实验7 正弦稳态交流电路相量的研究
1.实验目的
（1）研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。
（2）掌握日光灯线路的接线。
（3）理解改善电路功率因数的意义并掌握改善方法。
2.原理说明
（1）在单相正弦交流电路中，用交流电流表测量各支路的电流值，用交流电压表测量回路各元器件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即
=0和Σ
=0。
（2）图7-1为RC串联电路。在正弦稳态信号
的激励下，
与
保持90°的相位差，即当R的阻值改变时，
的相量轨迹是一个半圆。
形成一个直角的电压三角形，如图7-2所示。R改变时，可改变ϕ的大小，从而达到移相的目的。
图7-1
图7-2
（3）日光灯线路如图7-3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，用来改善电路的功率因数（cosφ）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
图7-3
3.实验设备与元器件
（1）自耦调压器。
（2）交流电压表（0～450V）。
（3）交流电流表（0～5A）。
（4）功率表。
（5）镇流器、启辉器（与40W日光灯管配用）。
（6）日光灯管（40W）。
（7）电容器（1μF/500V，2.2μF/500V，4.7μF/500V）。
（8）白炽灯（220V，15W）及灯座。
4.实验内容
（1）按如图7-1所示接线。R为220V、15W的白炽灯，电容器为4.7μF/450V。经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出（U）调至220V，将U、UR、UC的数据记录在表7-1中，验证电压三角形关系。
表7-1
注：Rt△表示直角三角形。
（2）日光灯线路的接线与测量。
按如图7-4所示接线。经指导教师检查后，接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记录三表的指示值并填写在表7-2中。调节自耦调压器的输出电压至220V，测量功率P、电流I及电压U、UL、UA，验证电压、电流的相量关系，将测量数据记录在表7-2中。
图7-4
表7-2
（3）并联电路，改善电路的功率因数，按如图7-5所示组成实验线路。
图7-5
经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出电压调至220V，记录功率表、电压表的读数。通过一块电流表和三个电流插座分别测量三条支路的电流，改变电容量，重复测量三次，将测量数据记录在表7-3中。
表7-3
5.实验注意事项
（1）本实验采用交流市电220V，务必注意人身安全。
（2）功率表要正确接入线路中。
（3）线路要接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。
6.预习思考题
（1）在日常生活中，当缺少启辉器时，常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮（DG09实验挂箱上有短接按钮，可代替启辉器进行实验）或用一个启辉器去点亮多根同类型的日光灯，这是为什么？
（2）为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小？此时感性负载上的电流和功率是否改变？
（3）提高电路功率因数为什么只采用并联电容器法而不采用串联电容器法？所并联的电容器是否越大越好？
7.实验报告
（1）完成数据表格中的计算，并进行必要的误差分析。
（2）根据实验数据分别绘出电压、电流的相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。
（3）讨论改善电路功率因数的意义和方法。
（4）在报告中要进行实验数据的处理和误差原因的分析。