实验十二__用三表法测量交流电路等效参数

实验报告一、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│Z│=UI电路的功率因数cosφ=𝑃𝑈𝐼等效电阻R＝𝑃I2等效电抗X=│Z│sinφ如果被测元件是一个电感线圈，则有：X=XL=│Z│sinφ=2πfL如果被测元件是一个电容器，则有：X=XC=│Z│sinφ=12𝜋fc2.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12-1并联电容测量法图12-1(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5-2所示，则可判断B为感性元件。II2IgB2BB’图5-2I-B'关系曲线由上分析可见，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C’=2𝐵𝜔(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1𝜔𝐶’│2X│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。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1交流电流表1D37-12交流电压表1D38-13单相功率表1D34-24自耦调压器1DG015电容负载4.7μF450V1DG096电感线圈40W日光灯配用1DG097白炽灯25W/220V3DG08四、实验内容测试线路如图12-3所示1.按图12-3接线，并经指导教师检查后，方可接通市电电源。2.分别测量15W白炽灯(R)，40W日光灯镇流器(L)和4.7μf电容器(C)的等效参数。要求R和C两端所加的电压为220V，L中流过电流小于0.4A。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。计算所需的电容大小：并联电容大小0μF1μF2.2μF4.7μFL与C串联时电流--0.320.340.36L与C并联时电流0.160.120.15--因此，L与C串联时为容性，L与C并联时为感性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。A.前接法：被测阻抗测量值计算值电路等效参数U(V)I(A)P(W)COSZ(Ω)COSΦR(Ω)L(mH)C(μF)25W白炽灯2200.0613.31.003666.71.003694.4----电感线圈L2000.3714.10.19540.50.19103.01689.1--电容器C2200.330.00.00666.70.000.0--4.8L与C串联2200.7156.70.36309.90.36112.5--11.0500.3210.90.63156.30.68106.4--27.8L与C并联2200.1418.30.601571.40.59933.74023.4--B.后接法：被测阻抗测量值计算值电路等效参数U(V)I(A)P(W)COSZ(Ω)COSΦR(Ω)L(mH)C(μF)25W白炽灯2200.0613.51.003666.71.023750.0----电感线圈L2000.3714.70.19540.50.20107.41686.3--电容器C2200.330.00.00666.70.000.0--4.8L与C串联500.111.30.63500.02.261130.0----L与C并联2200.1419.30.601571.40.63984.73898.2--五、实验注意事项1.本实验直接用市电220V交流电源供电，实验中要特别注意人身安全，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.自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上（逆时针旋到底），调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高。每次改接实验线路或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必须严格遵守这一安全操作规程。4.功率表要正确接入电路。5.电感线圈L中流过电流不得超过0.4A。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？答:222=sinsin2LLPRIPUIPPUIUZIXZXLf无功功率无功功率2.如何用串联电容的方法来判别阻抗的性质？试用I随X'c（串联容抗）的变化关系作定性分析，证明串联试验时，C'满足XC21'式中X为被测阻抗的电抗值，'C为串联试验电容值。证明：（电路图）(1)设'''XXX,若'X增大，''X也增大，则电流I变小，被测阻抗的端电压对应下降，则判断为容性。(2)设'''XXX,若'X增大，''X先减小后增大，电流先增大后减小，被测阻抗的端电压对应也先上升后下降，则判断为感性。由上分析可见，当X为容性元件时，对串联电容'C值无特殊要求；而当X为感性元件时，'''2XX才有判定为感性的意义。XX2'时，被测阻抗的端电压单调下降，与X为容性时相同，并不能说明电路是感性的。因此'''2XX是判断电路性质的可靠条件，由此得判定条件为XC21'七、实验报告1.根据实验数据，完成各项计算。计算参考公式(其中电感的单位是mH,电容的单位是f):IUZUIPcoscosZR322102fXLRZXLL6221021CCXfCRZX其计算结果已经显示在实验内容的数据表格中并联电容'C范围的计算：串联电容'C范围的计算：22'''414121RZfCfXCXC得由%100coscoscoscos计算值计算值测量值的误差计算计算结果如下表所示：被测阻抗计算值电路等效参数Z(Ω)COSΦ幅角误差R(Ω)L(mH)C(μF)25W白炽灯3666.71.000.0%3694.4----电感线圈L540.50.190.0%103.01689.1--电容器C666.70.000.0%0.02122.14.8L与C串联309.90.360.0%112.5--11.0156.30.687.4%106.4--27.8L与C并联1571.40.591.7%933.74023.4--误差分析：幅角误差产生的主要原因是仪表误差2.分析功率表并联电压线圈前后接法对测量结果的影响。A.前接法：B.后接法：理论分析：（1）前接法所得结果比负载实际损耗的功率大，所增大的值是电流表损耗的功率I2RA，也即电流表的功率。（2）后接法测出的功率也比负载所损耗的功率大，所增大之值等于𝑈2𝑅𝑉，这也即为电压表所损耗的功率。实际结果：（1）当被测阻抗为单一用电器时，前接法与后接法的测量结果基本相同。（2）后接法测出的功率比前接法大一些，因并联电压线圈所消耗的功率也计入了功率表的读数之中，电压表消耗的功率较大，因此误差较大。3.总结功率表与自耦调压器的使用方法。功率表使用方法（1）接线a.电流端串联在电路中，电压端并联在待测负载两端b.两个*号端需接在一起（2）读数a.a.开启电源，显示屏出现“P”、“cos”等标识。b.b.按动功能键一次，显示屏出现“P”，然后按确认键，即可读出功率P的读数。c.c.继续按动功能键，待显示屏出现“cos”后按确认键，即可读出幅角COSφ之值。自耦调压器使用方法（1）使用前需将旋钮逆时针旋到底，再接通电源（2）接线时，一端接G（接地端），一端接在W、V、U其中之一（3）将电压表接入，缓缓旋动旋钮，直到电压表显示电压为预期输出电压值（4）不用时，要将旋钮逆时针旋到底，确保下次使用时的安全被测阻抗测量值U(V)I(A)P(W)COS25W白炽灯2200.0613.31.00电感线圈L2000.3714.10.19电容器C2200.330.00.00L与C串联500.3210.90.63L与C并联2200.1418.30.60被测阻抗测量值U(V)I(A)P(W)COS25W白炽灯2200.0613.51.00电感线圈L2000.3714.70.19电容器C2200.330.00.00L与C串联500.111.30.63L与C并联2200.1419.30.60