长江大学：《电路与模拟电子技术实验》课程教学课件（PPT讲稿）3.功率因数的提高仿真

实验五功率因数的提高仿真实验目的11.1.掌握电抗式日光灯的工作原理及其线路的接线方法1.2、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法1.3.学习电路仿真软件的使用2.实验原理2.1、节点的相量形式的基尔霍夫定律适用于正弦交流电路：各支路电流相量和为零，即2/=0闭合回路的各段电路电压相量和为零，即2U=02.2、日光灯实验电路如图-1所示，图中R：日光灯管L：电抗镇流器、S：启辉器，C：补偿电容器--用以改善电路的功率因数2025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 1 2.1、相量形式的基尔霍夫定律适用于正弦交流电路： 节点的 各支路电流相量和为零，即Σİ=0； 闭合回路的各段电路电压相量和为零，即ΣÙ=0。 2.2、日光灯实验电路如图-1所示，图中R:日光灯管、 L:电抗镇流器、S:启辉器，C:补偿电容器-用以改善电路 的功率因数。 1、实验目的 实验五 功率因数的提高仿真 2、实验原理 1.1、掌握电抗式日光灯的工作原理及其线路的接线方法。 1.2、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 1.3、学习电路仿真软件的使用

图-1提高日光灯功率因数实验电路原理图SOGIcCU220V1-1电路原理图CDILRUL=ILRURURRILR01-4日光灯并联电容1-3电压相量图1-2等效电路图前、后的电流相量图22025/11/15长江大学龙从玉

图-1 提高日光灯功率因数实验电路原理图 2025/11/15 长江大学 龙从玉 2 IC C S 1-1 电路原理图 L C R 220V UL UR ILR I IC 1-2 等效电路图 R UL L UR U I ILR UL ILR 1-3 电压相量图 UR U φ 1- 4 日光灯并联电容 前、后的电流相量图 φ I=ILR U I’ IC φ’ I’ I’

3.EWB仿真实验内容与实验步骤3.1.根据电抗式日光灯电路原理图，新建功率因数提高实验的EWB仿真电路3.2、分别用EWB中虚拟电压表、电流表测量电源电压U、日光灯电路中镇流器电压UL、灯管电压UR及电路电流！，用虚拟示波器测量电路电压与电流间的相位差Φ，记录在表-1中。3.3、在日光灯电路中接入并联可调电容C，串联电容电流表Ic并串联灯管支路电流表IRL。3.4、调节并联电容量的大小，使电路总电流/降至最小（此时电压U与电流/的相位差β=0)。测量相应的电压、电流及相位差记录在表-1中。3.5、分别增加个或减少I并联的电容量，分别测量电压U、UL和UR，测量总电流L、灯管电流IRL和电容电流IC、测量相应电压与电流的相位差β。记录在表-1中3.6、根据实验记录数据，计算电路的功率因数，讨论提高电路功率因数的意义32025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 3 3.1、根椐电抗式日光灯电路原理图，新建功率因数提高实验的 EWB仿真电路。 3.2、分别用EWB中虚拟电压表、电流表测量电源电压U、日光 灯电路中镇流器电压UL、灯管电压UR及电路电流I，用虚拟示 波器测量电路电压与电流间的相位差φ，记录在表-1 中。 3.3、在日光灯电路中接入并联可调电容C，串联电容电流表IC。 并串联灯管支路电流表IRL。 3.4、调节并联电容量的大↑小↓，使电路总电流I降至最小(此时 电压U与电流I的相位差φ =0)。测量相应的电压、电流及相位差， 记录在表-1 中。 3.5、分别增加↑或减少↓并联的电容量，分别测量电压U、 UL 和 UR，测量总电流I 、灯管电流IRL和电容电流IC 、测量相应电 压与电流的相位差φ 。记录在表-1 中。 3.6、根据实验记录数据，计算电路的功率因数，讨论提高电路 功率因数的意义。 3、EWB仿真实验内容与实验步骤

OXElectronics ForkbenchEWB主菜单HelpFileEditCircuitWindowAnalysis国聘功率因数提高.evb电压与电流的相位差大T2-TI0008ehannsiRadceFOVOWTWOSaPaysrnKpattonCoYpnetnGoYpaanisnOABAWBACOD镇流器电感电阻总电流灯管电流2.5H68Ohm256.2m256.2mMM0.0000电容电流L交流电源220V/50Hz/ODeg64.03灯管电压电容-15W灯管[C]5uF/0%250Ohm取样电阻5OhmC=0时电容支路应断！.调电容量按C键，改变增减方向按大小写转换键日光灯电路的固有功率因数低V>长江大学龙从玉2025/11/154

2025/11/15 长江大学 龙从玉 4 EWB使用简介 EWB主菜单 工具菜单 电 源 基 本 指 示 仪 器 元件与仪器菜单 启动 停止 开关 暂停 恢复 按键 C=0时电容支路应断开！ 调电容量按C键，改变增 减方向按大小写转换键。 电压与电流 的相位差大 1）日光灯电路的固有功率因数低

