THAJD1实验指导书.docx

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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