实验一 单相正弦交流电路
一、实验目的
1 学习常用交流仪表与功率表的使用。
2 通过日光灯电路的连接与测试，进一步加深对交流基尔霍夫电压定律的理解。 3 掌握改善感性电路功率因数的方法，体会提高功率因数的工程意义。
二、实验设备
1 交流电压表，交流电流表，功率表，自耦调压器，电容器。 2 镇流器，启辉器（与30W灯管配用），日光灯灯管。 3 电流插座与插头。 三、实验原理说明
1 日光灯电路如图2－1所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ值）。
图2－1
日光灯工作时，灯管和镇流器可等效为一个RL串联电路（其中R为灯管的等效电阻与镇流器的线圈电阻之和），是一种感性负载。RL串联电路的电路参数可通过测量电路的有功功率、输入电压、输入电流求得。
功率因数cos?=等效电阻R=PI2PUI；阻抗模Z?UI；
=Zcos?；等效电抗X=XL=Zsin?=2πfL
2 提高功率因数的意义
供电系统的功率因数取决于负载的性质，例如白炽灯、电烙铁、电熨斗、电阻炉等用电设备，都可以看作是纯电阻负载，它们的功率因数为1，但在工农业生产和日常生活中广泛应用的异步电动机、感应炉和日光灯等用电设备都属于感性负载，它们的功率因数小于1。因此，在一般情况下，供电系统的功率因数总是小于1。如果功率因数太低，就会引起下面两个问题：
1）发电设备的容量不能充分利用。额定电压和额定电流的乘积，称为额定视在功率，即SN=UNIN。当负载的功率因数cosφ=1，发电机（或变压器）所能输出的最大有功功率P为：P= UNINcosφ=UNIN=SN 2）增加线路和发电机绕组的功率损失。
因此，必须设法提高负载端的功率因数，从而提高供电系统的功率因数。这样，一方面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及发电机绕组上的功率损耗，提高电能的传输效率。
四、实验任务
1 日光灯线路接线与测量。
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利用实验室现有设备，按图2－2接线。确保电路接线无误后，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220V，测量电压U，UL，UR等值。日光灯30W/220V， 功率因数0.55，
表2－1 计算值 测量值 UR（V） UL（V） U（V） U0（日光灯点亮电压）
图2－2
2 并联电路——电路功率因数的改善
按图2－3组成实验线路。
图2－3
确保接线正确无误后，接通电源。将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表，电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。 电容值 （μF） 0 1 2.2 4.7 P（W） cosφ 表2－2 测量数值 U (V) I(A) IL(A) IC(A) 计算值 cosφ 五、总结报告
1 根据实验数据，计算日光灯管的等效电阻和镇流器线圈电阻之和R及镇流器电感L。 2 为什么U?UR+UL，I?ID+IC？
3 日光灯电路并联电容器后，电路种哪些量发生变化？哪些量没有变化？为什么？ 4 并联电容器后，提高了电路的功率因数，能否改变感性负载本身的功率因数？为什么？ 5 要是电路的功率因数cosφ=1，应并联多大容量的电容。
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实验二 三相交流电路
一、实验目的
1 掌握三相负载正确接入电路的方法。
2 观察和测量三相交流电路负载星形和三角形连接时，对称和不对称的线电压与相电压、线电流与相电流的关系。
3 充分理解中线在三相四线制供电线路中的作用。
4 学习使用单相功率表测量对称三相电路功率的方法。 5 了解安全用电常识。
二、实验设备
1 实验用三相照明灯组负载板。
2 单相功率表，交流电压表，交流电流表，自耦调压器。 3 电流测量插头与插座。 三、实验说明
1 三相四线制供电电源
三相四线制供电电源是民用电和工程用电中最常见的一种电源形式，理想情况下用三根相线和一根中性线（也称中线或零线）向用户同时提供三个大小相等、相位相差120度的正弦交流相电压（相线与中性线间电压）和三个大小相等、相位相差120度的正弦交流线电压（相线间电压），其中线电压有效值是相电压有效值的3倍。民用电和工程用电中，多数情况下，线电压有效值为380伏，相电压有效值为220伏，本实验室的三相电源线电压设计值为220伏，相电压设计值为127伏，实际上由于电源内阻的存在，不对称的三相负载会破坏电源输出电压的对称性。
