交流电路实验箱实验指导书

1一、概述交流电路实验箱是根据“电工基础”“电路原理”“电路分析”等课程所开发设计的强电类典型实验项目而设计的。版面设有Y型和△型变换的三相灯组负载，日光灯实验组件，多绕组变压器，单相铁芯变压器，电流互感器，RLC元件组，三相电源，交流电压表，交流电流表，秒表等仪器仪表于一体。设计合理紧凑、美观，操作使用方便。二、主要技术性能1、输入电源：三相四线制，AC380V±10%，50H，180VA。2、交流电压表：输入：AC0--450V交流电流表：输入：AC0--2A秒表：0--99s3、使用环境条件：温度-10℃-40℃湿度≤80％（40℃）4、实验箱外型尺寸：520mm×340mm×170mm三、实验注意事项1、根据不同的连接方法选择合适的电源（AC220V或AC380V）。2、实验时，若发现异常现象，应立即关断电源查找原因，排除故障，切记不允许在通电的情况下查找原因。3、实验过程中如果需要更改接线时，必须切断电源后才能拆接线，以免触电。4、实验完毕，必须先关掉电源，拔出电源插头，并将仪器设备工具导线等按规定整理好。2四、实验项目实验一、用三表法测量交流电路等效应参数……………………………………3实验二、日光灯电路实验、改善功率因素实验…………………………………7实验三、单相铁心变压器特性测试………………………………………………10实验四、电流互感器实验…………………………………………………………12实验五、变压器同名端判断………………………………………………………14实验六、R、L、C元器件特性及参数测试……………………………………16实验七、三相交流电路电压、电流的测量……………………………………20实验八、三相交流电路功率的测量……………………………………………23实验九、功率因数及相序的测量………………………………………………27实验十、单相电度表实验………………………………………………………303实验一、用三表法测量交流电路等效应参数一、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和阻抗值，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，用交流电压表、交流电流表、功率表测量电路元件参数的方法称为三表法，是用以测量交流电路参数的基本方法。计算基本公式：阻抗的模IUZ电路的功率因数UIPcos等效电阻cos2ZIPR等效电抗sinZX如果被测元件为一个电感线圈，则有：LLfZXX2sin如果被测元件为一个电容器，则有：cCfZXX21sin如果被测元件不是一个元件，而是一个无源一端口网络，虽然也可从U、I、P三个量中求得cosZR，sinZX但无法判定出X是容性还是感性。2、阻抗性质的判别方法4在被测元件两端并联电容或串联电容的方法对阻抗性质加以判别，原理与方法如下：（1）在被测元件两端并联电容一只适当容量的电容，若串联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。图1.1（a）中，Z为待测定的元件，C′为试验电容，(b)图是（a）图的等效电路，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″先减小而后增大，电流I也是先减小后上升，如图1.2所示，故可判断B为感性元件。由以上分析可见，当B为容性元件时，对并联电容C′值无特殊的要求；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│是判定电路性质的可靠条件，由此得判定条件为：BC2'（2）与被测元件串联一个适当容量的电容，若被测阻抗的端压下降，则判定5为容性，端压上升则为感性，判定条件为：XC21'式中X为被测阻抗的电抗值，C′为串联实验电容值，此关系式可自行证明。判断待定元件的性质，除上述借助于实验电容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。3、功率表的结构、接线与使用。功率表（又称为瓦特表）是一种动圈式仪表，其电流线圈与负载串联，（两个电流线圈可串联或并联，因而可得两个电流量限），其电压线圈与负载并联，有三个量限。功率表的正确接法：为了不使功率表指针反向偏转，在电流线圈和电压线圈的一个端钮上标有“*”标记，连接功率表时，对有“*”标记电流线圈一端，必须接在电源一端，另一端接至负载端，对有“*”标记电压线圈一端，可以接电流线圈任一端，另一端应接到负载的另一端。如此功率表指针就一定能正向偏转。图1.3（a）所示连接，称并联电压线圈前接法，功率表读数中包括了电流线圈的功耗，它适用于负载阻抗远大于电流线圈阻抗的情况。图1.3（b）所示连接，称并联电压线圈后接法，功率表读数中包括了电压线圈的功耗，它适用于负载阻抗远小于功率表电压支路阻抗的情况。图1.3三、实验设备1、交流电路实验箱1台2、交流电压表1台3、交流电流表1台4、功率表1台四、实验内容测试线路如图1.4所示W**I.U.U.ZLW**I.U.U.ZL(a)(b)6图1.41、按图1.4接线，并经指导老师检查后，方可接通市电电源。2、分别测量25W白炽灯（R），15W日光灯镇流器（L）和4.7цF电容器（C）的等效参数。要求R和C两端所加电压为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、用并联试验电容的方法判别LC串联和并联后阻抗的性质。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五、实验注意事项1、本实验直接用市电220V交流电供电，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、功率表要正确接入电路，读数时应注意量程和标度尺的折算关系。