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；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。

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K₁，K₂，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U₆₁与U₆₂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cosj的公式。

六、报告要求

1．根据实验内容1分别画出 、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cosj = 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：

当负载不对称时：

（1) 有中线：

（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：

    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D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

3．三相功率的测量

（1）在有中线情况下，用三表法测三相负载对称及不对称时的功率，将测量数据记录于表4.1.10中。

（2）在无中线情况下，用二表法测三相负载对称及不对称时的功率，将测量数据记录于表4.1.10中。

表4.1.10

*4．设计性实验：三相交流电的相序指示器

现有40 W/220 V的灯泡4个，2 μF/450 V的电容1个，试设计一个三相交流电的相序指示器，要求用灯泡的亮度差异判断A、B、C三相电源的相序。画出该实验的电路图，说明原理，并判断实验台上电源的相序是否正确。

注意：（1）实验台上的线电压是380 V，灯泡的耐压是250 V，将两个灯泡串联可以提高其耐压。不正确的设计可能会损坏灯泡！

（2）将电路图和实验方案交由指导教师审查通过后，方可允许进行实验。

五、预习内容

1．阅读教材中的有关负载两种联接方式和三相四线制中线作用的内容。

2．阅读第2章中有关三相功率的测量方法。

 3．根据所测项目，画好记录表格。

六、报告要求

1．根据测试数据，说明对称三相电路中线电压与相电压、线电流与相电流的数量关系。

2．根据实验中观察到的现象，总结中线的作用。

思考题

1．三相不对称负载作星形联接时，为什么要有中线？中线能否装开关或保险？

2．已知负载的额定电压为 220 V，若电源线电压为 380 V，此时负载应作何种连接？为什么？若电源线电压为 220 V，又应如何连接？

3．为什么二瓦计法可以测量三相三线制电路中负载所消耗的总功率？测量三相负载的功率时，在什么条件下用二瓦计法或三瓦计法？

 

第二篇：实验5 单相交流调压电路实验

单相交流调压电路实验

1．实验目的

(1)．加深理解单相交流调压电路的工作原理。

(2)．加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。

2．实验设备及仪器

(１)．教学实验台主控制屏

(２)．MCL—33组件

(３)．MCL—18组件

(４)．MEL—02组件

(５)．MCL-05(A)组件或NMCL—36组件

(６)．MEL-03三相可调电阻器组件（900W，0.41A）；

(７)．MEL-05波形测试及开关板组件；

(８)．二踪示波器

(９)．万用表

3．注意事项

（１）在电阻电感负载时，当a<j时，若脉冲宽度不够会使负载电流出现直流分量，损坏元件。为此主电路可通过变压器降压供电，这样即可看到电流波形不对称现象，又不会损坏设备。

（2） 电路的负载电阻不宜过小，应使i_d不超过0.8A，同时负载电阻不宜过大保证i_d超过0.1A，避免晶闸管时断时续；

（3） 正确使用示波器，避免示波器的两根地线接在非等电位的端点上，造成短路事故。

4．实验步骤

(1)．单相交流调压器带电阻性负载

(a) 将MCL-33上的两只晶闸管VT1，VT4反并联而成交流电调压器，将触发器的输出脉冲端G₁、K₁，G₃、K₃分别接至主电路相应VT1和VT4的门极和阴极。

(b)将开关S拨向左侧，接上电阻性负载（可采用两只900Ω电阻并联），并调节电阻负载至最大。

(c)  MCL-18的给定电位器RP1逆时针调到底，使U_ct=0。调节锯齿波同步移相触发电路偏移电压电位器RP2，使a=150°。

(d) 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使。用示波器观察负载电压，晶闸管两端电压的波形，调节U_ct，观察不同a角时各波形的变化，并记录a=60°，90°，120°时的波形。

(2)．单相交流调压器接电阻—电感性负载

(a)断开电源，将开关S拨向右侧，接入电感（L=700mH）。调节U_ct，使a=45⁰。

(b)合上三相主电源，用二踪示波器同时观察负载电压u和负载电流i的波形。

(c)调节电阻R的数值（由大至小），观察在不同φ角时波形的变化情况。记录a>φ，a=φ，a<φ三种情况下负载两端电压u和流过负载的电流i的波形。

注：调节电阻R时，需观察负载电流，不可大于0.8A。

5．实验报告

(1)．整理实验中记录下的各类波形

(2)．分析实验中出现的问题。

6.思考

(1)．分析电阻电感负载时，a角与j角相应关系的变化对调压器工作的影响。

三相交流调压电路实验

1．实验目的

(1)．加深理解三相交流调压电路的工作原理。

(2)．加深理解三相交流调压阻性负载时的工作情况。

2．实验设备及仪器

(1)．教学实验台主控制屏

(2)．MCL—33组件

(3)．MCL—18组件

(4)．MEL-03三相可调电阻器组件（900W，0.41A）；

(5)．二踪示波器

(6)．万用表

3．注意事项

（1） 电路的负载电阻不宜过小，应使i_d不超过0.8A，同时负载电阻不宜过大保证i_d超过0.1A，避免晶闸管时断时续；

（2） 正确使用示波器，避免示波器的两根地线接在非等电位的端点上，造成短路事故。

4．实验步骤

(1)．三相交流调压器带电阻性负载

(a) 按图接线，未开通主电源前，用示波器观察六个脉冲观察孔，确保触发脉冲正常。调节偏移电位器RP1，使Uct=0时，=150。

 (b) 三相调压器逆时针调到底，合上主电源，调节主控制屏输出电压，使。用示波器观察各相负载电压，并记录a=30°，60°，120°时的a相负载电压波形。

5．实验报告

(1)．整理实验中记录下的各类波形

(2)．分析实验中出现的问题。

单相交流调压实验接线图

三相交流调压实验接线图