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1、实验指导书2.2.10正弦稳态沟通电路相量的研究1.实验目的1)研究正弦稳态沟通电路中电压、电流相量之间的关系。2)把握日光灯线路的接线，了解日光灯的工作原理。3)理解改善电路功率因数的意义并把握其方法。4)学会使用功率表和功率因数表2.原理讲明1)图10-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的鼓励下，UR与UC保持有90o的相位差，即当R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。U、UC与UR三者构成一个直角形的电压三角形，如图10-2所示。R值改变时，可改变角的大小，进而到达移相的目的。图10-1RC串联电路图10-2RC串联电路相量图2)日光灯线路如图10-3所示，图中A是日光灯管，L是镇
2、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值。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。图10-3日光灯线路图3.实验设备1)沟通电压表、沟通电流表2)数字万用表VC9801A+3)功率功率因数表4)自耦变压器5)日光灯管40W6)镇流器、起辉器与40W日光灯管配套7)40W白炽灯泡8)电容器模块9)电流插座板4.实验内容1)按图10-1接线。R为40W/220V白炽灯泡，电容器为4.7F/450V。经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦变压器输出(即U)调至220V。记录U、UR、UC值，验证电压三角形关系，并计算绝对误差和相对误差填入表10-1中。表10-1表2)按图1
3、0-4接线。经指导老师检查后接通实验台电源，调节自耦变压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止(此电压为日光灯的启辉值)。然后将电压调至正常值220V，分别测出日光灯在启辉值和正常值时的有功功率P、功率因数COS、电流I、和输入电压U、镇流器端电压UL、日光灯管端电压UA等值，并通过测量数据计算出日光灯镇流器内阻r和功率因数填入表10-2中。验证电压、电流相量关系。功率因数的计算值与测量值相比拟，分析产生误差的原因。图10-4测试日光灯电路参数线路图提示：日光灯启动时，镇流器两端会产生脉冲高压，此时，务必不要在其两端并接电压表，要在日光灯被点亮后再测量UL值。图10-5日光灯
4、电路并联电容器提高功率因数电路并接电容C，测出不同C值时的总电流I、镇流器支路电流IL、电容支路电流IC、有功功率P和功率因数COS，并通过有关测量数据计算出总电流I和功率因数填入表10-3。I值和功率因数的计算值与测量值相比拟，分析产生误差的原因。电容C的取值参见表10-3，其中，C0为功率因数最高值时的电容值。5.预习考虑题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日光灯，这是为什么？3)为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条
5、电流支路，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能否改变？4)提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器能否越大越好？6.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。2.2.11R、L、C串联谐振电路的研究1.实验目的1)验证RLC串联谐振电路的特征,测绘串联谐振电路的谐振曲线；2)加深理解电路发生谐振的条件、特点，把握电路品质因数电路Q值的物理意义及其测定方法。3)利用示波器观测RLC串联电路中电压和电流的相位关系2.实验原理1
6、RLC串联电路如图11-1所示，Ui为沟通输入信号电压，当输入信号频率f=f0=LC21时，电路发生串联谐振，此时，XLXc，谐振电路的电抗为零，Ui=Uo,电路呈电阻性，电路中电流的有效值IUi/R将到达最大，并且与出入电压Ui同相位。当RLC串联电路输入端电压一定时，电路中电流随频率变化的关系用曲线表示，称为电流谐振曲线，亦称幅频特性曲线如图11-2。RLC串联电路发生谐振时，电感电压与电容电压均等于电路总电压的Q倍，ULUcQUo，式中的Q称为电路的品质因数。当RLC电路的输入信号频率低于谐振频率电路呈容性，?电流相位超前于总电压，当RLC电路的输入信号频率高于谐振频率时，电路呈感性，电
7、路中的电流相位滞后于总电压相位。图11-1RLC串联电路图11-2幅频特性曲线2电路品质因数Q值的两种测量方法一是根据公式QoCoLUUUU=测定，UC与UL分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压；另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度ff2f1，再根据Q12fffO-求出Q值。式中f0为谐振频率，f2和f1是失谐时，亦即输出电压的幅度下降到最大值的2/1(0.707)倍时的上、下限频率点如图11-2。Q值越大，曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好。在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。3.实验设备1)双踪示波器GOS-6202)低频信号发
8、生器XD-7S3)沟通毫伏表4)电感线圈30mH5)元器件模块6)数字万用表VC9801A+4.实验内容及步骤1)按图11-1组成监视、测量电路。先选用C=0.01F、R=200，令信号源输出电压Ui=4VP-PVP-P为信号源输出正弦波电压峰-峰值，并保持不变。用双踪示波器一路输入端监视信号源输出信号，即RLC串联电路的输入信号，示波器另一路输入端监视电阻R两端的输出信号，并用沟通毫伏表检测信号源输出电压。2)确定电路的谐振频率f0。其方法是，将毫伏表接在R(200)两端，令信号源的频率由小逐渐变大注意要维持信号源的输出幅度Ui=4VP-P不变，当Uo的读数为最大时，或者由示波器观测Ui和U
9、O两个信号波形的相位重合时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0，并测量UC与UL之值注意及时更换毫伏表的量限，计算通频带f和电路的品质因数Q填入表11-1.3)在谐振点两侧，按频率递增或递减500Hz或1KHz，依次各取8个测量点，逐点测出UO，UL，UC之值，将数据表记入11-1。4)选用C=0.01F、R=1K，重复步骤2和3的测量经过，将数据填入表11-2.。表11-25)选C=0.1F、R=200或R=1K，重复步骤2)4)的测量经过，自制表格。5.实验注意事项1)测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点。在变换频率测试前，应调整信号输出幅度用示波器监视输出幅度，使其维持在
