CN104318836A - 一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置及实验方法，该实验装置包括自动功率补偿控制器，自动功率补偿控制器的电源端口通过空气开关、螺旋保险以及电压表与市电电连接，自动功率补偿控制器的电流端口连接有输入电流表，输入电流表连接有相互并联的容性电流表和感性电流表，容性电流表通过可调电阻连接有补偿电容电路，补偿电容电路是由电阻、电容以及继电器连接形成的多级并联补偿电路；感性电流表通过可调电阻连接有负载电路，负载电路是由按钮开关和电感串联后形成的多级并联负载电路；继电器同时与自动功率补偿控制器连接。本发明结构设计合理，结构紧凑，将教学和实验结合在一起，从而使学生更容易掌握教学内容。

Description

一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及一种教学实验装置，具体涉及一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置及实验方法。

背景技术

电力能源是发展社会生产和提高人民生活水平的重要物质基础,在国民经济中占有重要的地位,鉴于电力生产的特点,用户用电功率因数的高低，对发、供、用电设备的充分利用，节约电能和改善电压质量有着重要的影响。供电设备主要以整流装置为主，其属于非正弦受电设备，即使供电***的电压为实际正弦波，整流装置从供电***中取用的电流也是非正弦波形且具有很大程度的畸变，并出现谐波分量。该分量不能增加有功功率视在功率，而且整流装置配有饱和电抗器，属感性负载，其自然功率因数不高。而其他许多用电设备大多为异步电动机等感性负载，其主变自然功率因数要低，不能充分发挥现有设备的出力，而且无功分量在受电设备与发电机组之间在线路上作无用功，造成能源浪费，企业电费成本增加。

在正弦交流电路中，负载消耗的有功功率P与功率因数cosφ有关，而cosφ又取决于负载的性质和参数。只有在负载为纯电阻性负载(如白炽灯)的情况下，cosφ＝1，电源供给负载的能量才能全部利用。当大量使用感性负载时，整个供电线路的功率因数总是小于1的，电源供给的能量没有得到全部利用，这是因为电路中发生能量互换，出现了无功功率Q＝UIsinφ,较低的功率因数将会引起以下问题：

1、发电设备的容量不能被充分利用

因为电源设备如发电机或变压器等的容量都是根据额定电压U和额定电流I设计的，其容量S＝UI，表示允许发出或通过的最大功率。而有功功率P＝UIcosφ＝Scosφ，显然，如果是电阻性负载，cosφ＝1，则发电机或变压器所能发出的或传输的有功功率P＝UIcosφ＝UI＝S，电源设备的容量得到了充分的利用。如果是感性负载，cosφ<1，则发电机或变压器输出的有功功率P＝UIcosφ<S。在S一定的情况下，功率因数愈低，发电机发出的P就愈小，无功功率Q就愈大，则发电机的能量不能充分利用。例如，S＝1000KVA的变压器，在cosφ＝1时，就能发出1000KW的有功功率，而在负载cosφ＝0.6时，只能有600KW的有功功率供负载消耗，而有800Kvar的无功功率给感性材料进行能量的相互转换。

2、增加线路的损耗

当发电机的电压U和输出功率P一定时，由可知功率因数愈低，线路电流I愈大，输电线路的功率损耗愈大。所以，功率因数的提高，能使发电设备得到充分利用，同时也能使电能得到大量节约。

提高功率因数主要有两种方法:

1.提高自然功率因数,合理选择电气设备的容量并减少所取用的无功功率,是改善功率因数的基本措施,这样可以提高自然功率因数。因为电动机、变压器等感性负荷是取用无功功率最多的用电设备，选用的容量大，功率因数和设备效率都会很低，这是不经济的。

2.提高功率因数，采用人工补偿法，采用供应无功功率的设备(并联电容器)，对用电设备所需的无功功率进行人工补偿，以提高功率因数。

功率因数的改善是企业用电中较为关注的问题，也是学生学习中较难掌握的内容，总之，了解功率因数自动补偿的必要性有三：

1、教学与实验的需要：

在电路理论中，电路功率因数问题是涉及知识较多、较为抽象的内容，同时改善功率因数又是实际供电***中较为实用的方法，要将该问题讲清楚，让学生搞明白，只有将课堂教学与实验教学结合起来，应有实验课交叉进行，才能取得较为理想的教学效果，并让学生真正掌握这一知识和运用这一技术。在课堂教学进行了视在功率、有功功率、无功功率和复功率等概念的教学后，用功率因数问题将以上诸多功率概念有机地结合起来，选用供电***中最实际的改善功率因数的问题，采用多种思路进行分析计算，使学生全面地理解功率因数问题，所以开发一套模拟工厂企业实际运行的改善功率因数的装置是教学和实验的必然需要。

