电路与模拟电子技术实验指导书

二表法测量三相负载的总功率，不同性质的负载（电阻、电感、电容）对两功率表的读数有影响，例如当电压表与电流表的相位差角大于60º时，一只表为正，一只表为负，（若指针表反偏，须调整表的极性开关），读数计为负值，应按P=P1- P2计算三相功率。
六、实验内容
1、按图3-4接线。三相电源接线电压380V，通过改变电灯数目来调负载，按表3-1的要求测量出各电压和电流值。
ÌNO
N A
图3-4
4、在三相四线制供电的星形联结负载，可以用一只表测量各项的有功功率，PA、PB、
PC．三相负载的总功率P=PA+PB+PC，既为三相功率之和，。若三相负载为对称负载，那么只须测量其中一相的功率，总有功功率乘3即可。线路如图3-5所示。
在三相四线制供电系统中，不论负载是否对称，也不论负载是星形接法还是三角形接法，均可用二表法测三相负载的总功率线路如图3-6所示。
图1-1
对于已知的线性有源二端网络，其等效电阻R0可以从原网络计算得出，也可以通过实验手段测出。下面介绍几种测量方法。
方法一：又戴维宁定理和诺顿定理可知：
因此，只要测出线性有源二端网络的开路电压Uoc和短路电流ISC，Ro就可得出，这种方法最简单。但是，对于不允许将外部电路直接短路的网络，不能采用此法。
3、学会如何提高功率因数。
二、实验属性：验证性实验。
三、实验仪器设备及器材
电工实验装置：DG032T、DY02T、DG051T
四、实验要求
1、实验前要认真预习关于交流电路的连接方法；
2、实验前要熟悉实验仪器的工作原理；
3、测电压、电流时，一定要注意表的档位选择，测量类型、量程都要对应；
4、功率表电流线圈的电流、电压线圈的电压都不可超过所选的额定值；
表4-2
UC（V）
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
放电时间t2（s）
1、用示波器观察RC电路的方波响应
首先将方波发生器的电源接通使之产生方波，并将此方波输给示波器，调整示波器，使其能观察到合适的稳定方波形（可选幅值3至5V，频率1KHZ左右）。
按图4-3接线。取不同的R和C。如：
图3-2图3-3
4、在图3-1中，若把电源中性点和负载中性点间用中线联接起来，就成为三相四线制。在负载对称时，中线电流等于零，其工作情况与三线制相同；负载不对称时，忽略线路阻抗，则负载端相电压仍然相对称，但这时中线电流不再为零，它可由计算方法或实验方法确定。
5、
ÌU
U A X
ÌV
V A Y
ÌW
W A Z
电路与模拟电子技术
实验指导书
王凤歌
实验一
一、实验目的
1、加深对叠加原理的内容和适用范围的理解；
2、用实验方法验证戴维宁定理的正确性；
3、学习线性有源二端网络等效电路参数的测量方法。
二、实验属性：验证性实验。
三、实验仪器设备及器材
电工实验装置：DG012T、DY031T、DG051T
四、实验要求
实验前些预习报告，凭预习报告参加实验。预习叠加原理和戴维宁定理。实验中听从安排，正确使用仪表，记录测量数据，实验后根据要求认真书写实验报告。
由于方波是周期信号，可以用普通示波器显示出稳定的图形，以便于定量分析。
本实验采用的方波是信号的频率为1000赫兹。
六、实验步骤：
1、测定RC电路的电容充电过程。
按图4-2接线，先调节电源电压U=5V。在开关K由2置于1时的瞬间开始用秒表计时，实验板上有秒表与5V电压表，使用时只须外接5V直流电源即可。当电压表指示的电容电压UC达到表4-1中所规定的某一数值时，将开关置于2点（中间点），用秒表记下时间填在表4-1中，然后开关K置于1点，重复上述实验并记下各时间。
二、实验属性（验证性）
三、实验仪器设备及器材
电工实验装置：DG011T、DY031T、DG053T、DY053T示波器
四、实验要求
1、预习时仔细阅读实验指导书，复习教材中的有关内容。
2、明确实验目的、任务和了解实验原理。
五、原理及说明
1、一阶RC电路对阶跃激励的零状态响应就是直流电源经电阻R向C充电。对于图4-1所示的一阶电路，当t=0时开关由位置2转到位置1，由方程
U(V)
七、报告要求
1、用表1-1的数据验证叠加原理。
2、按图1-3给定参数，计算表1-1中所列各项并与实验结果进行比较。
3、完成实验内容2的要求，根据实验内容（1）和（3）的测量结果，在同一座标纸上作他们的外特性曲线，并作分析比较
