实验二_单相交流电路的研究

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CLRUUUU；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CLRIIII。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＝80V，测出电流及各电压值，记录于表4.1.4中图4.1.7RLC串联电路图4.1.8RLC并联电路表4.1.4U（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4-5U（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（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（F）U（V）I（A）IC（A）IL（A）P总（W）cos148五、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cos的公式。U（V）测量值计算值U镇（V）U灯（V）IL（A）P（W）cosR（Ω）r（Ω）L（H）220V六、报告要求1．根据实验内容1分别画出CLRUUUU、CLRIIII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cos=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：PL3UU当负载不对称时：（1)有中线：PL3UU（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：PL3II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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220V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4.1.8UAO（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。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/AUOO'/vUABUBCUCAUAO'UBO'UCO'IAIBICIO负载对称有中线O'ABCO图4.1.10Y接电路ABC图4.1.11接电路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40W/220V的灯泡4个，2μF/450V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380V，灯泡的耐压是250V，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220V，若电源线电压为380V，此时负载应作何种连接？为什么？若电源线电压为220V，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？