THAJD1实验指导书.docx
《THAJD1实验指导书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《THAJD1实验指导书.docx(33页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
THAJD1实验指导书
实验一用三表法测量交流电路等效参数
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
电路的功率因数
等效电阻
等效电抗
或 X=XL=2πfL
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1-1 并联电容测量法
图1-1(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1-2所示,则可判断B为感性元件。
图1-2 I-B’关系曲线
由上述分析可见,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
(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
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。
3、功率表的结构、接线与使用
功率表(又称为瓦特表)是一种动圈式仪表,其电流线圈与负载串联,(两个电流线圈可串联或并联,因而可得两个电流量限),其电压线圈与负载并联,电压线圈可以与电源并联使用,也可和负载并联使用,此即为并联电压线圈的前接法与后接法之分,后接法测量会使读数产生较大的误养花,因并联电
图1-3
压线圈所消耗的功率也计入了功率表的读数之中。
图1-3是功率表并联电压线圈前接法的外部连接线路。
三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数 量
1
交流电压表
1
2
交流电流表
1
3
功率表
1
4
自耦调压器
1
5
电感线圈
15W日光灯配用
1
6
电容器
4.7μF/500V
1
7
白炽灯
15W/220V
3
四、实验内容
测量线路如图1-4所示
1、按图1-4接线,并经指导教师检查后,方可接通电源。
2、分别测量15W白炽灯®,15W日光灯镇流器(L)和4.7μF电容器的等效参数。
图1-4
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。
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。
被测阻抗
测量值
计算值
电路等效参数
U(V)
I(A)
P(W)
cosφ
Z(Ω)
cosφ
R(Ω)
L(mH)
C(μf)
15W白炽灯R
电感线圈L
电容器C
L与C串联
L与C关联
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、合上S1开关前,应确定引入的三相交流电压为最小,实验时使引入的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断开S1开关,再拆线。
必须严格这一安全操作规程。
3、功率表要正确接入电路,读数时应注意量程和标度尺的折算关系。
4、功率表不能单独使用,一定要有电压表和电流表监测,使电压表和电流表的读数不超过功率表和电流的量限。
5、电感线圈L中流过电流不得0.3A。
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?
2、如何用串联电容的方法来判别阻抗的性质?
试用I随X’。
(串联容抗)的变化关系作定性分析,证明串联试验时,C’满足
。
七、实验报告
1、根据实验数据,完成各项计算。
2、完成预习思考题1、2的任务。
3、分析功率表并联电压线圈前后接法对测量结果的影响。
4、总结功率表的使用方法。
5、心得体会及其他。
注:
智能功率表的使用
智能功率表接线同变通指针式功率表。
它是将两只功率表组装在一起,可用双瓦法对三相有功功率进行测量,也可对单相有功功率进行测量。
对输入的电压、电流、根据其数值大小,能自动切换量程。
除能测量功率外,还可测量单相负载的功率因数及负载性质等,还可存贮15组功率及功率因数的数据,并可随意查询显示。
操作方法及步骤详见使用说明书。
测“P”和“cosφ”的操作简要说明如下:
1、按要求接好电路。
2、开启电源,显示屏陟岵陟屺“P”、“8”的巡回走动。
3、按动功能键一次,显示屏出现
然后按确认键,在先前的P2处即可获得功率P的读数。
4、继续按动功能键,待显示屏出现
,然后按确认键,在先前的COS1处即可读得负载的性质(容性指示C,感性指示L)及COSφ之值。
实验二、正弦稳态交流电路相量的研究
一、实验目的
1、研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。
2、掌握日光灯线路的接线。
3、理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明
1、在单相正弦交流电路中,用交流电流表测得各支路的电流值,用交流电压表测得回路各元件两端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即
∑I=0
和
∑U=0
2、如图2-1所示的RC串联电路,在正弦稳态信号U的激励下,UR和UC保持有900的相位差,即当阻值R改变时,UR的相量轨迹是一个半圆,U、UC与UR三者形成一个直角形的电压三角形。
R值改变时,可改变φ角的大小,从而达到移相的目的。
图2-1
3、目光灯线路如图2-1所示,图中A是日光灯管,L是镇流器,S是启辉器,C是补偿电容器,用以改善电路的功率因数(cosφ值)。
图2-2
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
1
交流电压表
1
2
交流电流表
1
3
功率表
1
4
自耦调压器
1
5
镇流器
与15W灯管配用
1