2 三相负载的连接
三相负载的基本连接方式有星形连接和三角形连接两种。对于星形连接按其有无中线，又可分为三线制和四线制，根据三相电路的对称情况，可将三相电路分为对称三相电路和不对称三相电路。在实际三相电路中，一般情况下，三相电源是对称的，三条端线阻抗是对称相等的，但负载不一定是对称的。在对称三相电路中，对于三角形连接，其线电流IL与相电流IP之间有IL=3IP的关系，对于星形连接，其线电压UL与相电压UP，之间有UL=3Up的关系。
3 三相电路中的功率测量
在对称三相四线制电路中，因各相负救所吸收的功率相等，故可用一只功率表测出任一相负载的功率，再乘以3；即得三相负载吸收的总功率。
在不对称三相四线制电路中，各相负载吸收的功率不再相等。这时可用三只功率表直接测出每相负载吸收的功率PA、PB及PC，或用一只功率表分别测出各相负载吸收的功率PA、PB、PC，然后再相加，即P＝PA+PB+PC，可得到三相负载的总功率。这种测量方法称为三表法。
显然，该方法也适用于对称三相四线制电路。
在三相三线制电路中，不论其对称或不对称，常采用二表法来测量三相功率，两个功率表读数的代数和即为三相负载的总功率。具体连接方法如图3－1。在三相四线制电路中．一般不采用二表法。
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图3－1
4 中线的作用
在三相四线供电机制下，中性线是保证单相负载正常工作的关键，如果三相单相负载适当连接后构成三相负载接入三相电源，则由于单相负载各自工作的独立性和随意性，会使三相电路通常工作于不对称状态，这时中性线可以保证各相负载获得额定电压且互不干扰，若去掉不对称三相电源中的中性线，会带来如下两个问题：
1）电源中点N 与负载中点N 之间出现电位差（中点对称电压UN-N’），如果电源中点接地，则负载中点出现电压，其强度与负载的不对称程度有关。
2）电路不再能保证各相单相负载提供额定的工作电压，以致会损坏该相负载，而负载较大的一相相电压则会远低于负载的额定电压，致使负载不能正常工作。
四、实验任务
1 测量Y型接法各种负载情况下的电压，电流。
按图3－2线路组接实验电路。即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源，将三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置。确认电路连接无误后，接通电源，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。将所测得的数据即如表3－2和3－3中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。
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图3－2
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测量数据 实验内容 Y0接平衡负载 平衡负载A相功率 表3－1 开灯盏数 线电流（A） 线电压（V） A B C IA 3 3 3 3 3 IB IC UAB UBC UCA 相电压（V） UA0 UB0 UC0 中线电中线电流（A） 压（V） I0 U0 Y接平衡负载 3 平衡负载总功率 2 测量△型接法各种负载情况下的电压，电流。
按图3－3该接电路，确认连接无误后接通电源，并调节调压器，使其输出线电压为220V，并按表3－4和3－5的内容进行测试。
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图3－3
测量数据 负载情况 三相平衡 开灯盏数 表3-2 线电压＝相电压 线电流（A） IB IC 计算值 相电流（A） IAB IBC ICA A－B B－C C－A UAB UBC UCA IA 3 3 3 表3－3 开灯盏数 A相 3 3 B相 3 C相 测量数据 实验内容 △接平衡负载
测量数据 P1（W） P2（W） ∑P（W）
五、总结报告
1 试说明在三相四线制电路中（对称三相电源）负载对称与否对中线电流的影响。为什么中
线阻抗不宜过大？
2 总结对称三相电路的特点。
3 总结三表法与二表法应注意的问题及各自的适用范围。
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