2、培养学生实际操作技能的需要：

目前，在工厂企业中，改善功率因数的装置有几种，但掌握其一种装置的工作原理、工作方式、操作应用等就可以在工厂实际操作中得心应手了，也为就业增加了一种技能，尤其对电专业的学生，还是就业的需要。

3、企业的实际需要：

目前，有些企业用电的功率因数严重偏低，且其选用的发电设备、变电设备、用电设备都几乎为感性负载，都是取用无功功率较高的设备，选用容量均偏大，因此必须采用人工补偿法，采用供应无功功率的设备(并联电容器)，用以提高功率因数。企业的需要也就使学生必需掌握这一技术。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种结构设计合理、将教学与实验结合在一起的电脑控制功率因数补偿演示与实验装置及实验方法。

技术方案：本发明所述的一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置，包括自动功率补偿控制器，所述自动功率补偿控制器的电源端口通过空气开关、螺旋保险以及电压表与市电电连接，所述自动功率补偿控制器的电流端口连接有输入电流表，所述输入电流表连接有相互并联的容性电流表和感性电流表，所述容性电流表通过可调电阻连接有补偿电容电路，所述补偿电容电路是由电阻、电容以及继电器连接形成的多级并联补偿电路；所述感性电流表通过可调电阻连接有负载电路，所述负载电路是由按钮开关和电感串联后形成的多级并联负载电路；所述继电器同时与自动功率补偿控制器连接。

作为优化，所述自动功率补偿控制器采用JKG2C型无功功率自动补偿控制器。

作为优化，所述自动功率补偿控制器由中央处理单元、存储器、输入接口电路、输出接口电路、电源、键盘开关以及旋钮组成。

作为优化，所述继电器采用JZ7-44型中间继电器。

作为优化，所述电容采用CZJ型风扇电容，该电容的大小为2uf,额定电压为630V。

作为优化，所述电感采用额定功率为20W的电感式镇流器。

作为优化，所述电阻的大小为1KΩ。

本发明同时还公开了一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置的试验方法，包括如下步骤：

(1)将负载电路中的各按钮开关断开，将自动功率补偿控制器上的键盘开关拨至“自动”位置，再合上空气开关观察各仪表读数及指示情况；

(2)将与负载电路连接的可调电阻旋至合适中间值合适位置，并陆续投入各按钮开关，其余同步骤(1)；

(3)将键盘开关拨至“手动”位置和“投”位置，其余同步骤(2)；

(4)将键盘开关拨至“手动”位置和“切”位置，其余同步骤(2)；

(5)将键盘开关拨至“试验”位置，观看电容投入指示灯的亮熄情况。

有益效果：本发明结构设计合理，结构紧凑，将教学和实验结合在一起，从而使学生更容易掌握教学内容。

附图说明

图1为本发明的实验装置内部电路原理结构图。

图2为本发明的实验装置的操作面板示意图。

图3为本发明的自动功率补偿控制器的原理框图。

图4为本发明的自动功率补偿控制器的工作过程示意图。

图5为日光灯实验电路的等效电路。

图6为负载选择可行性分析电路图。

图7为日光灯镇流器中电感量与电阻值的测定实验电路图。

图8为补偿电容实验电路图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面对本发明的技术方案做进一步阐述。

如图1和图2所示一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置，包括自动功率补偿控制器，所述自动功率补偿控制器的电源端口(US1、US2)通过空气开关K1、螺旋保险RU以及电压表V与市电电连接，所述自动功率补偿控制器的电流端口(IS1、IS2)连接有输入电流表A1，所述输入电流表A1连接有相互并联的容性电流表A2和感性电流表A3，所述容性电流表A2通过可调电阻W1连接有补偿电容电路，所述补偿电容电路是由电阻(R1-R10)、电容(C1-C10)以及继电器(KM1-KM10)连接形成的多级并联补偿电路；所述感性电流表A3通过可调电阻W2连接有负载电路，所述负载电路是由按钮开关(K2-K5)和电感(T1-T4)串联后形成的多级并联负载电路；所述继电器(KM1-KM10)同时与自动功率补偿控制器连接。

