电工实验

实验八 用三表法测量皂路元件等效参数一、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交流等效参数的方法2．学会功率表的接法和使用二、原理说明1．正弦交流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。

计算基本公式为阻抗的模 U Z =I电路的功率因数 P cos φ=UI等效电阻 2P R=I等效电抗 X=Z sin φ如果被测元件为一个电感线圈，则有L L X=X =Z sin φ=2πf如果被测元件为一个电容器，则有C C1X=X =Z sin φ=2πf 如果披测对象不是一个元件，而是一个无源一端口网络，虽然也可从U 、I 、，P 三个量中求得，但无法判定出X 是容性还是感性。

2．阻抗性质的判别方法在被测元件两端并联电容或串联电容的方法对阻抗性质加以判别，原理与方法如下：(I) 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，电滤减小则为感性图8一l (a)中，Z 为待测定的元件，'C 为试验电容器。

(b)图是(a)等效电 路，图中G 、R 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8—2所示，则可判断B 为感性元件。

由上分析可见，当B 为容性元件时，对并联电容'C 时无特殊要求：而图一图二当B 为感性元件时，'2B B <才有判定为感性的意义。

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

因此'2B B <是判断电路性质的可靠条件，由此得，判定条件为'2BC ω<(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。

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电流、电压间的相位关系，若i 超前u 为容性；i 滞后于u ，则为感性。

3．功率表的结构、接线与使用功率表(又称为瓦特表)是一种动圈式仪表，其电流线圈与负载串联 (两个电流线圈可串联或并联，因而可得两个电流量限)，其电压线圈与负载 并联，有三个量限。

功率表的正确接法：为了不使功率表指针反向偏转，在电流线圈和电压线圈的一个端钮上标有“*”标记，连接功率表时，对有“*”标记电流线圈一端，必须接在电源一端。

另一端接至负载端，对有“*”标记电压线圈一端可以接电流线圈任一端，另一端应跨接到负载的另一端。

如此功率表指针就一定能正向偏转。

图8—3(a)所示连接，称并联电压线圈前接法，功率表读数中包括了电流线圈的功耗，它适用于负载阻抗远大于电流线圈阻抗的情况。

图8一3(b)所示连接，称并联电压线圈后接法，功率表读数中包括了电压线圈的功耗。

它适用于负载阻抗远小于功率表电压支路阻抗的情况。

图8-4是功率表并联电压线圈前接法的外部连接线路四、实验内容测试线路如图8—5所按图8一5接线，并经指导教师检查后，方可接通电源。

2．分别测量l5W白炽灯(R)，30W日光灯镇流器(L)和4.7цf电容器(c)的等效参数。

要求R和C两端所加电压为220V：L中流过电流小于0.4A3·测量L、C串联与并联后的等效参数。

4．用并接试验电容的方法判别Lc串联和并联后阻抗的性质。

5．观察并测定功睾表电压并联线圈前接法与后接法对测量结果的影响。

五、实验注意事项1．本实验直接用市电220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，进实验室应穿绝缘鞋。

2·自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上(逆时针旋到底)。

调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高。

每次改接实验线路或实验完毕，都必须先将其手柄慢慢调回零位，再断电源。

必须严格遵守这一安全操作规程。

3．功率表要正确接入电路，读数时应注意量程和标度尺的折算关系。

4．功率表不能单独使用，一定要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电压和电流的量限。

5．电感线圈L中流过电流不得超过0.4A六，预习思考题l. 在50Hz的交流电路中，测得一只铁心线圈的P、I 和C，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Xc(串联容抗) 的变化关系作定性分析，证明串联试验时，C应满足七、买验报告1．根据实验数据，完成各项计算。

2．完成预习思考题l、2的任务。

3. 分析功率表并联电压线圈前后接法对测量结果的影响。

4·总结功率表与自耦调压器的使用方法。

5．心得体会及其他。

注：1．控制屏三相交流电的使用。

控制屏三相交流电源的原理图如图8一6所示。

线电压为380V的三相四线制交流电源经四芯插头引入，通过钥匙式电源总开关、接触器KW三对主触头接到三相自耦调压器的原绕组端，调压后的电压经调压器的副绕组端U、V、W输出．N为中性线（即零线)。

