电路原理交流实验箱实验指导书

一、概述交流电路实验箱是根据“电工基础”“电路原理”“电路分析”等课程所开发设计的强电类典型实验项目而设计的。

版面设有Y型和△型变化法的三相灯组负载，日光灯实验组件，单相铁心变压器，电流互感器，R L C元件组，三相四线输入接线端子，三相电流插座，三相双掷开关及各种带绝缘护套的连接插头线，数字交流电压表、数字交流电流表、智能型多功能数字功率、功率因数表等。

设计合理紧凑，操作方便。

二、技术性能指标1、工作电源：三相四线AC380V±10％50Hz ＜180V A2、使用环境条件：温度-10℃-40℃湿度＜80％3、实验箱外型尺寸：520mm×390mm×180mm4、数字交流电压表：三位半LED数码管显示，测量范围AC0～450V，精度0.5级。

5、数字交流电流表：三位半LED数码管显示，测量范围AC0～2A，精度0.5级。

6、智能数字功率、功率因数表：可测试：视在功率、有功功率、无功功率、电流、电压、频率、功率因数，精度0.5级。

6.1产品的主要性能特点：本仪表可应用于交流功率或直流功率的测量与控制。

6.2、五位LED数码管显示，前四位显示测量参数，从0.01～99.99W到1～9999KW，六档量程自动转换，最小分辨力为0.01W（10mW），末位数码管显示测量参数的单号符号。

6.3、视在功率、有功功率、无功功率、电流、电压、频率、功率因数等参数通过按钮可轮换显示。

6.4、仪表具有上、下限报警控制功能，内置继电器及蜂鸣器；用户可根据需要自行选择设置视在功率、电流、电压报警。

三、操作方法及说明1、将该仪器三相电源插头插入三相电源插座。

插入前，要先检查电源应是三相四线380V。

接入后面板上三相电源接线端子带电，方可引出使用。

使用时要从保险管右边“U、V、W、N”引出。

2、打开仪表部分船形开关，仪表带电工作，方可使用，电压、电流表使用时正确接入即可；功率、功率因数使用说明如下。

仪表的面板上设有5个LED指示灯、3个设定控制按狃（分别为K4、K1、K2、K3）、1个蜂鸣器自锁开关K4。

High 指示灯亮：表示上限报警控制信号输出状态。

Low 指示灯亮：表示下限报警控制信号输出状态。

有功指示灯亮：表示仪表显示读数以KW（千瓦）为单位。

无功指示灯亮：表示仪表显示读数为无功功率。

K1键为在设定状态下为功能设定键及确认键。

K2键在设定状态下为左右移位键（←→）；在测量状态为视在功率、有功功率、无功功率显示功能选择键。

K3在设定状态下为数字设定键和功能转换键（↑↓）；在测量状态下为功率、电压、电流、频率、功率因数显示功能选择键。

显示部分：末位数码管为被测参数符号指示管，“P”表示功率，“H”表示频率，“C”表示功率因数，“A”表示电流，“V”表示电压。

1、在功率测量状态下，如果功率值超过9999W，仪表的●KW指示灯亮，此时仪表显示读数以KW（千瓦）为单位。

2、测量状态下，末位数码管显示“P”，仪表显示值为视在功率；按K2键●有功指示灯亮，此时仪表显示值为有功功率值；按K2键●无功指示灯亮，此时仪表显示值为无功功率值；再次按下K2键，●无功指示灯灭，表示恢复视在功率测量。

3、测量状态下，末位数码管显示“P”，仪表显示值为视在功率；按K3键，末尾数码管显示“U”，此时仪表显示值为电压值；按K3键，末位数码管显示“A”，此时仪表显示值为电流值；再按K3键，末位数码管显示“H”，此时仪表显示值为频率值；按K3键，末位数码管显示“C”，此时仪表显示值为功率因数值，按下K3键，末位数码管显示“P”，此时仪表显示值为功率值。

4、报警：显示到达设置值后，High指示灯亮：表示上限报警控制信号输出状态；或Low指示灯亮：表示下限报警控制信号输出状态；蜂鸣器发出报警音，同时表内继电器吸合或断开，输出控制信号。

四、使用注意事项1、根据不同的连接方法选择合适的电源（220V或380V）。

2、实验时，不使用的仪表可以暂时关掉，减少不必要的损耗。

3、接线一定要经过三刀双掷开关，以防出现问题时及时切断电源。

4、实验时，若发现异常现象，应立即关断电源查找原因，排除故障，切记不允许在通电的情况下查找原因。

5、实验过程中如果需要更改接线时，必须切断电源后才能拆接线，以免触电。

6、实验完毕，必须先关掉电源，拔出电源插头，并将仪器设备工具导线等按规定整理好。

五、实验项目实验一、用三表法测量交流电路等效应参数实验二、日光灯电路实验、改善功率因素实验实验三、单项铁心变压器特性测试实验四、电流互感器实验实验五、变压器同名端判断实验六、R、L、C元器件特性及参数测试实验七、三相交流电路电压、电流的测量实验八、三相交流电路功率的测量实验九、功率因数及相序的测量实验一 用三表法测量电路等效参数一、实验目的1、学会用交流电压表、 交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法。

2、学会功率表的接法和使用。

二、实验原理 1、正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值，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 、流过该元件的电流I 和它所消耗的功率P ，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用以测量50Hz 交流电路参数的基本方法。

