【摘 要】功率因數(shù)的提高作為電路分析課程中的一個難點問題，本文將其與工程實際相結(jié)合，利用啟發(fā)式、問題引導(dǎo)式教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的興趣，同時結(jié)合Multisim仿真軟件，引導(dǎo)學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)中發(fā)揮其能動性。實踐證明，該教學(xué)設(shè)計使得學(xué)生的興趣及參與度大大提高，取得了良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】電路分析;功率因數(shù)的提高;Multisim

一、功率因數(shù)的提高教學(xué)實施

（一）工程實例引入

播放一則新聞：隨著唐銀公司生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，用電量不斷的增加，該公司變電站的功率因數(shù)從以前的0.94下降到了現(xiàn)在的0.915左右，這一現(xiàn)象增加了電器用電費(fèi)用和線路損耗，針對這一現(xiàn)象，唐銀公司通過及時投退電容器組，來補(bǔ)償無功功率，使得功率因數(shù)達(dá)到0.95，通過提高功率因數(shù)，使得電能消耗降低，同時供電局還獎勵該公司285萬余元。通過生活中的工程實例引入課堂，使學(xué)生理解所學(xué)知識在生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時，引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么供電部門采用經(jīng)濟(jì)杠桿的調(diào)節(jié)作用來鼓勵用戶提高功率因數(shù)？進(jìn)一步使學(xué)生參與到對知識探究的過程中。

（二）提出問題

簡單回顧正弦交流電路中的功率的概念及聯(lián)系，回顧功率因數(shù)及功率因數(shù)角的概念、物理意義等，同時，提出本節(jié)課主要研究探討的三個問題：為什么要提高功率因數(shù)？如何提高功率因數(shù)？如何確定補(bǔ)償電容容量？

（三）探究問題

問題1：為什么要提高功率因數(shù)？

結(jié)合有功功率、視在功率的概念，從供電和配電兩個方面來說明功率因數(shù)低會造成的問題：降低供電設(shè)備的利用率;增加輸電線路的功率損耗。

問題2：如何提高功率因數(shù)？

第一步：確定造成功率因數(shù)低的原因是什么？

由功率因數(shù)的定義可知它與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)，與其電壓電流是沒有關(guān)系的。工程上常用的負(fù)載，例如異步電動機(jī)、日光燈等，大部分為感性負(fù)載，其功率因數(shù)較低。

第二步：對于感性負(fù)載的電路，如何提高其功率因數(shù)？

對于任一實際感性負(fù)載，可以用電阻和電感串聯(lián)的模型來表示，其瞬時功率包含有電阻消耗的有功功率，以及電感產(chǎn)生的無功功率。無功功率反映的是感性負(fù)載與電源間交換能量的規(guī)模大小，有些設(shè)備，如電動機(jī)，需要無功功率才能工作，但多數(shù)設(shè)備不需要無功功率做功，無功功率越大，造成的能量浪費(fèi)越多。

第三步：如何減少感性負(fù)載與電源的無功能量的交換？

在同一電路中，電感的瞬時功率和電容的瞬時功率反相，電感吸收（或釋放）能量時，電容釋放（或吸收）能量，因此，可以在該電路中加入電容，

第四步：電容該如何接入到電路中呢？串聯(lián)還是并聯(lián)？

如果將電容串聯(lián)到電路，會使得原來負(fù)載兩端的電壓改變，因此，把電容并聯(lián)在感性負(fù)載的兩端。

問題3：如何確定補(bǔ)償電容容量？

第一步：為了確定電容容量大小對補(bǔ)償效果的影響，通過Multisim仿真軟件進(jìn)行分析，仿真電路圖如圖1所示：

為了比較并聯(lián)不同容量的電容對功率因數(shù)的影響，仿真中取不同的電容值，得到對應(yīng)的功率因數(shù)，并將電容值與功率因數(shù)的關(guān)系用excel繪成圖，如圖2所示：

隨著并聯(lián)電容值的增大，功率因數(shù)由0.6補(bǔ)償?shù)搅?，當(dāng)電容值再繼續(xù)增大的時候，功率因數(shù)反而減小，負(fù)載此時成容性，從經(jīng)濟(jì)上來考慮，補(bǔ)償成容性要求使用的電容容量更大，所以，并不是并聯(lián)的電容越大越好。

第二步：補(bǔ)償電容容量值

通過感性負(fù)載的電路模型，利用相量分析法，推導(dǎo)得出補(bǔ)償電容容量的計算公式。

（四）課堂小結(jié)

對本節(jié)課三個問題進(jìn)行歸納總結(jié)，突出重難點問題。

二、總結(jié)

針對功率因數(shù)的提高這一知識點，本次教學(xué)設(shè)計將工程實際應(yīng)用與理論知識相結(jié)合引入課堂，運(yùn)用啟發(fā)式、問題引導(dǎo)式等教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識的興趣和求知欲，同時結(jié)合Multisim仿真軟件，通過在實驗中總結(jié)出理論知識，加深學(xué)生對知識的理解。此次教學(xué)設(shè)計以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)學(xué)生逐個探究問題，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，課堂實踐證明，此次教學(xué)設(shè)計取得了良好的教學(xué)效果。

作者簡介：

姓名：鄧蕊，1991.01，女，漢族，山西懷仁，碩士研究生，助教，電子技術(shù)。