调压器的调压手柄装在控制屏的左侧，将手柄逆时针旋到底输出电压为零；顺时针旋转电压增大，调压范围为线电压0～430V。

开启三相交流电源的步骤：①将四芯插头插入380V三相电源插座中②用专用钥匙右转接通三相电源总开关③按启动按钮使接触器主触头KW吸合。

自耦调压器原绕组端得电，在其上便有380V线电压输出。

在调压器的副绕组U、V、W端，便有0～430V可调线电压输出。

④按停止按钮，自耦调压器断电。

根据实验线路所需电源电压的不同要求，分别连接到调压器的原绕组瑞即(U、V、W，)端，为三相市电380V输出端，或副绕组端．即(U1、V1、W1)瑞,为三相自耦调压器可调电压0-430V输出端。

三相电网线电压及调压后的输出电压可由控制屏上三相电压表经切换开关指示其电压值。

2．智能功率表的使用见实验附录、实验九日光灯和功率因数提高一、实验目的1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系2．掌握日光灯线路的接线3．理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法二、原理说明1．在草相正弦交流电路中，用交流电流表测得各交路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系应满足相量形式的基尔霍夫定律，即0U ∙=∑ 和 0I ∙=∑2·如图9 -l 所示的RC 串联电路，在正弦稳态信号u 的激励下，R U ∙与C U ∙保持有90的相位差，即当阻值R 改变时，R U ∙的相量轨迹是一个半园，U ∙、R U ∙与C U ∙三者形成一个直角形的电压三角形，R 值改变时，可改变ψ角的大小，从而达到移相的目的。

3．日光灯线路如图9-2所示，圈中A 是日光灯管；L 是镇流器；S 是启辉器；C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数(cos ψ值)。

有关日关灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

三、实验设备四、实验内容1．RC 串联电路电压三角形测量(1) 用两只220V ，15W 的白炽灯泡和4.7μf ／4 50V 电容器组成如图9-1所示的实验电路，经指导教师检验后，接通市电220V 电源，将自藕调压器输出调至220V 。

记录R U 、C U 和U 的值，验证电压三角形关系。

(2) 改变R 阻值（用一只灯泡）重复（1）内容，验证R U ∙的向量轨迹。

2. 日光灯线路连接与测量按图9—3组成实验线路，经指导教师检查后，接通市电220V 电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到目光灯的启辉点亮为止，记下三表的指示值。

然后将电压调至220V ，测量功率P ，电流I 、电压U 、L U 和A U 等值，验证电压、电流相量关系。

3. 并联电路-------电路功率因数的改善 按图9-4组成实验线路经指导教师检查后，接通市电220v 电源，将自耦调压器的输出调至220V 。

记录功率表、电压表读数，通过一只电流表和三个电门插座分别测量三条支路的电流，改变电容值，进行重复测量。

五、实验注意事项1本实验用交流市电220V ，务必注意用电和人身安全。

2．在接通电源前，应先将自耦调压器手柄置在零位上。

3．功率表要正确接入电路，读数时要注意量程和实际读数的折算关系。

4.如线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。

六、预习思考题1．参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

2·在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的目光灯，这是为什么?3·为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流交路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变?4·提高电路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法?所并的电窖器是否越大越好?七、实验报告1·完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析.2·根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。

3．讨论改善电路功率因数的意义和方法。

4·装接日光灯线路的心得体会及其他。

实验十 R 、L 、C 串联谐振电路的研究 一、实验目的1．学习用实验方法测试R 、L 、C 串联谐振电路的幅频特性曲线。

2．加深理解电路发生谐振的条件、特点、掌握电路品质因数的物理意义及其测定方法。

二、原理说明1．在图10-1示的R 、L 、C 串联电路中，当正弦交流信号源的频率f 改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随f 而变，取电路电流I 作为响应，当输入电压i U 维持不变时，在不同信号频率的激励下，测出电阻R 两端电压o U 值，则oU I R=，然后以f 为横坐标，以I 为纵坐标，绘出光滑的曲线。

此即为幅频特性，亦称电流谐振曲线，如图 7-2所示。

2. 在o f f ==处（L C X X =）, 即幅频特性曲线尖峰所在的频率点，该频率称为谐振频率，此时电路呈纯阻性，电路阻抗的模为最小，在输入电压i U 为定值时，电路中的电流I 越到最大值，且与输入电压i U 同相位，从理论上讲，此时i RO O U U U ==，0L CO i U U QU ==，式中的Q 称为电路的品质因数。