交流稳态电路实验报告

一、用三表法测量交流电路
等效参数

一、实验目的及要求

1．学会用交流电压表、交流电流表和功率表测量元件等效参数的方法。

2．学会功率表的接法和使用。

二、所用仪器、设备

三、实验原理

在交流电路中，负载可以是单一的R、L、C元件，也可以是R、L、C元件的串并联组合构成的二端网络。如果只关心负载与外部连接端口的特性，而对其内部元件构成和连接方式并不在意，则可降幅在看成是一个等效阻抗，只需确定等效阻抗的电阻，电抗以及阻抗的性质。

在交流稳态电路中，通过用交流电压表、交流电流表以及功率表分别测量负载电压U、电流I和消耗的功率P，计算得到负载电压的等效电阻、等效电抗，再判断负载的性质（感性、容性或阻性），从而用实验的方法确定待测负载的等效阻抗参数，如图所示，这种方法称为三表法，此为测量工频交流电路参数的的基本法方之一。三表法测得负载的电压、电流、功率后，计算器等效参数的基本公式为

阻抗模值：

功率因数：

等效电阻：

等效阻抗：

负载成感性时的等效电感：

负载成容性时的等效电容：

四、实验方法与步骤

按图接线，需注意功率表的电流接线端（电流线圈）与负载串联，电压接线端（电压线圈）与负载并联。检查接线后接通电源，旋动调压器升压，使相电压达到需要的电压值。

1.测量阻性负载电压、电流、功率以及功率因数；

灯泡3个（一组）

2.测量感性负载电压、电流、功率以及功率因数；

电感或镇流器

3.测量容性负载电压、电流、功率以及功率因数；

电容器4.7 或者4

4.测量串联负载电压、电流、功率以及功率因数；

5.测量并联负载电压、电流、功率以及功率因数。

五、实验结果与数据处理

绘制电压、电流相量图

二、改善功率因数

一、实验目的及要求

1.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.研究并联于感性负载两端的电容器对提高功

率因数的作用。

3.通过实验进一步理解提高功率因数的意义。

二、所用仪器、设备

三、实验原理

1.感性负载及功率因数

电力系统中的大多数负载是感性负载，比如常见的电动机、日光灯等。感性负载的功率因数都比较低，在电压一定而又需输送较高有功功率时，只能提高电流值，这样对电力系统的运行是不利的；一是使电源的容量得不到充分利用，二是较大电流引起输电线上的损耗功率很大，使得输电效率大大降低。

因此一般在电力系统中，总希望负载能够尽可能运行在较高的功率因数下。实际中，往往通过在感性负载两端并联电容的方法来适当地提高功率因数，提高后的功率因数一般能达到0.8?0.85。有些感性负载的功率因数非常低，在采取提高功率因数的措施后，其总的功率因数仍可能较低。

本实验以灯管、镇流器和启辉器组成的日光灯电路作为负载，由于镇流器是一带铁心的绕组，因此整个电路是感性负载，其功率因数较低，一般在0.5以下。

2.日光灯的工作原理

日光灯的镇流器在启动时产生高电压以电离灯管内气体使日光灯导通，而在正常工作时，又能限制灯管的电流。启辉器相当于一个自动开关，其内部有两个电极（双金属动片、固定片）两电极间并联一个小容量电容器。启动过程中，较低的电压加在启辉器两端，产生辉光放电，双金属动片因放电而受热伸直，与固定片接触，之后放电停止，双金属片冷却复位，两电极分离。

日光灯管两端各有一小阻值的灯丝电极，玻璃管壁内涂有荧光物质，管内抽真空后再充进微量的惰性气体和少量汞。两端灯丝之间加有髙压电时，管内产生弧光放电，水银蒸气受激发辐射大量紫外线，管壁上的荧光粉在紫外线的激发下，辐射出可见光。

日光灯电路开关接通或升高电压时，电压加在镇流器、灯丝电阻和启辉器上，灯管两端的电压不足以使其产生弧光放电。启辉器两电极间产生辉光放电，随后动片受热变形与固定片接触，辉光放电停止，动片冷却收缩复位，断开所接回路。此时由于回路突然断开，镇流器（带铁心的电感线圈）上产生较高的自感

电压，高电压加在灯管两端，使管内产生弧光放电、激发荧光粉辐射出可见光。日光灯正常工作时，灯管两端的电压低于启辉器的动作电压，启辉器不再动作。

实际上，日光灯电路是电阻与电感的串联电路，

3.电路原理

在感性负载两端并联适当的电容可以提高整个电路的功率因数，如下图所示

四、实验方法与步骤

1.按下图接好实验电路和仪表。

2.电容器处于断开状态下，通过调节电压手柄调压至U=220V，测量I、P、功率因数。

3.加并联电容，保持电源电压U=220V不变，找到总电流最小的一点，可近似看成谐振点（功率因数=1、电流I的最小）。测量此时的I 、 P、功率因数、 I灯、IC。（5uF左右）

4.当小于谐振电容时，重复步骤3，测两组数（C不同）。

5.当大于谐振电容时，重复步骤3，测两组数（C不同）。

注意：每次应在U=220V时测量，将测量结果连同U及C值一并记入表中。

五、实验结果与数据处理

计算几种情况下的电路等效参数

作出各电流对电容的曲线、电源提供的无功对电容的曲线，及功率因数对电容的曲线。

绘制电压、电流相量图

六、讨论与结论

实验过程中必须注意几点以确保实验安全顺利的完成，第一，日光灯回路一定要接镇流器，否则极易烧坏日光灯；第二，发现接线错误时，必须先将电压调到零、断开电源、改接线后再送电。由C-图可知随着电容值的逐步升高，先逐步升高后逐步下降当达到最高点处的值为1，电路处于谐振状态。根据绘制的相量图可知，本实验的基本目的基本达成，在容性状态下，电流超前电压一个相位，在感性状态下，电流落后电压一个相位。实验过程中由于电压的不稳定，对实验数据的准确测量有一定的影响，但在实验误差的允许范围内实验数据是可靠的。