3、功率表不能单独使用，一定要有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不超过功率表电压和电流的量限。4、电感线圈L中流过电流不得超过0.4A。六、实验报告1、根据实验数据，完成各项计算。2、分析功率表并联电压线圈前后接法对测量结果的影响。3、总结功率表的使用方法。被测阻抗测量值计算值电路等效参数U（V）I（A）P（W）cosZ（Ω）cosR（Ω）L（mH）H（μf）15W白炽灯电感线圈L电容器CL与C串联L与C并联W**AC220VZA+V7实验二、日光灯电路实验、改善功率因素实验一、实验目的1、熟悉日光灯的电路接线。2、验证提高感性负载功率因数的方法。二、原理说明1、日光灯电路及其原理说明：（1）日光灯电路如图2.1所示，它由日光灯管，镇流器和启辉器主要部件组成。A、灯管是一根玻璃管，其内壁涂有荧光粉，两端各有一个阳极和灯丝，前者为镍丝，后者为钨丝，二者焊在一起，管内充有惰性气体和水银蒸气。B、启辉器又封在充有惰性气体的玻璃泡内的双金属片和静触片组成，双金属片和静触片都具有触头。C、镇流器是一个带铁心的电感线圈。（2）工作原理：当日光灯刚接通电源时，启辉器的两个触头是断开时，电路中没有电流，电源电压全加在起辉器的两个触头之间产生辉光放电，电流通过起辉器，灯丝和镇流器构成通路，对灯丝加热，灯丝发出大量电子。起辉器放电时产生大量的热量，使双金属片受热膨胀至使触头闭合，导致放电结束。双金属片冷却后两触头断开，通路被切断，在触头被切断的瞬间镇流器产生相当高的自感电动势与电源电压串联加在灯管的两端，启动管内的水银蒸气放电，这时辐射出的紫外线照到管内壁的荧光粉上发出白光。灯管放电后，电源电压大部分加在镇流器上，灯管两端电压（既启辉器两触头之间的电压）较低，不能使起辉器光线光放电，因而其触头不能再接触。在电网交流电的作用下，灯管两端的灯丝和阳极之间电位不断地发生变化，一端为正电位时8另一端为负电位。负电位端发射电子，正电位端吸收电子，从而形成为电流通路。2、功率因数的提高：（1）功率因数：对于一个无源二端网络，如下图2.2所示，它所吸收的功率P=UIcosφ，其中cosφ称为功率因数。功率因数的大小决定放电电压和电流之间的相位差，即决定于该二端网络的等值负阻抗的复角φ。图2.2（2）提高功率因数的方法：提高功率因数，就是设法补偿电路的无功电流分量。对于感性负载，可以并联一个电容器使流过电容的无功电流分量与流过电感负载的电流无功分量互相补偿，以减少电压和电流之间的相位差，从而提高功率因数。3、提高功率因数的实际意义：作为动力系统主要用户的工厂，其负载如感应电动机，变压器都是感性的，它们的功率因数较低。低功率因数的负载时动力系统的运行会产生不良的影响。例如不能充分利用电源的容量，同时由于一定的负载功率需要较大的电流，因而增加了输电线的损耗，降低了传输效率。提高功率的功率因数，就克服上述不良影响，具有实际意义。三、实验设备1、交流电压表1台2、交流电流表1台3、功率表1台4、交流电路实验箱1台四、实验内容1、日光灯实验电路。（1）按图2.2所示连接电路（电容先不接入）。接通电源，观察日光灯发光过程。W**C镇流器启日光灯辉器AC220V9（2）灯管点燃以后，记录电流I、功率P，并分别测量灯管两端的电压UD和镇流器两端的电压UL。（3）计算视在功率S、无功功率Q和功率因数cosφ。2、日光灯改善功率因数的电路。（1）并入电容C，接入AC220V，将电容由1μF、2.2μF、4.7μF逐渐增大，观察电流I和功率P的变化情况。（2）计算每次的视在功率S、无功功率Q和功率因数cosφ。五、注意事项1、日光灯启动电流较大，必须使连线正确并牢靠，以保护瓦特表。2、接好电路，一定要检查无误后才可接通电源，以免损坏日光灯管。六、实验报告1、根据实验数据，完成各项计算。2、提高感性负载的功率因数的方法是什么？3、写出实验报告。10实验三、单相铁芯变压器特性测试一、实验目的1、通过测量，计算变压器的各项参数。2、学会测绘变压器的空载特性与外特性。二、原理说明1、如图3.1所示测试变压器参数的电路，由各仪表读得变压器原边（AX-设为低压侧）的U1、I1、P1及副边（ax-设为高压侧）的U2、I2，并用万用表R×1档测出原、副绕组的电阻R1和R2，即可算得变压器的各项参数值。电压比：21UUKU电流比：12IIKI原边阻抗：111IUZ副边阻抗：222IUZ阻抗比：212ZZN负载功率：222IUP耗损功率210PPP功率因数1111cosIUP原边线圈铜耗：1211RIPCu副边铜耗2212RIPCu铁耗)(210CuCuFePPPP图3.1W**VAVA负载Z11122AXaxAC220V112、变压器空载特性测试铁心变压器是一个非线形元件，铁心中的磁感应强度B决定于外加电压的有效值U，当副边开路（既空载）时，原边的励磁电流I10与磁场强度H成正比。在变压器中，副边空载时，原边电压与电流的关系称为变压器的空载特性，这与铁芯的磁化曲线（B-H）曲线是一致的。三、实验设备1、交流电压表1台2、交流电流表1台3、功率表1台4、交流电路实验箱1台四、实验内容（1）按图3.1接线，AX为低压绕组，ax为高压绕组，AC220V接至高压绕组，低压绕组接1k/2W的电阻，检查无误后，方可进行实验。（2）记录变压器的低压绕组的电流I1、电压U1和高压绕组的电流I2、电压U2。（3）改变低压绕组所接负载的阻值，分别测出两个1k/2W串联或并联时的电流和电压。（4）根据所得数据绘出变压器的特性曲线。五、注意事项在联结电路时，必须分清变压器初、次级线圈的接线端子，不能接错，更不能短接。六、实验报告1、根据所得数据绘出变压器的特性曲线。2、根据所得数据，计算变压器的各项参数。3、写出实验报告。12实验四、