方法是脈寬調節法（PWM）。基本原理是利用被

7、測電容的充放電過程去調制一個頻率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轉換器，轉換成數字量并顯示。（2） 伏安法測電容 采用伏安法測電容如下圖所示，當加上頻率為f的正弦交流電源后，只須測量電壓U和電流I。)實驗原理圖：AVUI在忽略電容本身的損耗時，即有式中，當電流單位為A，電壓單位為V，電容單位為F。）實驗內容根據實驗原理，設計的電路圖和參數如下：交流電壓有效值U=120V,頻率f=60HZ 實驗測得U=120.000V，I=0.045A 代入公式 可解得F=0.995 F 又已知選取的電容的 F的相對誤差E=感性負載功率因素的提高由熒光燈作為

8、感性負載，研究提高功率因素。)實驗原理圖：提高感性負載的電路圖如下所示，通過改變電容C的值，觀察相應儀表，找出功率因素提高到最佳點的對應電容值，計算出各點的功率因素。WV220）相量圖分析相量圖)實驗內容 根據實驗原理，設計的電路圖及元件參數如下： 有效值 U=120f=10000HZ 可調電容C當改變可調電容的值時，通過功率表可觀察功率因素的值，以及對應的電表儀器的讀數。記錄的相關數據如下： C/pF U/V I/mAIlr/mAIC/mA COS01201.8671.8580.0220.179351201.5971.8610.2690.186701201.3271.8620.5360.18

9、71051201.0641.8640.8050.2491401200.8211.8631.0690.3681751200.5751.8621.3410.5042101200.3561.8621.6050.7752451200.2891.8631.8720.9912801200.4071.8582.1380.6683151200.6491.8612.4060.5013501200.8911.8642.6740.355曲線圖如下所示：由實驗曲線圖和所測數據可知，當C=245pF時，COS有最大值，而電流I有最小值。所以功率因素最高點所對應的電容值C=245pF。五、 結論：在交流元件電容、電感參數的測量中，我們注意到電感、電容參數測量的準確度與工作條件、測試方法和測量工具有關。 (1) 相量法測電感，它利用電路原理中相量分析方法進行測量，只需測量有 、，就可利用余弦定理計算出電感和直流電阻。實驗原理簡單明了，測量次數的簡約，加之儀表精度的提高，對比與實驗結果與理論值的相對誤差，不難發現此種測量方法及其方便，準確度相當的高。伏安法用于測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確度，其測量精度亦是很高。 （2） 中值電容的測量過程亦是簡便清晰。在伏安法測量過程中，是忽略了電容本身的一部分損耗，故測量精