实验二_单相交流电路的研究

实验二 单相交流电路的研究

一、实验目的

1. 学习交流仪表及功率表的使用方法。

2. 验证单相正弦交流电路总电压、电流与各元件电压、电流的相量关系。

3. 日光灯电路的连接。

4. 熟悉功率因数提高的方法及功率的测量方法。 二、实验原理

1. 当正弦电流通过电阻、电感和电容串联电路时，电路两端电压相量等于各元件电压的相

量之和，即C L R U U U U ++=；当正弦电压加于电阻、电感和电容并联电路时，总电流相量等于各元件中电流的相量之和，即C

L R I I I I ++=。 2. 图4.1.5为日光灯电路，它由灯管A ，镇流器L 及启动器S 组成。日光灯为预热式阴极低气压汞气放电灯，灯管两端有预热灯丝K 1，K 2，管内充有稀薄氩气和少量水银，管内壁涂有一层荧光物质。镇流器是一个有铁芯的电感线圈。启动器由氖气泡、电容器和外壳构成，氖气泡内装有二个电极，一个为固定电极，另一个是由热膨胀系数不同的双金属片构成、并随泡内温度变换发生形变移位的可动电极。

图4.1.5 实验原理图 图4.1.6 日光灯等效电路模型

当电源接通后，启动器两极间的电压为电源电压。两极间发生辉光放电，双金属片受热形变，与固定电极接触，形成电流通路。这时灯管灯丝被加热而发射电子。启动器两极接通后，辉光放电即刻停止，等金属片冷却后，两极分开，所形成的电流通路被切断。在此瞬间，镇流器产主很高的反向电动势，加于灯管两端，迫使灯丝旁的电子在两极间运动，形成电流。由于电子碰撞水银分子，使其电离发出紫外线，紫外线又激发内壁上的荧光物质而发出可见光。 日光灯工作时，其两极间的电压较低，且只需一定的电流．镇流器在启动后起降压限流作用。

日光灯工作时，灯管相当于一个电阻R L ，镇流器可等效为一个小电阻r 和电感L 的串联，启动器断开，整个电路可等效为一R 、L 串联电路，其电路模型如图4.1.6所示。

三、仪器设备

1. 电工实验装置（DG031）

2. MF-10型万用表

3. 功率表

四、实验内容与步骤

1. 验证正弦交流电路中总电压、电流与各元件电压、电流的相量关系。

（1）按图4.1.7接线。调节外加电压U ＝80 V ，测出电流及各电压值，记录于表4.1.4中

图4.1.7 RLC 串联电路 图4.1.8 RLC 并联电路

表4.1.4

（2）按图4.1.8接线。测电压及各电流值，记录于表4.1.5中。

表4-5

2. 日光灯电路连接及参数测量 （1）按图4.1.9接线（不接电容）。合上电源闸刀，观察日光灯点燃过程。

图4.1.9 日光灯电路

（2）按表4.1.6的内容测量。

表4.1.6

（3）将并联电容由零逐渐增大，测出相应的值，记入表4-7中。

表4.1.7

五、预习内容

1．阅读简述，了解日光灯的接线及工作原理。在图4.1.5电路中，如1，2之间断线，用万用表交流挡带电查找故障时，将表笔一端固定在6，那么U 61与U 62为多少？

2．写出计算日光灯等效参数R L 、r 、L 和电路功率因数cos ϕ的公式。

六、报告要求

1．根据实验内容1分别画出C

L R U U U U ++= 、C L R I I I I ++=的相量图。 2．完成表4.1.6、表4.1.7中的各项计算。

3．在同一坐标纸上绘制I = f I （C ）及cos ϕ = f （C ）的曲线图，并进行分析。 4．日光灯支路的功率因数是多少？并联电容后，对其有无影响？ 思考题

1． 在交流电路中，基尔霍夫的两大定律的含义是什么？在形式上与直流电路有何差异？

直流：在任何时刻，流入任一结点的电流（电压）代数和恒为零 交流：在任何时刻，流入任一结点的电流（电压）矢量和恒为零

2． 日光灯电路中启辉器的作用是什么？若实验时无启辉器，你能否点燃日光灯？试简要

说明。

启辉器由双金属片组成，电路接通后，供电电压 通过填充气体引起辉光放电。由于两种金属片热膨胀系数不同，缓慢加热的接触片产生了相对弯曲，当接触片碰在一起时，通过镇流器和灯丝形成了串联电路，使一个相当强的电流将灯丝迅速加热。金属片接触后，辉光放电结束，金属片开始冷却，接触点弹开，电路断开连接，灯光点燃 3． 为什么可用并联电容的方法提高功率因数？串联电容行不行？试分析之。

电感和电容的 无功功率是异号的，在感性电路中并联电容，可以降低无功功率，提高功率因数； 串联电容也可以提高功率因数，因为串联电容也可以降低无功功率，提高功率因数，但是负载上的电压改变流入。

4．在实验中，并入电容之后，灯管中流过的电流和消耗的功率变不变？总功率因数变不变？为什么？

并联电容后，灯管两端的电压不变，电流也不改变，消耗的功率不变； 总功率因数会因为总无功功率减小而提高。

实验三 三相电路

一、实验目的

1. 掌握三相四线制电源的构成和使用方法。

2. 掌握对称三相负载的线电压与相电压、线电流与相电流的关系。

3. 了解中线在供电系统中的作用。

4. 学习三相功率的测量。 二、实验原理

1．负载星形联接（如图4.1.10所示)： I L =I P

当负载对称时：P L 3U U =

当负载不对称时： （1) 有中线：P L 3U U =

（2) 无中线：各相电压有的过高，有的过低，在实验中注意观察。 2．负载三角形联接(如图4.1.11所示)： U L =U P

当负载对称时：P L 3I I =

当负载不对称时，各相电流不对称。 3．三相负载接线原则

联接后加在每相负载上的电压应等于其额定值。 4．三相功率的测量

在三相电路中，三相负载消耗的总功率等于各相负载消耗的功率之和。测量三相负载的功率可根据具体情况，分别采用一表法、二表法和三表法。

一表法：适用于三相对称负载。不管Y 接或∆接，只要能测量其中任一相负载的功率，则三相总功率为该值的三倍。

二表法：适用于三相三线制系统，不管负载对称与否和采用什么接法。

三表法：适用于任何三相负载。只要各相负载的电压电流均可测量。三相四线制系统中只能用三表法测量三相功率，无论负载是否对称。 三、仪器设备

1．电工实验装置 2．功率表

四、实验内容与步骤 1．测量电源电压

本实验采用线电压为220 V 的三相交流电源。测量该电源的线电压U AB 、U BC 、U CA 和相电压U AO 、U BO 、U CO ，并记录于表4.1.8中。

表4.1.8

2．测量Y 形接法各种负载情况下的电压、电流

按图4.1.10接线。根据以下4种情况分别测量各线电压、各相电压、各相电流、两中点间电压U OO'，记录于表4.1.9中。

（1）Y 形对称有中线：每相开3盏灯。

（2）Y 形不对称有中线：各相灯数分别为1、2、3盏。观察灯泡亮度有无变化。

（3）Y 形对称无中线：除去中线，每相开3盏灯。

（4）星形不对称无中线：各相灯数分别为1、2、3盏，观察灯泡亮度有无变化，有何规律。

表4.1.9星形接法数据表

称 A

B

C O

图4.1.10 Y 接电路

A

B C 图4.1.11 ∆接电路