本发明的实验装置主要包括自动功率补偿控制器、负载电路和补偿电容电路，下面对上述主要部件的选择以及可行性作进一步说明：

(1)自动功率补偿控制器的选择

本发明的自动功率补偿器的控制器核心元件由单片机构成，优选采用JKG2C型无功功率自动补偿控制器。自动功率补偿控制器中的功率因数补偿演示屏主要组成部分有中央处理单元、存储单元、输入接口电路、输出接口电路(A/D、D/A)电路、电源等部分组成。根据键盘开关等发出的指令顺序执行存储在它的存储器中的程序来完成其控制功能。其具体工作原理框图如图3所示，工作过程如图4所示。

无功补偿控制是依据设置的功率因数高低变化情况(自动地控制)补偿电容的投切。我国供电***均为50HZ的三相交流电，因此只要测得负载相电压与相电流的过零时间差，即可求得功率因数角度的值，即φ＝2π(t/T)

式中：φ---功率因数角度值,  t---电压电流过零时间差,

       T---50HZ交流电周期

相位采样是相位处理硬件电路与软件结合完成的,相位处理电路功能是根据电压与电流的相位***产生与电压、电流的相位差角成比例关系的方波信号K。具体产生办法是：当电压信号由正过零时，方波信号由低电平变为高电平：当电流信号由正过零时，方波信号由高电平变为低电平。

利用微处理器产生的定时间隔△t对方波信号K的正电平的宽度进行计数,测得计数值n，那么相位差X为X＝2πn/N，式中N＝T/△t.

由电路原理可知，当负载为感性负载时，电流滞后电压，滞后愈多X愈大，X恒小于π/2；当负载为容性负载时，电流超前电压，X恒大于3π/2。由此可见X不仅可以反映功率因数角的大小，而且还可判断无功的负载是容性还是感性的，即可判断是欠补还是过补。也可根据相位角的大小决定投切电容的量值。以上为控制原理简述。

两相比较，由单片机组成的外加了许多的硬件和软件及抗干扰措施，使其组成的功率因数补偿控制器具有工作更加稳定、性能可靠、灵敏度高、抗干扰能力强、体积更小、消耗功率低的优点，且工作方式采用循环投切控制，可保证接触器、电容器的操作次数相同，延长接触器、电容器的使用寿命，所以优选单片机控制的功率因素补偿控制仪。

