正弦交流电路参数的测量资料

正弦交流电路参数的测量
实验目的
熟悉正弦交流电的三要素，熟悉交流电路中的矢量关系。
熟悉调压器、交流电压表、交流电流表、功率及功率因数表的正确连接及使用。
掌握R、L、C元件不同组合时的交流电路参数的基本测量方法。
实验预习要求
了解熟悉实验仪表的使用方法。
了解R、L、C元件的基本特性。
熟悉实验所采用的连接电路及测试方法。
基本原理
正弦交流电的三要素
电路参数
在正弦交流电路的负载中，可以是一个独立的电阻器、电感器或电容器，也可由它们相
4.1-2所示）。
电路里元件的阻抗特性为


电流表和有功功率表对电路测量
，可用下列计算公式来表述ZP与、U、

/ZUI；负载回路的等效电阻2cosRPIZ；
2
XZRZ；
cosP
；电压与电流的相位差 1arctanarctanLCX
R；
当>0时,电压超前电流；当<0时,电压滞后电流。
图4.1-1正弦交流电 1()()LCZRjXXRjLC图4.1-2
矢量关系
电路中的电压和电流是两个矢量。在直流电路中它们之间的相差只存在000180和两种
+”、反相为“﹣”）的形式。在交流电路
001800至之间的任一状态，描述或计算时就采用复数（模及相角）

0UI
），在交流电路里也成立
0UI和。
4.1-2可列出回路方程 ：
LRUUUU；
4.1-3可列出节点方程：
1III 。
测试仪表与电路的构成
4.1-4所示电路是由调压器（自耦变压器）、
V与V、电流表A、有功功率表W、被测负载以及连接导线所组成。

1）调压器具有输入端和输出端（两端口共零线连接，无电气隔离），输入端口接220V
输出端口接负载提供电压输出，调节手柄使输出端口的火线触点改变位移，输出
0~220V之间改变。接线及拆线时必须关断电源，逆时针旋转手柄使电压输出至0V
接好电路经检查无误时再开启电源，顺时针调节手柄使电源输出至指定的电压，即

2）电压表并联在被测回路中（负载两端），其中V用来监视输出电压的高低；V用来
从安全的角度出发在测试负载电压时我们要
电压表具有不同的量程档，测量时必须满足电压表的测量档位大

3）电流表串联在被测负载回路里，不允许负载短路或负载电流≥电流表的测量档位。
4）功率表（瓦特表）及功率因数表的使用。
．模拟式功率表（电动式仪表）：功率表是由电流线圈（固定)和电压线圈（可动）组合而
（如图4.1-5）电流线圈与负载回路串联，产生
I；电压线圈并联在负载两端，产生2I（其图4.1-3 图4.1-5 功率表的连接图 图4.1-4 测试电路
R≥ωL时，
I=U/R)。 1I产生的磁场作用到线圈2I上时，使电压

线圈发生偏转，
PUIcos
与电路的平均功率P成正比。
．数字式功率表、功率因数表：数字式仪表是根据模拟表的测试原理（结构方法不同），
电压回路进行电压取样，然后进行数字化处理，最终得到U、I、cos值。
．功率表连接方法：电路图4.1-5中功率表上标有“ * ”符号称为同名端，接线时必

*”号的一端称为同名端，两线圈的同名端


相位符号读取：当cos前的符号为正时负载线路呈感性，电压超前电流；为负时
。
5）负载的组成

．电阻器分线性电阻器（滑线电阻器）和非线性电阻器（白炽灯泡）。滑线电阻器属于

其余都转化为热能。由于钨丝的温度系数很大，当
15W的白炽灯泡，在
300，而在接通220V电源后的高温状态下灯丝的电阻
3K。
．电感器是由绕在绝缘骨架上的空心线圈或绕在铁磁性材料上的铁心线圈构成。它的
LjRZ
L。
Z基本只取决于线圈的结构（含导线匝数，粗
，L、Z可以看作一个定值。
Z不仅取决于线圈的结构，还与所加的电压有
R不仅包含直流电阻分量，还包含铁损等效电阻分量，当外加电压不同时铁
LX
中的电感量L在不同的外加电压下，由于磁化曲线
L带来一定程度的改变。因此，铁心线圈是一种非线性电感元件。
40W日光灯电路里的镇流器（铁心线圈）它的直流电阻
r约为40，电感量1.2HL约为。
电容器：其阻抗
Z包含电抗(容抗)分量1/
XC和等效电阻分量CR（发热量效
；当电容器工作在频率为50Hz，电压为220V（低于电容器的额定工作电压）时，由于

实验任务
4.1-4接好电路的电源及测试仪表部分，其中电压表V作为待测仪表不用接入。

分别按图4.1-6（a）、4.1-6（b）灯泡负载电路连线，并接入到4.1-4测试电路输出端
4.1-1（a）、4.1-1（b）中。分别计算电路参数，
4.1-1（a） 表4. 1-1（b）
UsV
R 2R 3R
(mA)
R()n
UI
= (mA)
I =

按图4.1-7 电容器、灯泡负载电路连线，并接入
4.1-4测试电路输出端进行测量，测量值填入到表4.1-2中，并根据测试结果计算电路参


4.1-7 图4.1-8
4.1-2
测量SU=220V 计 算
CU RU P 22CRUUU IUZ IURR IUXCC UIPcos
R 220UsV 1R 2R 3R U nV（） nR()nnUI I = (mA) nU= (V) （a） （b） 图4.1-6
2//RR

按图4.1-8电路电感器（镇流器）、三个等值灯泡并联负载连线，接入到4.1-4测试电
4.1-3中，计算电路参数。

4.1-3
U=220V 计 算
U LU P
UZ IURR UIPcos cosZR RRRL

实验注意事项
电源电压较高，须注意人身和设备安全。不要触摸带电的裸露部分。
接线和拆线之前，必须断电、调压器调至零输

出的位置。
电压表并联在被测电路两端，电流表串联在负载回路中，功率表的电压线圈、电流

注意仪表的档位量程。
思考题
1. 为什么电压表并联在被测电路两端？电流表串联在负载回路里？
模拟电压表、模拟电流表在正弦交流电路中测量的是什么值（最大值、有效值、平均

计算交流电路的电压与电流之间的关系要按复数形式来完成，用电压表、电流表测

实验报告要求
完成实验任务中的各项测试及计算。
比较测试结果，分析元件的参数特性。
总结仪器设备的使用效果，找出产生误差的主要原因。
实验仪器、设备
．DG08 变压器、互感器、电度表实验挂件
D32 数/模交流电流表挂件
D33 交流电压表挂件
D34-3 智能型功率、功率因数表挂件