计算的基本公式为： 阻抗的模:IU Z =, 电路的功率因数UIP =φcos等效电阻φcos 2Z IP R ==, 等效电抗φsin Z X =或fL X X L π2==,fCX X C π21==（a ）（b ）图1-1 并联电容测量法2、阻抗性质的判别方法：可用在被测元件两端并联电容或将被测元件与电容串联的方法来判别。

其原理如下： (1)在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容,若串接在电路中电流表的读数增大，则被测阻抗为容性，电流减小则为感性。

图1-1(a)中，Z 为待测定的元件，C'为试验电容器。

(b)图是(a)的等效电路，图中G 、B 为待测阻抗Z 的电导和电纳，B'为并联电容C' 的电纳。

在端电压有效值不变的条件下，按下面两种情况进行分析：①设B ＋B'＝B"，若B'增大，B"也增大，则电路中电流I 将单调地上升，故可判断B 为容性元件。

②设B ＋B'＝B"，若B'增大，而B"先减小而后再增大，电流I 也是先减小后上升，如图1-2所示，则可判断B 为感性元件。

由以上分析可见，当B 为容性元件时，对并联电容C'值无特殊要求；而当B 为感性元件时，B'<│2B │才有判定为感性的意义。

B'>│2B │时，电流单调上升，与B 为容性时相同，并不能说明电路是感性的。

因此B'<│2B │是判断电路性质的可靠条件由此得判定条件为ωBC 2<'。

(2)与被测元件串联一个适当容量的试验电容，若被测阻抗的端电压下降，则判为容性，端压上升则为感性，判定条件为X C21〈'ω式中X 为被测阻抗的电抗值，C'为串联试验电容值，此关系式可自行证明。

图1-2判断待测元件的性质，除上述借助于试验电容C'测定法外，还可以利用该元件的电流i 与电压u 之间的相位关系来判断。

若i 超前于u ，为容性；i 滞后于u ，则为感性。

3、本实验所用的功率表为智能交流功率表，其电压接线端应与负载并联，电流接线端应与负载串联。

三、实验设备1、交流电压表 12、交流电流表 13、单相功率表 14、镇流器(电感线圈) 15、电容器1μF ,4.7μF/450V 16、白炽灯15W/220V 3四、实验内容与步骤测试线路如图1-3所示。

1、按图1-3接线，并经指导教师检查后，方可接通市电电源。

2、分别测量15W 白炽灯(R)、30W 日光灯镇流器(L)和4.7μF电容器(C)的等效参数。

要求R和C两端所加电压为220V，L中流过的电流小于0.4A。

3、测量L、C串联与并联后的等效参数。

4、验证用串、并试验电容法判别负载性质的正确性。

实验线路同图1-3，但不必接功率表，按下表内容进行测量和记录。

1、本实验直接用220V 交流电源供电，实验中要特别注意人身安全，不可用手直接触摸通电线路的裸露部分，以免触电。

2、自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时， 使其输出电压从零开始逐渐升高。

每次改接实验线路、及实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。

必须严格遵守这一安全操作规程。

3、实验前应详细阅读智能交流功率表的使用说明书，熟悉其使用方法。

六、思考题1、在50Hz 的交流电路中，测得一只铁心线圈的P 、I 和U ，如何算得它的阻值及电感量？2、如何用串联电容的方法来判别阻抗的性质？试用I 随X'C （串联容抗）的变化关系作定性分析，证明串联试验时，C'满足X C21〈'ω。

七、实验报告1、根据实验数据，完成各项计算。

2、完成预习思考题1、2的任务。

实验二日光灯电路实验、改善功率因数实验一、实验目的1、熟悉日光灯的电路接线。

2、验证提高感性负载功率因数的方法。

二、原理说明1、日光灯电路及其原理说明：（1）日光灯电路如图2-1所示，它由日光灯管，镇流器和启辉器主要部件组成。

A、灯管是一根玻璃管，其内壁涂有荧光粉，两端各有一个阳极和灯丝，前者为镍丝，后者为钨丝，二者焊在一起，管内充有惰性气体和水银蒸气。

B、启辉器又封在充有惰性气体的玻璃泡内的双金属片和静触片组成，双金属片和静触片都具有触头。

C、镇流器是一个带铁心的电感线圈。

图2-1（2）工作原理：当日光灯刚接通电源时，启辉器的两个触头是断开时，电路中没有电流，电源电压全加在起辉器的两个触头之间产生辉光放电，电流通过起辉器，灯丝和镇流器构成通路，对灯丝加热，灯丝发出大量电子。

起辉器放电时产生大量的热量，使双金属片受热膨胀至使触头闭合，导致放电结束。

双金属片冷却后两触头断开，通路被切断，在触头被切断的瞬间镇流器产生相当高的自感电动势与电源电压串联加在灯管的两端，启动管内的水银蒸气放电，这时辐射出的紫外线照到管内壁的荧光粉上发出白光。

灯管放电后，电源电压大部分加在镇流器上，灯管两端电压（既启辉器两触头之间的电压）较低，不能使起辉器光线光放电，因而其触头不能再接触。

在电网交流电的作用下，灯管两端的灯丝和阳极之间电位不断地发生变化，一端为正电位时另一端为负电位。

负电位端发射电子，正电位端吸收电子，从而形成为电流通路。

2、功率因数的提高：（1）功率因数：对于一个无源二端网络，如下图2-2所示，它所吸收的功率P=UIcos φ，其中cos φ称为功率因数。

功率因数的大小决定放电电压和电流之间的相位差，即决定于该二端网络的等值负阻抗的复角φ。