电路实验手册2

1实验六交流参数的测定—三表法、三电流表法一、实验目的1.学习用三表法即：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。2.学习使用功率表。3.学习用三电流表法测量未知阻抗参数的方法。二、原理与说明1.三表法a.交流电路中，元件的阻抗值或无源一端口网络的等效阻抗值，可用交流电压表、交流电流表和功率表分别测出元件（或网络）两端的电压U、流过的电流I和它所消耗的有功功率P之后，再通过计算得出，其关系式为：阻抗的模：IUZ功率因数：UIPCos等效电抗：X＝|Z|Sinφ等效电阻：CosZIPr2电感值：lXL，电容值：cXC1，其中f2，这种测量方法简称三表法，它是测量交流阻抗的基本方法。b.从三表法测得的U、I、P的数值还不能判别被测阻抗属于容性还是感性，一般可以用以下方法加以确定：（1）在被测元件两端并接一只适当容量的电容器，若电流表的读数增大，则被测元件为容性；若电流表的读数减小，则为感性。实验电容的电容量C′可根据下列不等式选定：B′＜|2B|式中B′为实验电容的容纳；B为被测元件电纳。（2）利用示波器观察阻抗元件的电流及端电压之间的相位关系，电流超前电压为容性，电流滞后电压为感性。（3）电路中接入功率因数表或数字式相位仪，从表上直接读出被测阻抗值或Cosφ值或阻抗角，若电流超前电压为容性，电流滞后电压为感性。c.前述交流参数的计算公式是在忽略仪表内阻的情况下得出的，和伏安表法类似。三表法也有两种接线方式，如图5-1所示。若考虑仪表的内阻，测量结果中显然存在方法误差，必要时需加以校正。对于图5-1（a）的电路，校正后的参数为：R´=R-R1=12RIP2X´=X-X1=1222XIPIU）（）（式中，R、X为校正前根据测量、计算得出的电阻值和电抗值；R1、X1为电流表线圈及功率表电流线圈的等效电阻值和等效电抗值。对于图5-1（b）电路，校正后的参数为：式中，G、B为校正前根据测量计算得出的电导值和电纳值；Gu为电压表线圈及功率表电压线圈支路并联的等效电导。一般情况下，电压表和功率表电压支路的电抗可以忽略，因此：B´=B=222UPUI）（）（2.三电流表法实验电路如图5—2所示，以电压为参考正弦量，作向量图如图5—3。根据余弦定理：I12=I22＋I32-2I2I3Cosφ=I22＋I32-2I2I3Cos（180°-θ）=I22＋I32+2I2I3Cosθ图5-2图5-3则：312322212IIIIICos322322211II2IIICos求未知阻抗：LLrLXLjXrIUZ3..也可用三电压表法测量未知阻抗。U2UGUPGG'G3三、实验内容及步骤1.三表法（1）按图5-4接线，电路中取R=200Ω（R为300Ω／1A的滑线变阻器），感性元件A为日光灯镇流器线圈，容性元件B为电容电感板上的电容，选取C=10µf。调节调压器使I=0.3A，分别用三表法测量感性元件A和容性元件B的交流电压U和功率P，将结果记录于表5-1中，并根据表中的要求计算相应的参数。（2）分别测量感性元件A和容性元件B串联和并联时的等效阻抗，并用实验的方法判断阻抗的性质。测量数据记于表5-1中。2.三电流表法测未知参数按图5-2连接电路，给定正弦交流电压的有效值U=80V，R=200Ω，测量电流I1、I2、I3的有效值，计算在工频下的元件参数r、L的数值，并将所测数据记录于表5-2中。表6-1被测元件感性元件A容性元件BA、B串联A、B并联测量值U（V）I（A）0.3A0.3A0.3A0.3AP（W）计算值Cosφ|Z|（Ω）X（Ω）r（Ω）L（H）-------C（µf）-------4表6-2四、实验仪器1.QSDC1-004日光灯一块；2.EEL-52E元件箱（四）一个；3.滑线变阻器300Ω／1A一台；4.DT9205型数字万用表一块；5.D26型交流电流表一块；6.D26型功率表一块；7.