OncilloscopeX②并联电容提高电路总功率因数Electronics ForkbenchFileEditCircuitWindowHelpAnalysis用三福WD电压与电流功率因数提高.evb的相位差小T2-T1VA2-VAI9715943361VB2-VB1182TriggeReduc100VIOI5.oom000.mEdge0.000.00层Ypostion000Yposition0.00Reversepogtion总电流灯管电流A/BB/AABExtACLODCACODESav95.47mA256.2m灯管电流总电流244.5mA电容电下降了不变22064.03灯管电压增加15V灯管电容C250Ohm电流取样电阻5.Ohm2并联电容能改变电路的外特性y不能改变电路内部特性！154.36sTemp::2752025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 5 ②并联电容提高电路总功率因数 电压与电流 的相位差小 总电流 下降了 增加 电容 电流 灯管 电流 不变 并联电容能改变电路的外特性； 不能改变电路内部特性！

采用Proteus仿真功率因数的提高++265ACmA++265AACmA镇流器B+0.00+209ACmA9CAAAACVolts2.5H心DVV1+220V1ACVolts15WVSINESW3灯管SW1SW2VA=312V+66.3ACVoltsC1C3C22502.5u1u2uR362025/11/15长江大学龙从玉

2025/11/15 长江大学 龙从玉 6 采用Proteus仿真 SW1 SW3 15W 灯管 250 镇流器 2.5H V1 VSINE VA=312V C1 1u C2 2u C3 2.5u R 3 SW2 AC mA +265 AC mA +0.00 AC mA +265 AC Volts +66.3 AC Volts +209 AC Volts +220 A B C D V1 vi 功率因数的提高

Xnigital Oscilloscope采用Proteus仿真ChamnelAChannelcLevelPositiorPosition自ACACAClDCDCDC30-10GNDGND4040OOFFOFF5050binvennverA+BC+DAutoGne-ShotCursorsSourceBGmV0.5mHenzailaChamelBChannelDPositionPosition具SaurceACACECDDCDC30-210GNDGNDPosition40200OFFOFF200190nvenmven1500RN8720mDISm7长江大学龙从玉2025/11/15

2025/11/15 长江大学 龙从玉 7 采用Proteus仿真

表-1E日光灯功率因数提高的仿真实验表UTs并联C△tPULIcUR1ILRScOSO(M)(M)(A)(At/T)(W)(M)(A)(A)(VA)(uF)(ms)(ms)002201.02.0?22004.05.0说明：1）用模拟示波器测量相位差P：根据测量的电压与电流初相时间差4t与周期T计算：P=（4t/T）×36002）表中的功率因数COS@功率P(W)、视在功率S(VA)均为根据原始测量数据计算的实验值82025/11/15长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 8 表-1 日光灯功率因数提高的仿真实验表 并联C (uF) U (V) UL (V) UR (V) I (A) ILR (A) IC (A) T (ms) △t (ms) φ (△t/T) COSφ P (W) S (VA) 0 220 0 1.0 220 2.0 ? 0 1 4.0 5.0 说明：1）用模拟示波器测量相位差φ：根椐测量的电压与电流 初相时间差△t与周期T计 算：φ=(△t/T )×3600 。 2）表中的功率因数COSφ、功率P (W) 、视在功率S(VA) 均为根据原始测量数据计算的实验值。 2025/11/15

实验注意事项4.4.1.仿真实验使用的EWB软件：在电路中插入元件或仪表时可直接插入，但实际操作时则应断开电路接入！删去元件时却会在此保留短接线，如删去电压表后还要删去短接线！4.2、F电感负载串联电容实验，电路的总阻抗会下降，属于电压谐振性质，要防止器件过电压过电流实验报告要求55.1、完成实验数据表格中的计算，进行必要的误差分析5.2、电流相根据实验数据，绘制日光灯实验的电压相量图、量图，根据基尔霍夫定律解释支路电流大于总电流，部分电压大于总电压的实验现象5.3、讨论改善日光灯功率因数的方法。为什么不采用串联电容的方法提高功率因数5.4、讨论改善日光灯电路的功率因数的意义92025/11/15长江大学龙从玉

长江大学 龙从玉 9 4.1、仿真实验使用的EWB软件：在电路中插入元件或仪表时 可直接插入，但实际操作时则应断开电路接入！删去元件时却 会在此保留短接线，如删去电压表后还要删去短接线！ 4.2、电感负载串联电容实验，电路的总阻抗会下降，属于电 压谐振性质，要防止器件过电压过电流！ 5.1、完成实验数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 5.2、根据实验数据，绘制日光灯实验的电压相量图、电流相 量图，根据基尔霍夫定律解释支路电流大于总电流，部分电 压大于总电压的实验现象。 5.3、讨论改善日光灯功率因数的方法。为什么不采用串联电 容的方法提高功率因数？ 5.4、讨论改善日光灯电路的功率因数的意义。 5、实验报告要求 2025/11/15 4、 实验注意事项