该自动功率补偿控制器的操作与技术性能指标：

1.简介：本机具有体积小、重量轻、功能完善、抗干拢能力强、运行稳定可靠、补偿精确等特点。

2.功能特点介绍：

1)存储芯片具有断电记忆功能。即该补偿器电源断电后，参数及程序自动记忆，永不丢失；再送电时，该补偿器仍按原用户自行设定的参数及程序运行控制；

2)LED数字显示电网功率因数，显示范围：滞后(0.00～0.99)，超前(0.00～0.99)。

3)通过面板按钮设定cosΦ值，延时设定值，过压设定值的设定。简明的人机对话，使操作极为方便。

4)当电网电压超过本机过压设定值时，数字cosΦ自动转换显示为电网当前的电压值，同时自动快速逐级切除已投入的电容值。

5)判别取样电流极性(即自动识别极性)，并自动切换。给安装、调试及使用带来极大的方便。

6)当取样信号线开路或无输入取样电流信号时，本机数字cosΦ自动显示0.CC。

7)输出动作程序为先接通的先分断，先分断的先接通的循环工作方式。

8)具有手动/自动切换，置自动时，本机自动跟踪电网功率因数及无功电流，控制电容器自动投入或切除，置手动时，在本机上能实现手投或手切。

9)有超前、滞后、过压、欠流LED指示灯指示。

10)抗干扰能力强，能抵御从电网直接输入的幅值2000V的干扰脉冲。

3.使用条件

1)周围环境温度不超过+40℃,24小时内平均温度不超过+35℃,最低环境温度不低于-10℃。

2)空气相对湿度不大于85％(在25℃时)。

3)周围环境，无易燃易爆的介质存在，无异电尘埃及腐蚀性气体存在。

4)电网电压波动范围不大于本机额定电压±10％。

4.主要规格及技术参数：

1)JKG2C输出点数(4～20)，可控制电容器组数(4～10)路，循环工作方式。

2)补偿器整定值及可调节范围：

功率因数cosΦ值0.97:0.7～0.98连续旋钮调节设定

过电压保护值430V：400～440V连续旋钮调节设定

每路投切延时5S：1～10S连续旋钮调节设定

3)基本参数：

额定工作电压：220VAC±10％，50HZ

电流取样：交流0～5A

输出触点容量：交流220V×5A或380V×3A

介电强度：交流3000V

工作制：连续工作制

重量：约1.0公斤

(2)被控对象(负载)的选择及可行性分析

日光灯(含镇流器)电路就是一个典型的RL串联电路，它是由镇流器与灯管串联而成。镇流器的电流与流过灯管的电流(此时启辉器中电容不接)相同，图5为等效电路图，镇流器是一个实际电感，相当于一个电阻R’和理想电感L(纯电感)的串联，灯管是一个电阻性负载R。在电压U稳定情况下，可用万用表分别测得处的有效值。

即可用余弦定理求出日光灯的功率因数。下面为220V、8W日光灯实验中测得的数据U＝220V，U1＝65V，U2＝207V，则该日光灯的功率因数为：

实验中，我们用万用表测量的数据，还可观察到RL串联电路并联一合适的电容器C后，可明显提高功率因数。选择结果：图5中，整流器为感性负载且满足上述要求，但8W的日光灯的整流器加灯管的额定电流为0.12A左右偏小了些，现在即使不使用灯管通过的电流也不会增加很多，所以决定选用20W的整流器为我们的被控制对象(感性负载)。

因其与20W日光灯管配合，U_N＝250V,I_N＝0.37A,Cosφ＝0.35,Sinφ＝0.94，估算：

$R_L+R=\frac{P}{I_N^2}=\frac{U_N{I}_N\cos \mathrm{\&phi;}}{I_N^2}=\frac{220\&times;0.35}{0.37}=208\mathrm{\&Omega;},$

$X_L=\mathrm{\&omega;L}=\frac{Q}{I_N^2}=\frac{U_N{I}_N\sin \mathrm{\&phi;}}{I_N^2}=\frac{220\&times;0.94}{0.37}=559\mathrm{\&Omega;},$ R上的消耗功率约为20W：计算结果：L＝559/314＝1.78H，R_L＝208-146＝62Ω。

在自动功率补偿控制器的演示屏中若将镇流器4只全投入作为负载,令W2＝0Ω，接线如图6所示。

理论计算结果应为：U_N＝220V叠加在X_LΣ＝X_L/4 R_LΣ＝R_L/4两端,

X_LΣ＝X_L/4＝140Ω R_LΣ＝R_L/4＝16Ω

则 $I_N=\frac{U_N}{\sqrt{R_{\mathrm{L\&Sigma;}}^2+}{V}_{\mathrm{L\&Sigma;}}^2}=\frac{220}{\sqrt{{140}^2+{16}^2}}=1.7A$

$\cos \mathrm{\&phi;}=\frac{R_{\mathrm{L\&Sigma;}}}{\sqrt{R_{\mathrm{L\&Sigma;}}^2+}{X}_{\mathrm{L\&Sigma;}}^2}=\frac{16}{\sqrt{{140}^2+{16}^2}}=0.11$

实际演示屏读数为：I_N＝1.7A COSφ＝0.11与计算结果完全相同。

(3)补偿电容的选择及可行性分析

电容器的耐压值应为电源电压的2～3倍，电容器两端要加放电回路，选择电容的同时要选择放电电阻值。初步选择结果：选择单个电容的额定电压为380V，电容量为2uf，共需这样的电容10个，分10路进行补偿，初选放电电阻值为1KΩ。

若全部负载是4只整流器，如图6所示。其Pmin＝UIcosφ

其中： $I_N=\frac{U_N}{\sqrt{R_{\mathrm{L\&Sigma;}}^2+}{V}_{\mathrm{L\&Sigma;}}^2}=\frac{220}{\sqrt{{140}^2+{16}^2}}=1.7A$

$\cos \mathrm{\&phi;}=\frac{R_{\mathrm{L\&Sigma;}}}{\sqrt{R_{\mathrm{L\&Sigma;}}^2+}{X}_{\mathrm{L\&Sigma;}}^2}=\frac{16}{\sqrt{{140}^2+{16}^2}}=0.11$