实验二
一、实验目的
1、学习功率表的使用；
2、学习通过U、I、P的测量计算交流电路的参数；
5、自耦调压器输入输出端不可接反；
6、注意安全，线路接好后，须经指导老师检查无误后，再接通电源。
7、实验报告要对功率表的接线情况用图形说明，说明功率因数提高的原因和意义，说明电容是否能提高功率因数。
五、实验原理
日光灯结构图如图2-1所示，K闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启辉器两触片之间，使启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400至500V高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯点燃发亮。日光灯点燃后，灯管两端电压降为100V左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中的电流不会过大。同时并联在灯管两端的启辉器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。
表3-2
负载情况
Pa
Pb
Pc
P
P1
P2
P
对称
不对称
七、报告要求
1、按实验数据，总结说明负载星型联结时的特点。
2、根据实验结果，说明三相四线制供电时中线的作用。
3、简述三相功率的测量法。
实验四
一、实验目的
1、研究RC电路在零输入、阶跃激励和方波激励情况下，响应的基本规律和特点。
2、学习用示波器观察分析电路的响应。
2、说明功率因数提高的原因和意义。
3、串联电容能否提高功率因数。
实验三 三相负载的星形联
一、实验目的
l、研究三相负载作星形联结时(或作三角形联结时)，在对称和不对称情况下线电压与相电压(或线电流和相电流)的关系。
2、比较三相供电方式中三线制和四线制的特点。
3、掌握三相交流电路功率的测量方法
二、实验属性：验证性实验
图1-3
六、实验步骤
1、叠加原理
实验电路如图1-3。
（1）把K2掷向短路线一边，K1掷向电源一边，使US1单独作用，测量各电流、电压，并记录在表1-1中；
（2）把K1掷向短路线一边，K2掷向电源一边，使US2单独作用，测量各电流、电压，并记录在表1-1中；
两电源共同作用时，测量各电流、电压，并记录在表1-1中。
三、实验仪器设备及器材
电工实验装置：DG04T、DY012T、DG051T
四、实验要求
实验前些预习报告，凭预习报告参加实验。熟悉三相负载星形联接方法。实验中听从安排，正确使用仪表，记录测量数据，实验后根据要求认真书写实验报告。
五、实验原理
l、图3-1是星形联结三线制供电图。当线路阻抗不计时，负载的线电压等于电源的线电压，若负载对称，则负载中性O′和电源中性点O之间的电压为零。
图1-4
表1-2
RL(Ω)
0
100
200
300
500
700
800
∞
I(mA)
U(V)
（2）求等效电阻Ro
利用原理及说明介绍的3种方法求R0，并将结果填入表1-3中，方法（1）、方法（2）数据在表1-2中取，方法（3）实验线路如图1-5所示。
图1-5
表1-3
方法
方法（1）
方法（2）
方法（3）
公式
Ro=Uoc/ISC
表1-1
I1(mA)
I2(mA)
I3(mA)
Uab(V)
Ubc(V)
Ubd(V)
US1单独作用
US2单独作用
US1、US2共同作用
验证叠加原理
2、戴维宁定理
（1）、线性有源二端网络的外部特性
按图1-4接线，改变电阻RL值，测量对应的电流和电压值，数据填在表1-2内。根据测量结果，求出对应于戴维宁等效参数Uoc，ISC。
其中：U=5V R=100KΩC=147F
1kR
+2Leabharlann Baidu+
Uuc（t）c V
-I（t）-
图4-2
表4-1
UC（V）
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
充电时间t1（s）
2、测定RC电路的电容放电过程。
将电容充电至表中电压，按图4-2接线，电容电压为4.5V。用秒表计时，在t=0时，将开关K置于3点，方法同上。数据记在表4-2中。
t≥0
初始值UC（0-）= 0
可以得出电容电压和电流随时间变化的规律：