6
电容器
1μf、2.2μf
4.7μf/500V
7
启辉器
与15W灯管配用
1
8
日光灯灯管
15W
1
9
电门插座
3
四、实验内容
1、用一只220V、15W的白炽灯炮和4.7μF/500V电容器组成如图2-1所示的实验电路,经指导教师检查后,接通市电,将外部引入三相电调至相电压220V。
记录U、UR、UC值,验证电压三角形关系。
测量值
计算值
U(V)
UR(V)
UC(V)
U’(UR、UC组成Rt△)
△U
△U/U
2、日光灯线路线与测量
图2-3
接图2-3组成线路,将外部引入电源调到最小,合上S1开关然后使使引入电源电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为至,记下三表的指示值。
然后将电压调至220V,测量功率P,电流I,电压U、UL、UA等值,验证电压、电流相量关系。
测量数值
计算值
P(W)
cosφ
I(A)
U(V)
UL(L)
UA(V)
r(Ω)
cosφ
启辉值
正常工作值
3、并联电路――电路功率因数的改善。
按图2-4组成实验线路。
图2-4
经指导教师检查后,合上S1开关将外部引入电源调至220V,记录功率表,电压表读数,通过一只电流表和三个电门插座分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行三次重复测量。
电容值
测 量 数 值
计 算 值
(μf)
P(W)
U(V)
I(A)
IL(A)
IC(A)
I’(A)
cosφ
0
2
4
6
五、实验注意事项
1、本实验用交流市电220V,务必注意用电和人身安全。
2、功率表要正确接入电路,读数时要注意量程和实际读数折算关系。
3、线路接好正确,曝光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。
六、预习思考题
1、参阅课外资料,了解曝光灯的启辉原理。
2、在日常生产中,当曝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、为了提高电路的功率因数,常在感性负载上并联电容器,此时增加了一条电流支路,试问电路的总电流是增大还是沽小,此时感性元件上的电流和功率是否改变?
4、提高线路功率因数为什么采用并联电容器法,而不用串联法?
所并的电容器是否改变?
七、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,验证相量形式的基霍夫定律。
3、讨论改善电路功率因数的意义和方法。
4、装接日光灯线路的心得体会及其他。
实验三 单相铁心变压器特性的测试
一、实验目的
1、通过测量,计算变压器的各项参数。
2、学会测绘变压器的空载特性与外特性。
二、原理说明
1、如图3-1所示测试变压器参数的电路,由各仪表读得变压器原边(AX设为低压侧)的U1、I1、P1及付边(ax设为高压侧)的U2、I2,并用万用表R×1档测了原、副绕组的电阻R1和R2,即可算得变压器的各项参数值。
图3-1
电压比
电流比
原边阻抗
副边阻抗
阻抗比
负载功率 P2=U2I2cosφ2
损耗功率 P0=P1-P2
功率因数=
原边线圈铜耗
副边铜耗
,铁耗PFe=PO-(PCU1+PCU2)
2、铁芯变压器是一个非线性元件,铁心中的磁感应强度B决定于外加电压的有效值U,当副边开路(即空载)时,原边的励磁电流I10与磁场强度H成正比。
在变压器中,副边空载时,原边电压与电流的关系称为变压器的空载特性,这与铁芯的磁化曲线(B-H曲线)是一致的。
空载实验通常是将高压侧开路,由低压侧通电进行测量,又因空载时功率因数很低,故测量功率时应采用低功率因数瓦特表,此外因变压器空载时阻抗很大,故电压表应接在电流表外侧。
3、变压器外特性测试。
为了满足实验台上三组灯泡负载额定电压为220V的要求,故以变压器的抵压(36V)绕组作为原边,220V的高压绕组作为副边即当作一台升压变压器使用。
在保持原边电压U1(=36V)不变时,逐次增加灯泡负载(每只灯为15W),测定U1、U2、I2和I1,即可绘出变压器的外特性,即负载特性曲线U2=f(I2)。
三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数量
1
交流电压表
2
2
交流电流表
2
3
单相功率表
1
4
试验变压器
220V/36V 50VA
1
5
白炽灯
220V 15W
2
四、实验内容
1、用交流法判别变压器绕组的级性。
图3-2
如图3-2所示,将两个绕组N1和N2的任意两端(如2、4端)联在一起,在其中的一个绕组(如N1)两端加一个低电压,另一绕组开路,(如N2),用交流电压表分别测出端电压U13、U12和US4。
若U13是两个绕组端压之差,则1、3是同名端;若U13是两绕组端压之和,则1、4是同名端。
2、接图3-1线路接线(AX为低压绕组,ax为高压绕组)即电源经开关S1,经三相电源接线端子接至低压绕组,高压绕组接220V,15W的灯组负载(用2只灯泡并联获得),经指导教师检查后方可进行实验。
3、将外部引入电源调至最小位置,然后合上电源开关S1同,并调节外部电源,使其引入电压等于变压器低压侧的额定电压36V,分别测试负载开路及逐次增加负载至额定值,记下五个仪表的读数,记入自拟的数据表格,绘制变压器外特性曲线,实验完毕,将外部电源调至最小,并断开S1开关。
4、将高压线圈(副边)开路,确认外部电流大零位后,合上电源调节外部电源引入电压,使U1从零逐次上升到1.2倍的额定电压1.2×36V),分别记下各次测得的U1、U20和I10数据,记入自拟的数据表格,绘制变压器的空载特性曲线。
五、实验注意事项
1、本实验是将变压器作为升压变压器使用,并用调节调压器提供原边电压U1,故使用时应首先将引入电压调至零位,然后才合上电源S1,此外必须用电压表监视调压输出电压,防止被测变压器输出过高电压而损坏实验设备,且要注意安全,以防高压触电。
2、由负载实验转到空载实验时,要注意及时变更仪表量程。
3、遇异常情况,应立即断开电源,待处理好故障后,再继续。
六、预习思考题
1、为什么本实验将低压绕组作为原边进行通电实验?