Pmin＝220*1.7*0.11＝40W，现要将COSφ₁＝0.11提高到COSφ₂＝0.98代入公式： $C=\frac{P_{\min }(\mathrm{tg\&phi;}1-\mathrm{tg\&phi;}2)}{\mathrm{\&omega;}{U}^2}=23\mathrm{\&mu;F}.$

若负载为全部镇流器+W2＝50Ω，I＝1.4A，COSφ＝0.43，Pmax＝220*1.4*0.43＝132W，现要将COSφ₁＝0.43提高到COSφ₂＝0.98代入公式：

综合上述两个补偿电容量为17～23μf之间，若取Co＝2μf,则可投补偿电容路数为8～12路之间，故取中间值10路作为补偿器装置输入控制。

至此，自动功率补偿控制器、负载电路和补偿电容电路均已确定，故形成如图1所示的本发明的实验装置的电路原理图。按照图1的原理图进行接线布置，形成本发明的实验装置，其面板设置如图2所示。

1.本实验装置的具体主要由四部分组成：

(1)补偿屏：其输入量为电压、电流量,其输出量为cosΦ值并进行显示。

(2)负载：即被控对象，有四个电感式镇流器组成，并分别由面板上的开关K₂～K₅控制其接入与否，其干线上串入一可调电阻W2，起调节P、I等作用。

(3)补偿电容：主要由10只经计算出电容值的电容器组成，并分别由KM₁～KM₁₀控制其接入补偿与否，也在其干线上串入一可调电阻W1，起限流等调节作用。

(4)测量与指示：由一只电压表测量与指示输入电源电压值。由三只电流表分别测量输入电流、负载电感支路电流、电容回路电流，为后面的实验获取相关数据之用。

2.实际操作步骤：

(1)断开K₂～K₅，将补偿屏上键盘开关拨至“自动”位置，再合上K₁观察各仪表读数及指示情况。

(2)将W2旋至合适中间值合适位置，陆续投入K₂～K₅，其余同(1)。

(3)将键盘开关拨至“手动”位置和“投”位置，其余同(2)。

(4)将键盘开关拨至“手动”位置和“切”位置，其余同(2)。

将键盘开关拨至“试验”位置，观看电容投入指示灯的亮熄情况。

结合上述实验装置的实验原理和实验步骤，本实验装置可以进行如下电路实验：

(1)日光灯镇流器中电感量与电阻值的测定

一、实验目的：

1、进一步了解演示屏的应用及工作情况。

2、学会用功率因数表及电压电流表测量电容中R、L值的方法各计算公式。

3、进一步熟悉日光灯镇流器的作用及铭牌值的含义。

4、比较测量结果与计算结果的误差。

二、仪器设备：

1、功率因数补偿演示屏1台

2、万用表1只

三、实验原理：

实验电路如图7所示。

1、根据电工学原理，求取L和R的计算如下：

设有几个开关合上(n＝1～4)，干路电流为I，每只镇流器的电流为I_L。

电压表读数为U，电流表A1、A3的读数为I，功率因数的显示值为cosΦ。

I＝nI_L＝I1＝I＝I3(串联在电路中)

P＝UIcosΦ

$Q=\mathrm{UI}\sin \mathrm{\&phi;}=\mathrm{UI}\sqrt{{1-\left(\cos \mathrm{\&phi;}\right)}^2}$

$X_{\mathrm{L\&Sigma;}}=\frac{X_L}{n}=\frac{Q}{I^2}=\frac{2\mathrm{\&pi;fL}}{n}=\frac{\mathrm{UI}\sqrt{{1-\left(\cos \mathrm{\&phi;}\right)}^2}}{I^2}=\frac{U\sqrt{{1-\left(\cos \mathrm{\&phi;}\right)}^2}}{I}$

$R_{\mathrm{\&Sigma;}}=\frac{R}{n}=\frac{P}{I^2}=\frac{\mathrm{UI}\cos \mathrm{\&phi;}}{I^2}=\frac{\mathrm{UI}\cos \mathrm{\&phi;}}{I}$

$L=\frac{\mathrm{nU}\sqrt{{1-\left(\cos \mathrm{\&phi;}\right)}^2}}{2\mathrm{\&pi;fI}},R=\frac{\mathrm{nU}\cos \mathrm{\&phi;}}{I}$