本次实验要求我们组员的动手能力，实验过程中必须细致的检查接线状态并且注意实验的注意事项，否则会造成实验仪器的损坏，接线错误时，应当断开电压，按照正确的实验步骤检查排除故障后再送电。通过本实验我们学会了不同功率因数下的电路的表现状态并且通过计算理论值与实验值进行比较，在一定的误差内，两者基本相等，这是我们更加了解了功率因数这一物理量以及对正弦电压激励下的电路有了更深的认识。

三、RLC串联谐振电路的研究

一、实验目的及要求

（1）用实验方法测量RLC串联电路中不同频率下的、、,并绘制频率电压曲线。

（2）改变R、L、C值，重复步骤（1），分析元件参数变化对电路的影响。

（3）加深理解电路发生谐振的特点，掌握电路品质因数（Q）的物理意义及测定方法。

二、所用仪器、设备

三、实验原理

(1）在如图a所示的正弦稳态RLC串联电路中，当正弦交流信号源的频率改变时，电路中的感抗、容抗随之而变，电路中的电流也随之变化。取电阻上的电压作为响应，以为横坐标，以为纵坐标（因不变，也可以为纵坐标），绘出频率特性曲线（即谐振曲线），如图b所示。

图a 图b

(2）在频率特性曲线的顶点处，，电路呈纯阻性，电路阻抗的模最小，此时的频率称为谐振频率。输入电压的有效值为定值时，电路中的电流达到最大值，且与输人电压同相位。从理论上讲，此时，。但在实际电路中，由于元件参数并不是理想参数，尤其是电感元件有一定的等效电阻，而非理想的纯电感，所以实验中测得的数据并不完全与理论值相符。

（3）电路品质因数Q值的两种测量方法。

方法一是根据公式测定，与分别为谐振时电容器C和电感线圈L上的电压。

方法二是通过测量谐振曲线的通频带宽度，再由式求得。式中为谐振频率。和是失谐时，即输出电压的幅度下降到最大值的时的上、下频率点。

电路的品质因数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、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。

四、实验方法与步骤

1.按电路图组成监视、测量电路（R1）

2.找出电路的谐振频率f0。

方法一：将毫伏表接在电阻R两端，将信号源的频率由小逐渐变大，当UR的读数为最大时，此时的频率值即为电路的谐振频率f0 ，测量此时的UL与UC之值。

方法二：先按实验给定元件参数值计算出谐振频率的理论值，在此频率附近测量R的电压值，当UR的读数为最大时，频率计上的频率值即为电路的实验谐振频率。

3.在谐振点两侧，按频率递增或递减，依次各取8个测量点，逐点测量出U0、UL、UC值，记入数据表格。

五、实验结果与数据处理

六、讨论与结论

R=255欧姆的数据显然是不正常的。仔细观察图表后，我们发现错误集中在频率在2900赫兹到3300赫兹之间的数据。一开始是怀疑实验操作有误，不过又发现，其实是上下数据颠倒了，于是通过在这个区间内一个一个交换和，最终得出是频率（赫兹）在2950、3050、3100、3200颠倒。然后重新对数据进行绘图得：

曲线平滑正常。

由数据处理的图像可知电路的谐振频率在3000Hz左右，为了更好的找出电路在谐振频率下的工作状态、减小实验误差，应当早3000Hz左右的频率下将频率进行更小的划分以准确的找出谐振频率。理论下的电路谐振状态是电路的输入阻抗的虚部为零，因此电路此时处于一个电阻性状态下，电压与电流同相，电路处于谐振状态。在本实验中，Ul和有效值即电压表的测量值大小相等。在谐振状态下，电容与电感发生串联谐振，电路呈现电阻性，电容与电感的串联部分相当于短路处理，电源电压全部加在电阻两端，电容两端的电压与电感两端的电压大小相等，相位相差180度，此时品质因数，Q值越大，曲线越尖锐，电路对非谐振频率信号的一直能力越强，选择性越好；反之，Q值很小时，在谐振频率附近，电流变化不大，曲线的顶部形状比较平缓，选择性越差。在恒压源供电时，电路的品质、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。

七：实验心得与体会

通过本次实验我们学会了如何测定电路的品质因数，并且对谐振下的电路状态有了进一步的认识，对Q值有了进一步的了解。测量数据时需要队员既要做到明确分工又要做到团结合作，高效率高质量的完成实验。在处理实验数据时，尤其是绘出绘制UR-f，UL-f，UC-f曲线时，数据过多就会使曲线失去圆滑性，为了更好的拟合数据，我们利用Excel等软件，最终将曲线绘制出来，相比手工画图有一定的美观性与可行性。在实验误差允许范围内，本实验达到了实验目的，成功的将谐振状态下的电路状态参数给测量出来，增加了我们进一步的了解。在写实验报告的过程中，我们利用visio、word、excel等软件对实验报告进行了优化，这不仅提高了我们的排版能力，实验结果的可行性、实验数据的可靠性也得到体现。