此时,在实验过程中应注意什么问题?
2、为什么器的励磁参数一定是在空载实验加额定电压的情况下求出?
七、实验报告
1、根据实验内容,自拟数据表格,绘出变压器的外特性和空载特性曲线。
2、根据额定负载时测得的数据,计算变压器的各项参数。
3、计算变压器的电压调整率
。
4、心得体会及其他。
实验四 三相交流电路电压、电流的测量
一、实验目的
1、掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法,验证这两种接法下线、相电压,线、相电流之间的关系。
2、充分理解三相四线供电系统中中线的作用。
二、原理说明
1、三相负载可接成星形(又称“Y”接)或三角形(又称“△”接),当三相对称负载作Y形联接时,线电压U1是相电压UP的
倍。
线电流I1等于相电流IP,即
U1=
UP,I1=IP
当采用三相四线制接法时,流过中线的电流I0=0,所以可以省云中线。
当对称三相负载作△形联时,有
I1=
IP,U1=UP
2、不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法,即Y0接法。
而且中线必须牢固联接,以保证三相不对称负载的每相电压维持对称淡变。
倘若中线开断,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,无条件地一律采用Y0接法。
3、对于不对称负载作△接时,I1≠
IP,但只要电源的线电压U1对称,加在三相负载上的电压仍是对称的,对各相负载工作没有影响。
三、实验设备
序号
名 称
型号与规格
数 量
1
交流电压表
1
2
交流电流表
1
3
万用表
1
4
三相自耦调压器
1
5
三相灯组负载
220V、15W白炽灯
6
6
电门插座
3
四、实验内容
1、三相负载星形联接(三相四线制供电)
按图4-1线路组接实验电路,即三相灯组负载经三刀双掷开关接通,三相对称电源,并将上部引入电源电压调至0V输入,经指导教师检查合格后,方可合上三相电源开关S1,然后调节调压器的输出,使输出的三相线电压为220V,并按以下的步骤完成各项实验,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,将所得的数据废表4-1中,并观察各相灯组亮暗的变化程度,特别要注意观察中线的作用。
图4-1
表4-1
测量数据
实验内容(负载情况)
开灯盏数
线电流
线电压
相电压
中性电流
I0(A)
中点电压UNO(V)
A相
B相
C相
IA
IB
IC
UAB
UBC
UCA
UA0
UB0
UC0
Y0接平衡负载
2
2
2
Y接平衡负载
2
2
2
Y0接不平衡负载
1
2
2
Y接不平衡负载
1
2
2
Y0接B相断开
1
2
Y接B相断开
1
2
Y接B相短路
1
2
2、负载三角形联接(三相三线制供电)
按图4-2改接线路,经指导教师检查合格后接通三相电源,并调节调压器,使其输出线电压为220V,并按数据表格的内容进行测试。
图4-2
五、实验注意事项
1、本实验采用三相交流市电,线压为220V,应穿绝鞋进实验室。
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。
表4-2
测量数据
负载情况
开灯盏数
线电压=相电压(V)
线电流(A)
相电流(A)
A-B相
B-C相
C-A相
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
IAB
IBC
ICA
三相平衡
2
2
2
三相不平衡
1
2
2
2、复习三相交流电路有关内容,试分析三相星形联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?
