实验4指导书 交流参数的测定(电工)

交流参数的测定

一、实验目的

1．研究电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定其随频率变化的特性曲线。

2．掌握交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和交流自耦调压器的使用方法。 3．掌握使用交流电压表、电流表、功率表（即三表法）测量交流电路中的阻抗及元件参数的方法。

4．学习电抗容性、感性性质的判定方法。 二、实验预习

打印实验指导书，预习实验内容，了解本实验的目的、原理和方法。 三、实验设备与仪器

NEEL-II 型电工电子实验装置。 四、实验原理

1．单个元件阻抗与频率的关系。

对于电阻元件，根据︒∠=0R

R R I U

，其中R I U =R R ，电阻R 与频率无关；

对于电感元件，根据L L

L j X I U

= ，其中fL X I U π2L L L ==，感抗X L 与频率成正比；

对于电容元件，根据

C C

C

j X I U -= ，其中fC X I U π21C C C =

=，容抗X C 与频率成反比。

图1 阻抗频率特性测量电路

测量元件阻抗频率特性的电路如图1所示，图中的r 是提供测量回路电流用的标准电阻，流过被测元件的电流（R I 、L I 、C I ）则可由r 两端的电压r U 除以r 阻值所得，又根据上述三个公式，用被测元件的电流除对应的元件电压，便可得到R 、L X 和C X 的数值。 2．交流电路的参数测量方法。

正弦交流电路中各个元件的参数值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压U ，流过该元件的电路I 和其所消耗的功率P ，然后通过计算得到元件的各参数值，这种方法称为三表法，是用来测量50Hz 交流电路参数的基本方法。计算的基本公式为：

电阻元件的电阻：R

R I U R =

或2I P

R =

电感元件的感抗：L

L L I U X =

，电感f X L L π2=

电容元件的容抗：C

C C I U X =

，电容C fX C π21

=

串联电路复阻抗的模I U Z =，阻抗角R

X

arctg =ϕ 其中，等效电阻2

I P

R =，等效电抗22

R Z X -=

功率因数UI

P =

ϕcos 在RLC 串联电路中，各元件电压之间存在相位差，电源电压应等于各元件电压的向量和，而不能用它们的有效值直接相加。

电路功率用功率表测量，本实验使用数字式功率表，其电流测量端子与负载串联,电压测量端子与负载并联，电流测量端子和电压测量端子的同名端（标有*号）必须连接在一起，测量电路如图2所示，连接方法如图3所示。

图2 交流电路参数测量电路

图3 交流电路参数测量连接方法

3．负载性质的判定

在被测端口并联一个小电容，若电流增大，则负载性质为容性阻抗，若电流减小，则负载性质为感性阻抗。 五、实验内容

１．测量R 、L 、C 元件的阻抗频率特性

实验电路如图1所示，图中：r ＝200Ω，R ＝1K Ω、L ＝10mH 、C ＝0.1uF 。选择信号源正弦波输出作为输入电压u ，调节信号源输出电压幅值，并用交流毫伏表测量，使输入电压

ｕ的有效值RMS u ＝2V ，并保持不变。

用导线分别接通R 、L 、C 三个元件，调节信号源的输出频率，从1kHz 逐渐增至20kHz （用频率计测量），用交流毫伏表分别测量R U 、L U 、C U 和r U ，将实验数据记入表1中。并通过计算得到各频率点的R 、L X 和C X 。

表1 R 、L 、C 元件的阻抗频率特性实验数据

实验电路如图2所示，功率表的连接方法见图3，交流电源经自耦调压器调压后向负载Z 供电。

测量电流时，使用三相交流负载电路的电流测量插孔，注意断开不用的负载。 （1）测量电感的感抗

将图3电路中的负载Z 换成图4中的电感电路（改接电路时必须先关闭交流电源），其中L 为日光灯镇流器，R 为镇流器内阻。用交流电压表测量交流调压器输出电压并调至30V ，分别测量电压、电流和功率，记入表2中，计算出其他各交流参数。

将2.2uF 电容C '并联在感性负载两端，观测并记录电流值的变化情况，判定负载性质。

图4 感性负载电路

（2）测量电容的容抗

将图3电路中的负载Z 换成图5中的电容电路（改接电路时必须先断开交流电源），其中C 为4.7uF ，R 为25W 白炽灯。用交流电压表测量交流调压器输出电压并调至30V ，分别测量电压、电流和功率，记入表2中，计算出其他各交流参数。

将2.2uF 电容C '并联在容性负载两端，观测并记录电流值的变化情况，判定负载性质。

图5 容性负载电路

表2 交流电路参数测定

六、实验注意事项

1．通常功率表不单独使用，要同时有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不超过功率表的电压和电流量程；

2．注意功率表的正确接线，上电前必须经指导教师检查；

3．自耦调压器在接通电源前，应将其旋柄置于零位上，调节时使其输出电压从零开始逐渐升高。每次改接实验负载或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断开电源。必须严格遵守这一安全操作规程。 七、思考题

1．如何用交流毫伏表测量电阻R 、感抗X L 和容抗X C ？它们的大小和频率有何关系？ 2．为什么负载端并接小电容可以判定负载性质？

3．测量电容的容抗时，为什么不能根据白炽灯的额定工作电压和额定功率计算其电阻值？

4．说明用功率表和电流表测量交流电路的等效电阻的原理。 八、实验报告

1．回答思考题。

2．根据表1实验数据，在方格纸上绘制R 、L X 、C X 与频率关系的特性曲线，并分析它们和频率的关系。

3．根据表1实验数据，定性画出R 、L 、C 串联电路的阻抗与频率关系的特性曲线，并分析阻抗和频率的关系。

4．根据实验2 -（1）的数据，计算电感的感抗和电感值，写出计算过程。 5．根据实验2 -（2）的数据，计算电容的容抗和电容值，写出计算过程。