t≥0
t≥0
上述式子表明，零状态响应是输入的线性函数。其中τ=RC，具有时间的量纲，称为时间常数，它是反映电路过渡过程快慢程度的物理量。τ越大，暂态响应所持续的时间越长即过渡过程时间越长。反之，τ越小，过渡过程的时间越短。
2、电路在无激励情况下，由储能元件的初始状态引起的响应称为称为零输入响应，即电容器的初始电压经电阻R放电，在图4-1中，让开关K于位置1，始初始值UC（0-）=U0，再将开关K转到位置2。电容器放电由方程
日光灯工作后，灯管相当于一电阻R，镇流器可等效为电阻RL和电感L的串联，启辉器断开，所以整个电流等效为一个R、L串联电路，其电路模型如图2-2所示。
图2-1图2-2
六、实验步骤
1、测量交流参数
对照实验板如图2-3接线（不接电容C）。
图2-3
调节自耦调压器输出，使U=220V，进行测试，填表2-1。
表2-1
公式
R0=(UOC/UrL-1)RL
(RL=500Ω)
公式Ro=U/I
U(V)=
I(mA)=
Ro(KΩ)
Ro的平均值
（3）戴维宁等效电路
根据测量结果，利用图1-6构成戴维宁等效电路。测得其外特性U=f(I)。将数据填在表1-4中。
图1-6
表1-4
RL(Ω)
0
100
200
300
500
700
800
∞
I(mA)
方法二：测出线性有源二端网络的开路电压Uoc以后，在端口处接一负载电阻RL，然后在测出负载电阻的端电压URL，因为：
则等效电阻为：
方法三：令线性有源二端网络中的所有独立电源置零，然后在断口处加一给定电压U，测得流入短的电流I（如图1-2a所示），则：
图1-2a图1-2b
也可以在端口处接入电流源I‘，测得端口电压U‘（如图1-2b所示），则：
表3-1
待测数据
实验内容
UUV
UVW
UWU
UUX
UVY
UWZ
UON
IU
IV
IW
IN
负载
对称
有中线
无中线
负载
不对称
有中线
无中线
2、分别按图3-5和图3-6接线。按表3-2的要求，用三表法和两表法分别测量负载星形联结时的各功率。
*
U * W
*
V * W
*
W * W
N
图3-5
*
U * W
*
V * W
W
图3-6
可以得出电容上的电压和电流随时间变化的规律：
t≥0
t≥0
1R
+K2+
Usuc（t）C
-I（t） -
图4-1
3、对于RC电路的方波响应，在电路的时间常数远小于方波周期时，可以视为零状态响应和零输入响应的多次过程。方波的前沿相当于给电路一个阶跃输入，其响应就是零状态响应，方波的后沿相当于在电容具有初始值UC（0-）时把电源用短路置换，电路响应换成零输入响应。
图3-1
其电压相量图如图3-2所示，此时负载的相电压对称，线电压U线和相电压U相满足
U线= U相的关系。若负载不对称，负载中性点O′和电源中性点O之间的电压不再为零，负载端的各项电压也就不再对称，其数值可由计算得出，或者通过实验测出。
2、位形图是电压相量图的一种特殊形式，其特点是图形上的点与电路图上的点一一对应。图3-2是对应于图3-1星形联接三相电路的位形图。图中，UAB代表电路中从A点到B点的电压相量，UA'B'代表电路中从A′点到O′点之间的电压相量。在三相负载对称时，位形图中负载中性点O′与电源中性点O重合，负载不对称时，虽然线电压仍对称，但负载的相电压不再对称，负载中性点O′发生位移，如图3-3所示。
U（V）
测量值
P(W)
I1（mA）
U1（V）
U2（V）
220
2、提高功率因数
按照表2-2的电容值并联电容C，令U=220V不变，将测试结果填入表2-2中。
表2-2
测量值
计算值
P(W)
I1(mA)
I2(mA)
IC(mA)
cosφ
1μf
2.88μf
13.2μf
七、报告要求
1、若直接测量镇流器功率，功率表如何接线，作图说明。
五、实验原理
1、叠加原理
线性电路中，任一电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该处产生的电压或电流的叠加。
2、戴维宁定理
一个含独立电源、线性电阻和受控源的二端网络，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻的串联组合等效置换，如图1-1所示。此电压源的电压等于二端网络的开路电压Uoc，电阻等于二端网络的全部独立电源置零后的等效电阻R0。