四、实验内容及步骤：

1、按图7所示，先断开K2～K5,将W2＝0，再全上电源开关K1。

2、将功率因数补偿屏的键盘开关拨至“手动”和“。”位置。

3、合上开关K2，读取cosΦ、电源表、电流表A1、电流表A3的数值，填入下表中。

4、合上开关K3其余同3。

5、合上开关K4其余同3。

6、合上开关K5其余同3。

根据四种情况的读数，再根据L、R的求取表达式求出L和R的值，再求取其平均值，即为镇流器的L和R的测定值。

(2)补偿电容实验

一、实验目的：

1、进一步熟悉用演示屏进行参数测量的方法。

2、学会用功率因数表及电压电流表测量并求取电路中的电容容抗XC及电容C的值。

3、比较测量结果与电容标称值之间的误差。

二、仪器设备：

1、功率因数补偿演示屏1台

2、万用表1只

三、实验原理：

1、实验电路如图8所示

2、根据电工学原理，求取XC和C的计算如下：

设有n个继电器KM n合上(n＝1～10)，W1＝0Ω。

电压表读数为U，电流表A1、A2的读数为I1、I2，功率因数的显示值为cosΦ＝0。

则有I1＝I2＝I(电流表A1、A2串联在电路中)

(1) $X_{\mathrm{C\&Sigma;}}=\frac{X_C}{n}=\frac{U}{I}\&DoubleRightArrow;X_C=\frac{\mathrm{nU}}{I}=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;fc}},$

$\frac{1}{2\mathrm{\&pi;fnU}}{X}_C=\frac{\mathrm{nU}}{I}$

(2)Q_Σ＝UI sin Φ＝UI,

$Q_{\mathrm{\&Sigma;}}={\mathrm{nQ}}_C=n\&CenterDot;\frac{U^2}{X_C}=\frac{{\mathrm{nU}}^2}{\frac{1}{2\mathrm{\&pi;fc}}}=\mathrm{UI},$

同样 $C=\frac{I}{2\mathrm{\&pi;fnU}},X_C=\frac{\mathrm{nU}}{I}$

四、实验内容及步骤：

1、将功率因数补偿屏的键盘开关拨至“手动”和“。”位置。

2、按图8所示，先断开K2～K5,将W1＝0，再合上电源开关K1。

3、一切正常后，将键盘开关拨至“投”位置，使三路电容器C投上后将键盘开关拨至“。”位置,读取cosΦ、U、A1、A2的数值，填入表中(表3-2)中。

4、再将键盘开关拨至“投”位置，使共投入六路电容器C投上后将键盘开关拨至“。”位置,其余同3。

5、再将键盘开关拨至“投”位置，使共投入八路电容器C投上后将键盘开关拨至“。”位置,其余同3。

6、再将键盘开关拨至“投”位置，使共投入十路电容器C投上后将键盘开关拨至“。”位置,其余同3。

7、根据测量结果，计算出C和X_C的数值，再求出平均值，即为测定结果。

(3)用万用表测量RL串联电路的功率因数

日光灯(含镇流器)电路就是一个典型的RL串联电路，它由镇流器和灯管串联而成。镇流器的电流与流过灯管的电流(此时启辉器中电容不接)相同。图5为等效电路图，镇流器是一个实际电感，相当于R’与L的串联，灯管是一个电阻性负载用W2来模拟，其值为R。在电压U稳定情况下，可用万用表分别测得图3.10中u、u1、u2处的电压，U为u的有效值，U1为W2上电压的有效值，U2为镇流器上电压u2的有效值。根据上述公式即可求得演示屏的COSφ值。

1、本实验用演示屏配合万用表来计算RL串联电路的功率因数值如下：

日光灯(含镇流器)电路就是一个典型的RL串联电路，它由镇流器和灯管串联而成。镇流器的电流与流过灯管的电流(此时启辉器中电容不接)相同。图1.6中为日光灯实验装置接线图，图5为等效电路图，镇流器是一个实际电感，相当于R’与L的串联，灯管是一个电阻性负载用W2来模拟，其值为R。在电压U稳定情况下，可用万用表分别测得图3.10中u、u1、u2处的电压，U为u的有效值，U1为W2上电压的有效值，U2为镇流器上电压u2的有效值。根据上述公式即可求得演示屏的COSφ值。

