实验二_单相交流电路的研究.doc

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RL，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
U（V）
I（mA）
UR（V）
UL（V）
UC（V）
80

（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
U（V）
I（mA）
IR（mA）
IL（mA）
IC（mA）

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
U（V）
测量值
计算值
U镇（V）
U灯（V）
IL（A）
P（W）
cosj
R（Ω）
r（Ω）
L（H）
220 V

（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
测 量 值
计算值
C（mF）
U（V）
I（A）
IC（A）
IL（A）
P总（W）
cosj
1

4

8

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RL、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 = fI（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)：
IL=IP
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)：
UL=UP
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UAB、UBC、UCA和相电压UAO、UBO、UCO，并记录于表4.1.8中
表4.1.8
UAO（V）
UBO（V）
UCO（V）
UAB（V）
UBC（V）
UCA（V）

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UOO'，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。

O'
A
B
C
O
图4.1.10 Y接电路
A
B
C
图4.1.11 D接电路

表4.1.9星形接法数据表
测量项目
工作状态
线电压/V
相电压/V
电流/A
UOO'/v
UAB
UBC
UCA
UAO'
UBO'
UCO'
IA
IB
IC
IO
负载对称
有中线

无中线

负载不对称
有中线

无中线

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
测量项目
负载情况
三表法
二表法
PA(W)
PB(W)
PC(W)
ΣP(W)
P1(W)
P2(W)
ΣP (W)
负载对称

负载不对称

*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？