如果接上中线,情况又如何?
七、实验报告
1、用实验测得的数据验证对称三相电路中的
关系。
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、不对称三角形联接的负载,能否正常工作?
实验是否能证明这一点?
4、根据不对称负载三角形联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较,分析之。
5、心得体会及其他。
实验五三相电路功率的测量
一、实验目的
1、掌握用一瓦特表法、二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法。
2、进一步熟练掌握功率表的接线和使用方法。
二、原理说明
1、对于三相四线制供电的三相星形联接的负载(即Y0接法),可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC,三相功率之和(∑P=PA+PB+PC)即为三相负载的总有功功率值(所谓一瓦特表法就是用一只单相功率表云分别测量各相的有功功率)。
实验线路如图5-1所示。
若三相负载是对称的,则只无原则测量一相的功率即可,该相功率乘以3即得三相总的有功功率。
图5-1图5-2
2、三相三线制供电系统中,不论三相负载是否对称,也不论负载是Y接还是△接,都可用二瓦特表测量三相负载的总有功功率。
测量线路如图5-2所示。
若负载为感性或容性,且当相位差φ>600时,线路中的一只功率表指针将反偏(对于数字式功率表将出现负读数),这时应将功率表电流线圈的两个端子调换(不能调换电压线圈端子),而读数应记为负值。
3、对于三相三线制供电的三相对称负载,可用一瓦特表法测得三相负载的总无功功率Q,测试原理线路笤图5-3所示。
图5-3
图示功率表读数的
倍,等于对称三相电路总的无功功率。
除了上图给出的一种连接法(IU、IVW)外,还有另外两种连接法,即接成(IV、UUV)或(IW、UUV)。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
1
交流电压表
2
2
交流电流表
2
3
单相功率表
2
4
万用表
1
5
三相灯组负载
220V、15W白炽灯
6
6
三相电容负载
1μF、2.2μF、4.7μF/500V
3
四、实验内容
1、用一瓦特表法测定三相对称Y0接以及不对称Y0接负载的总功率∑P,实验按图5-4线路接线。
线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压,不要超过功率表电压和电流的量程。
图5-4
经指导教师检查后,合上S1开关,调节外部引入电源,使输出线电压为220V,按表5-1的要求进行测量及计算。
表5-1
负载情况
开灯盏数
测量数据
计算值
A相
B相
C相
PA(W)
PB(W)
PC(W)
∑P(W)
Y0接对称负载
2
2
2
Y0接不对称负载
1
2
2
首先是将三表按图5-4接入B相时行测量,然后分别将三个表换接接到A相和C相,再进行测量。
2、用二瓦行表法测定三相负载的总功率。
(1)按图5-5接线,将三相灯组负载接成Y形接法
图5-5
经指导教师检查后,合上S1开关,调节外部引入电源,使输出线电压为220V,按表5-2的内容进行测量。
(2)将三相灯组负载改按成△形接法,重复
(1)的测量步骤,数据废表5-2中。
表5-2
负载情况
开灯盏数
测量数据
A相
B相
C相
P1(W)
P2(W)
∑P(W)
Y接平衡负载
2
2
2
Y接不平衡负载
1
2
2
△接不平衡负载
1
2
2
△接平衡负载
2
2
2
3、用一瓦特法测定三相对称星形负载的无功功率,按图5-6所示的电路接线。
图5-6
每相负载由白炽灯和电容器并联而成,并由开关控制其接入。
检查接线无误后,合上S1,将外部引入线电压调到220V,读取三表的读数,并计算无轼功率∑Q,记入表5-3。
表5-3
负 载 情 况
测量值
计算值
U(V)
I(V)
Q(VAR)
∑Q=
Q
(1)三相对称灯组(每相开2盏)
(2)三相对称电容器(每相4.7μf)
(3)
(1)
(2)的并联负载
五、实验注意事项
1、每次实验完毕,均需将外部引入电源电压调回零位,再断开S1均需断开S1,以确保人身安全。
六、预习思考题
1、复习二瓦特法测量三相电路有功功率的原理。
2、复习一瓦特法测量三相对称负载无功功率的原理地。
3、测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表?
七、实验报告
1、完成数据表格中的各项测量和计算任务。
比较一瓦特表和二瓦特表法的测量结果。
2、总结、分析三相电路功率测量的方法与结果。
3、心得体会及其他。
实验六功率因数及相序的测量
一、实验目的
1、掌握三相交流电路相序的测量方法。
2、熟悉功率因数表的使