二、实验步骤：

1、将功率因数补偿屏的键盘开关拨至“手动”和“·”位置。

2、按图3.10所示，将W2调至中间某位置，合上开关K1给RL串联电路通电。

3、合上开关K2，用万用表测量u、u1、u2处的交流电压有效值，并读取功率因数补偿屏上的COSφ值，一并填入表3.3中。

4、合上开关K3，用万用表测量u、u1、u2处的交流电压有效值，并读取功率因数补偿屏上的COSφ值，一并填入表3.3中。

5、合上开关K4，用万用表测量u、u1、u2处的交流电压有效值，并读取功率因数补偿屏上的COSφ值，一并填入表3.3中。

6、合上开关K5，用万用表测量u、u1、u2处的交流电压有效值，并读取功率因数补偿屏上的COSφ值，一并填入表3.3中。

7、根据公式，分别计算上述2へ6种情况下的COSφ值并与补偿屏显示值进行比较。

(4)用功率因数补偿屏改善工厂功率因数实验

一、实验目的：

1、进一步熟悉演示屏各组成部分及其实际工作中的作用。

2、了解工厂功率因数自动补偿的方法、原理。

二、仪器设备：

1、功率因数补偿演示屏1台

2、万用表1只

三、实验原理：

1、实验电路如工作原理图所示。

2、工作原理：当电网中感性无功功率高于整定值而使实际cosΦ低于整定值时，单片机通过计算得到需要的补偿电容量，并使其投入到电网中，使得cosΦ值达到整定值允许的范围为止。同理，当电网中感性无功功率减少了，使得投入的电容处于过补偿时，单片机就会发出控制指令，通过出口继电器使电容器从电网中顺序切除，直到cosΦ值达到整定值允许的范围为止。

四、实验内容及步骤：

1、先将功率因数补偿演示屏上的开关K1～K5断开，再将键盘开关拨至“自动”位置。(在工厂中为正常工作时的位置)。

2、调整投切延时旋钮、投切旋钮、过电压旋钮，设定好投切延时时间和cosΦ值及允许的过电压值。

3、合上K2～K5的任意两个开关，使投入两路负载后，再合上K1，且W1在中间位置，观察演示屏工作情况和补偿屏指示情况。

4、再投入一路负载,其余同3。

5、再投入一路负载,其余同3。

6、调节W2的值，其余同3。

7、断开一路负载，其余同3。

8、再断开一路负载，其余同3。

Claims (8)

1.一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置，包括自动功率补偿控制器，其特征在于：所述自动功率补偿控制器的电源端口通过空气开关、螺旋保险以及电压表与市电电连接，所述自动功率补偿控制器的电流端口连接有输入电流表，所述输入电流表连接有相互并联的容性电流表和感性电流表，所述容性电流表通过可调电阻连接有补偿电容电路，所述补偿电容电路是由电阻、电容以及继电器连接形成的多级并联补偿电路；所述感性电流表通过可调电阻连接有负载电路，所述负载电路是由按钮开关和电感串联后形成的多级并联负载电路；所述继电器同时与自动功率补偿控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置，其特征在于：所述自动功率补偿控制器采用JKG2C型无功功率自动补偿控制器。

3.根据权利要求1或2所述的一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置，其特征在于：所述自动功率补偿控制器由中央处理单元、存储器、输入接口电路、输出接口电路、电源、键盘开关以及旋钮组成。

4.根据权利要求1所述的一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置，其特征在于：所述继电器采用JZ7-44型中间继电器。

5.根据权利要求1所述的一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置，其特征在于：所述电容采用CZJ型风扇电容，该电容的大小为2uf,额定电压为630V。

6.根据权利要求1所述的一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置，其特征在于：所述电感采用额定功率为20W的电感式镇流器。

7.根据权利要求1所述的一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置，其特征在于：所述电阻的大小为1KΩ。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种电脑控制功率因数补偿演示与实验装置的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将负载电路中的各按钮开关断开，将自动功率补偿控制器上的键盘开关拨至“自动”位置，再合上空气开关观察各仪表读数及指示情况；

(2)将与负载电路连接的可调电阻旋至合适中间值合适位置，并陆续投入各按钮开关，其余同步骤(1)；

(3)将键盘开关拨至“手动”位置和“投”位置，其余同步骤(2)；

(4)将键盘开关拨至“手动”位置和“切”位置，其余同步骤(2)；

(5)将键盘开关拨至“试验”位置，观看电容投入指示灯的亮熄情况。