交流调压器（实验台配置）一台；8.导线若干。五、实验报告要求1.说明实验目的、原理，画出实验电路图。2.整理实验数据，用三表法和三电流表法所测的数据，分别计算待测镇流器在额定工作状态下的等值电阻和电感值。3.用三表法和三电流表法所测的数据，分别计算电阻与电感串联阻抗中的电阻和电感值。六、回答问题（1）图5-2中，哪个表的读数有方法误差？（2）是否能用三电流表法测量交流电路中元件的参数，采用什么电路？如何计算？（3）说明用三电压表法测量未知参数的原理。实验七三相电路中的电压电流关系一、实验目的⒈研究三相负载作星形联接时，在对称和不对称情况下线电压与相电压的关系。⒉比较三相供电方式中三线制和四线制的特点。计算值测量值感性元件Ar（Ω）L（H）I1（A）I2（A）I3（A）UR（V）UL（V）容性元件Br（Ω）C（µf）I1（A）I2（A）I3（A）UR（V）UC（V）5⒊研究三相负载作三角形联接时，在对称和不对称情况下线电流与相电流的关系。⒋学习相序的测定方法。预习要求（1）复习有关三相电路的理论知识。（2）仔细思考实验内容1中规定的注意事项。二、原理与说明⒈三相电路的两种联接方式三相电路中的电源和负载均有星形联接和三角形联接两种联接方式。当负载作星形联接时，三相电路有三相三线制和三相四线制两种供电形式；当负载作三角形联接时，三相电路只有三相三线制一种供电形式。三相电路中的电源和负载均有对称和不对称两种情况。本实验研究三相电源对称且为星形联接、三相负载作星形联接和三角形联接时电路的工作情况。⒉星形联接的三相三线制供电电路图11－1是星形联接的三线制供电电路图。当线路阻抗忽略不计时，负载的线电压等于电源的线电压，若负载对称，则负载中性点N′和电源中性点N之间的电压为零，其电压相量图如图11—3（a）所示。此时负载的相电压对称，线电压U线与相电压U相满足U线＝3U相的关系。若负载不对称，负载中性点N′与电源中性点N之间电压不再为零，图11-1图11-2负载端的各相电压也就不再对称，其数值可以通过计算得到，或者通过实验测出。⒊三相四线制供电电路在图11—1中，若把电源中性点N和负载中性点N’之间用中线联接起来，就成为三相四线制,如图11—2所示。在负载对称时，中线电流等于零，其工作情况与三线制相同；负载不对称时，若忽略线路阻抗，则负载端相电压仍然对称，但这时中线电流不再为零（中线电流的参考方向从N′指向N），它可用计算方法或实验的方法确定。⒋位形图位形图是电压相量图的一种特殊形式，其特点是位形图上的点与电路图上的点一一对应。图11—3(a)是对应于图11—1星形联接三相电路的位形图。图中，ABU代表电路中从A点到B点的电压相量，ANU代表电路中从A′点到N′点之间的电压相量。在三相负载对称时，位形图中负载中性点N′与电源中性点N重合；负载不对称时，虽然线电压仍对称，但NNANUBNUCNUAIBICIZAZBZCAABBCCANUBNUCNUZNNINNUNNANUBNUCNUAIBICIZAZBZCAABBCCANUBNUCNU6负载的相电压不再对称，负载中性点N′发生位移，如图11—3(b)所示。图11-3(a)(b)ABUBCUCAUANUBNUCNUAABBNN’ANUCNUAABBNN’BNUCCCC⒌三角形联接的三相电路在负载呈三角形联接时，若负载对称，则负载的相电流和线电流是对称的，且线电流是相电流的3倍。若负载不对称，线电流和相电流之间不存在3倍的关系。⒍三相电路的相序三相电源有正序、逆序（负序）和零序三种相序。通常情况下的三相电路是正序系统，即相序为A—B—C的顺序。在发电、供电系统以及电用部门，相序的确定是非常重要的。一般可用专用的相序仪测定，也可以简单地把一个电容和两个相同瓦数的灯泡联成不对称星形负载，接至被测的三相端线上（如图11—4所示）。由于负载不对称，负载中性点N′发生位移，各相电压也就不再相等。