电路分析课程中功率因数的提高教学研究

【摘 要】功率因数的提高作为电路分析课程中的一个难点问题，本文将其与工程实际相结合，利用启发式、问题引导式教学方法，激发学生的兴趣，同时结合Multisim仿真软件，引导学生主动参与到学习中发挥其能动性。实践证明，该教学设计使得学生的兴趣及参与度大大提高，取得了良好的教学效果。

【关键词】电路分析;功率因数的提高;Multisim

一、功率因数的提高教学实施

（一）工程实例引入

播放一则新闻：随着唐银公司生产结构的调整，用电量不断的增加，该公司变电站的功率因数从以前的0.94下降到了现在的0.915左右，这一现象增加了电器用电费用和线路损耗，针对这一现象，唐银公司通过及时投退电容器组，来补偿无功功率，使得功率因數达到0.95，通过提高功率因数，使得电能消耗降低，同时供电局还奖励该公司285万余元。通过生活中的工程实例引入课堂，使学生理解所学知识在生活中的应用，激发学生的学习兴趣，同时，引导学生思考：为什么供电部门采用经济杠杆的调节作用来鼓励用户提高功率因数？进一步使学生参与到对知识探究的过程中。

（二）提出问题

简单回顾正弦交流电路中的功率的概念及联系，回顾功率因数及功率因数角的概念、物理意义等，同时，提出本节课主要研究探讨的三个问题：为什么要提高功率因数？如何提高功率因数？如何确定补偿电容容量？

（三）探究问题

问题1：为什么要提高功率因数？

结合有功功率、视在功率的概念，从供电和配电两个方面来说明功率因数低会造成的问题：降低供电设备的利用率;增加输电线路的功率损耗。

问题2：如何提高功率因数？

第一步：确定造成功率因数低的原因是什么？

由功率因数的定义可知它与负载的性质有关，与其电压电流是没有关系的。工程上常用的负载，例如异步电动机、日光灯等，大部分为感性负载，其功率因数较低。

第二步：对于感性负载的电路，如何提高其功率因数？

对于任一实际感性负载，可以用电阻和电感串联的模型来表示，其瞬时功率包含有电阻消耗的有功功率，以及电感产生的无功功率。无功功率反映的是感性负载与电源间交换能量的规模大小，有些设备，如电动机，需要无功功率才能工作，但多数设备不需要无功功率做功，无功功率越大，造成的能量浪费越多。

第三步：如何减少感性负载与电源的无功能量的交换？

在同一电路中，电感的瞬时功率和电容的瞬时功率反相，电感吸收（或释放）能量时，电容释放（或吸收）能量，因此，可以在该电路中加入电容，

第四步：电容该如何接入到电路中呢？串联还是并联？

如果将电容串联到电路，会使得原来负载两端的电压改变，因此，把电容并联在感性负载的两端。

问题3：如何确定补偿电容容量？

第一步：为了确定电容容量大小对补偿效果的影响，通过Multisim仿真软件进行分析，仿真电路图如图1所示：

为了比较并联不同容量的电容对功率因数的影响，仿真中取不同的电容值，得到对应的功率因数，并将电容值与功率因数的关系用excel绘成图，如图2所示：

随着并联电容值的增大，功率因数由0.6补偿到了1，当电容值再继续增大的时候，功率因数反而减小，负载此时成容性，从经济上来考虑，补偿成容性要求使用的电容容量更大，所以，并不是并联的电容越大越好。

第二步：补偿电容容量值

通过感性负载的电路模型，利用相量分析法，推导得出补偿电容容量的计算公式。

（四）课堂小结

对本节课三个问题进行归纳总结，突出重难点问题。

二、总结

针对功率因数的提高这一知识点，本次教学设计将工程实际应用与理论知识相结合引入课堂，运用启发式、问题引导式等教学方法，激发学生对所学知识的兴趣和求知欲，同时结合Multisim仿真软件，通过在实验中总结出理论知识，加深学生对知识的理解。此次教学设计以学生为主体，教师引导学生逐个探究问题，培养学生的逻辑思维能力，课堂实践证明，此次教学设计取得了良好的教学效果。

作者简介：

姓名：邓蕊，1991.01，女，汉族，山西怀仁，硕士研究生，助教，电子技术。