10、Ui=4VP-P。2)测量Uc和UL数值前，应将毫伏表的量限改大，而且在测量UL与UC时毫伏表的“端应接C与L的公共点，其接地端应分别触及L和C的近地端。3)实验中，信号源的外壳应与毫伏表的外壳绝缘不共地。如能用浮地式沟通毫伏表测量，则效果更佳。6.预习考虑题1)根据实验线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率。2)改变电路的哪些参数能够使电路发生谐振，电路中R的数值能否影响谐振频率值？3)怎样判别电路能否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些？4)电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，假如信号源给出3V的电压，电路谐振时，用沟通毫伏表测UL和UC，应该选择用多大的量限？5)要提高R、L、C
11、串联电路的品质因数，电路参数应怎样改变？6)本实验在谐振时，对应的UL与UC能否相等？如有差异，原因何在？7.实验报告1)根据测量数据，绘出不同Q值时三条幅频特性曲线，即：UOf(f)，ULf(f)，UCf(f)2)计算出通频带与Q值，讲明不同R值时对电路通频带与品质因数的影响。3)对两种不同的测Q值的方法进行比拟，分析误差原因。4)谐振时，比拟输出电压UO与输入电压Ui能否相等？试分析原因。5)通过本次实验，总结、归纳串联谐振电路的特性。2.2.13三相沟通电路电压、电流的测量1.实验目的1)把握三相负载作星形连接、三角形连接的方法，验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。2)充分
12、理解三相四线供电系统中中线的作用。2.原理讲明1)三相负载可接成星形又称“接或三角形(又称接)。当三相对称负载作Y形联接时，线电压UL是相电压Up的3倍。线电流IL等于相电流Ip，即ULPU3，ILIp在这种情况下，流过中线的电流I00，所以能够省去中线。当对称三相负载作形连接时，有IL3Ip，ULUp。2)不对称三相负载作Y连接时,必须采用三相四线制接法，即Yo接法。而且中线必须牢固连接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。假使中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。尤其是对于三相照明负载，无
13、条件地一律采用Y0接法。3)当不对称负载作接时，IL3Ip，但只要电源的线电压UL对称，加在三相负载上的电压还是对称的，对各相负载工作没有影响。3.实验设备1)沟通电压表2)沟通电流表3)三相自耦变压器4)三相灯组负载每相三盏白炽灯泡40W35)电流插座板、电流插头6)数字万用表VC9801A+4.实验内容1)三相负载星形连接三相四线制供电按图13-1线路组接实验电路。将三相电源输出的线电压调为220V，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。将所测得的数据记入表13-1中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，十分要注意观察中线的
14、作用。图13-1三相星形负载连接图2)负载三角形连接三相三线制供电按图13-2改接线路，经指导老师检查合格后接通三相电源，输出线电压为220V，并按表13-2的内容进行测试。图13-2三相三角形负载连接图5.1)本实验采用三相沟通线电压为220V，实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。2)每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导老师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。3)星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。6.预习考虑题1)三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？2)温习三相沟通电路有关内容，试分
15、析三相星形连接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？假如接上中线，情况又怎样？3)本次实验中为什么要通过三相调压器将380V的市电线电压降为220V的线电压使用？7.实验报告1)用实验测得的数据验证对称三相电路中的3倍关系。当负载不平衡时，三相电路中的3倍关系能否还存在？2)用实验数据和观察到的现象，总结三相四线供电系统中中线的作用。3)不对称三角形连接的负载，能否正常工作？实验能否能证实这一点？4)根据不对称负载三角形连接时的相电流值作相量图，并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比拟，分析之。2.2.15功率因数及相序的测量1.实验目的1)把握三相沟通电路相序的
16、测量方法。2)熟悉功率因数表的使用方法，了解负载性质对功率因数的影响。2.原理讲明图15-1为相序指示器电路，用以测定三相电源的相序A、B、C或U、V、W。它是由一个电容器和两个电灯连接成的星形不对称三相负载电路。假如电容器所接的是A相，则灯光较亮的是B相，较暗的是C相。相序是相对的，任何一相均可作为A相。但A相确定后，B相和C相也就确定了。图15-1相序测量电路为了分析问题简单起见设XCRBRCR，U.AUp0则RRjRRjURjUjRUUPPPNN111)1)(2321()1)(2321()1(+-+-+-+-=)6.02.0()2321(jUjUUUUPPNNBB+-=-=Up(-0.3
17、j1.466)1.49-101.6Up)6.02.0()2321(jUjUUUUPPNNCC+-+-=-=Up(-0.3j0.266)0.4-138.4Up由于U.BU.C，故B相灯光较亮。3.实验设备1)单相功率功率因数表2)沟通电压表3)沟通电流表4)40W白炽灯泡5)电感线圈40W镇流器6)电容模块4.实验内容图15-2功率和功率因数测量电路1)相序的测定(1)用40W/220V、白炽灯和1F/450V电容器，按图15-1接线，经三相调压器接入线电压为220V的三相沟通电源，观察两只灯泡的亮、暗，判定三相沟通电源的相序。(2)将电源线任意调换两相后再接入电路，观察两灯的亮堂状态，判定三相沟通电源的相序。2)电路功率(P)和功率因数cos的测定按图15-2接线，按表15-1所述在A、B间接入不同器件，记录cos表及其它各表的读数，并分析负载性质记录表15-1。讲明：C为4.7F/450V，L为30W日光灯镇流器。5.实验注意事项每次改接线路都必须先断开电源。6.预习考虑题根据电路理论，分析图15-1检测相序的原理。7.实验报告1)简述实验线路的相序检测原理。2)根据U、I、P三表测定的数据，计算出cos，并与cos表的读数比拟，分析误差原因3)分析负载性质与cos的关系。