若设电容所在相为A相，则灯泡比较亮的相为B相，灯泡比较暗的相为C相，这样就可以方便地确定三相的相序。三、实验内容及步骤三相负载星形联接⑴先将灯泡负载联成星形，组成星形负载；按图11-5所示实验电路接线，调节调压器的输出电压,使三相对称电源的线电压为220V。⑵按表11-1所要求的负载情况进行测量，并将测量结果记录在表11-1中。图11-4CRRN’对称三相供电线7图11-5负载情况说明：①负载对称:每块灯泡负载代表三相负载中的一相，三块灯泡负载分别代表A、B、C三相负载，当负载对称时，S1、S3、S5状态相同并且S2、S4、S6状态相同。选择S1、S3、S5闭合，S2、S4、S6断开。②负载不对称有三种情况:1）A、B、C各相亮的灯数不同，A相亮1盏，B相亮2盏，C相亮3盏，即S1断开，S2闭合，S3断开，S4断开，S5闭合，S6断开。（实际各灯亮灭程度根据实际观察）2）A相开路:将A相的供电线断开。3）C相短路:用一根导线将C相负载短路。此时，C相的3盏灯全不亮中性线连接说明：中性线NN′根据实际需要连接，测电流INN’时，将导线N与导线N’的另一端分别连接电流测试孔两端。注意事项：1.A相开路实验完成后，一定将S1、S3、S5闭合，S2、S4、S6断开，以恢复对称状态，为下一步做C相短路做好准备。2.做C相短路实验前，先将中线去掉，然后再做C相短路。3.C相短路实验完成后，自检测量数据无误后，立即拔掉短路线。UVWNZS1S2S3S4S5S6ABCXYI1I2I3N’8表11—1四、注意事项⒈正确使用调压器。⒉本实验是强电实验，实验线路联接完毕，自检无误后，经指导教师查线合格后，方可合闸做实验。⒊测量中线电压NNU时，注意万用表表笔放置的位置。⒋合理选择仪表的量程。五、预习与思考⒈复习有关三相电路的理论知识。⒉仔细思考实验内容1中规定的注意事项。⒊做C相短路实验时，为什么交流电流较大？六、实验报告要求1.整理实验数据，用坐标纸画出表11—1中各种情况的电压和电流相量图。2.回答：做C相短路实验时，为什么电流较大？测量数据负载对称负载不对称A相开路C相短路有中线无中线有中线无中线有中线无中线无中线UAB(V)UBC(V)UCA(V)UAN’(V)UBN’(V)UCN’(V)NNU(V)AI(A)BI(A)CI(A)NNI(A)9七、实验设备⒈D26型交流电流表一块；⒉DT9205型数字万用表一块；⒊调压器(实验台配置)一台；⒋三相交流电路实验箱一个；⒌电流测试插孔板及测试线一套；⒍导线若干实验十二端口网络参数的测定一、实验目的1．学习测定无源线性二端口网络的参数的方法。2．加深对二端口网络参数的理解。3.研究二端口网络及其等效电路在有载情况下的性能。预习要求（1）复习二端口网络的有关理论知识（2）如何测定二端口网络参数（3）根据如图10-5所示的实验电路图，按照实验内容1给出的实验条件计算出二端口网络的传输参数A、B、C、D和R1、R2、R3的理论值。二、原理与说明1．对于无源线性二端口网络（图10-l）可以用网络参数来表征它的特征,这些参数只决定于二端口网络内的元件和结构，而与输入（激励）无关。网络参数确定后，两个端口处的电压电流关系即网络的特性方程就唯一的确定了。（1）若将二端口网络的输入端电流1.I和输出端电流2.I作自变量，电压1.U和2.U作因变量，则：2.221.212.2.121.111.IZIZUIZIZU式中Z11、Z12、Z21、Z22称为二端口网络的Z参数,它们具有阻抗的性质，分别表示为：0I1.1.112IUZ0I2.1.121IUZ0I1.2.212IUZ0I1.1.222IUZ10从上述Z参数的表达式可知，只要将二端口网络的输入端和输出端分别开路，测出其相应的电压和电流后，就可以确定网络的Z参数。当二端口网络为互易时，有Z12=Z21，因此四个参数中只有三个是独立的。（2）若将二端口网络的输出电压2