实验十二用三表法测量交流电路等效参数
实验十二用三表法测量交流电路等效参数
Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
实
验报告
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、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。 计算的基本公式为
阻抗的模 │Z │= U
I 电路的功率因数 cos φ= P UI
等效电阻
R =P
I 2
等效电抗 X=│Z │sin φ 如果被测元件是一个电感线圈,则有: X= XL=│Z │sin φ= 2πf L 如果被测元件是一个电容器,则有:
X= X C =│Z │sin φ=
1
2πfc
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来加以判别,方法与原理如下:
(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。 (a) (b) 图12-1 并联电容测量法
图12-1(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5-2所示,则可判断B 为感性元件。
I I 2 I g
B 2B B ’ 图5-2 I-B'关系曲线
由上分析可见,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 C ’=
2B 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
1ωC ’
<│2X │
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 超前于u ,为容性;i 滞后于u ,则为感性。 三、实验设备
四、实验内容
测试线路如图12-3所示
1. 按图12-3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),40W日光灯镇流器(L) 和μf电容器( C)的等效参数。要求R和C两端所加的电压为220V,L中流过电流小于。
3. 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来判别LC串联和并联后阻抗的性质。
计算所需的电容大小:
因此,L与C串联时为容性,L与C并联时为感性
5.观察并测定功率表电压并联线圈前接法与后接法对测量结果的影响。
A.前接法:
B.后接法:
五、实验注意事项
1. 本实验直接用市电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,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。
4. 功率表要正确接入电路。
5. 电感线圈L 中流过电流不得超过。 六、预习思考题
. 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 答:
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
式中X 为被测阻抗的电抗值,'C 为串联试验电容值。
证明: (电路图)
(1)设'''X X X =+,若'X 增大,''X 也增大,则电流I 变小,被测阻抗的端电压对应下降,则判断为容性。
(2)设'''X X X =+,若'X 增大,''X 先减小后增大,电流先增大后减小,被测阻抗的端电压对应也先上升后下降,则判断为感性。
由上分析可见,当X 为容性元件时,对串联电容 'C 值无特殊要求;而当X 为感性元
件时,'
''2X X <才有判定为感性的意义。X X 2'>时,被测阻抗的端电压单调下降,与X 为容性时相同,并不能说明电路是感性的。因此'
''2X X <是判断电路性质的可靠
条件,由此得判定条件为 七、实验报告
1. 根据实验数据,完成各项计算。
计算参考公式(其中电感的单位是mH,电容的单位是f μ): 其计算结果已经显示在实验内容的数据表格中 并联电容'
C 范围的计算: 串联电容'C 范围的计算: 计算结果如下表所示:
误差分析:
幅角误差产生的主要原因是仪表误差
2. 分析功率表并联电压线圈前后接法对测量结果的影响。 A.前接法: B.后接法:
理论分析:
(1)前接法所得结果比负载实际损耗的功率大,所增大的值是电流表损耗的功率I 2R A ,也即电流表的功率。
(2)后接法测出的功率也比负载所损耗的功率大,所增大之值等于U 2
R V
,这也即为电压
表所损耗的功率。 实际结果:
(1)当被测阻抗为单一用电器时,前接法与后接法的测量结果基本相同。
(2)后接法测出的功率比前接法大一些,因并联电压线圈所消耗的功率也计入了功率
表的读数之中,电压表消耗的功率较大,因此误差较大。 3. 总结功率表与自耦调压器的使用方法。 功率表使用方法
(1) 接线
a. 电流端串联在电路中,电压端并联在待测负载两端
b. 两个*号端需接在一起 (2) 读数
a. a.开启电源,显示屏出现“P ”、“cos ”等标识。
b. b.按动功能键一次,显示屏出现“P ”,然后按确认键,即可读出功率P 的读数。
c. c.继续按动功能键,待显示屏出现“cos ”后按确认键,即可读出幅角
COSφ之值。
自耦调压器使用方法
(1)使用前需将旋钮逆时针旋到底,再接通电源
(2)接线时,一端接G(接地端),一端接在W、V、U其中之一
(3)将电压表接入,缓缓旋动旋钮,直到电压表显示电压为预期输出电压值
(4)不用时,要将旋钮逆时针旋到底,确保下次使用时的安全