实验七----交流电路等效参数的测量

实验七交流电路等效参数的测量一、实验目的1.学习用交流电压表、交流电流表和功率表测量交流电路的等效参数2.熟练掌握功率表的接法和使用方法二、原理说明1.三表法测电路元件的参数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，如图7-1所示，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。根据交流电的欧姆定律，可以有阻抗的模│Z│＝Ｕ／Ｉ电路的功率因数cosφ＝Ｐ／UI等效电阻R＝Ｐ／I2＝│Z│cosφ等效电抗X＝│Z│sinφ对于感性元件X＝XL＝2πfL对于容性元件X＝Xc＝１／2πfC2.三表法测交流电路的等效参数如果被测对象不是一个单一元件，而是一个无源二端网络，也可以用三表法测出Ｕ、Ｉ、Ｐ后，由上述公式计算出Ｒ和Ｘ，但无法判定出电路的性质（即阻抗性质）。3.阻抗性质的判别方法阻抗性质的判别可以在被测电路元件两端并联或串联电容来实现。(1)并联电容判别法在被测电路Z两端并联可变容量的试验电容C′，如图7-2(a)所示，(b)图是(a)的等效电路，图中G、B为待测阻抗Z的等效电导和电纳，B′＝ωC′为并联电容C′的电纳。根据串接在电路中电流表示数的变化，可判定被测阻抗的性质。设并联电路中B＋B′＝B″，在端电压Ｕ不变的条件下：①若B′增大，B″也增大，电路中总电流I将单调地上升，故可判断B为容性元件；②若B′增大，B″先减小后再增大，总电流I也是先减小后上升，如图7-3所示，则可判断B为感性元件。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，电流将单调上升，与B为容性时的情况相同，并不能说明电路是感性的。因此判断电路性质的可靠条件为C′＜│2B│／ω(2)串联电容判别法在被测元件电路中串联一个适当容量的试验电容C′，在电源电压不变的情况下，根据被测阻抗的端电压的变化，可以判断电路阻抗的性质。若串联电容后被测阻抗的端电压单调下降，则判为容性；若端电压先上升后下降，则被测阻抗为感性，判定条件为C′＞１／ω│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。⑶相位关系测量法判断待测元件的性质，还可以利用单相相位表测量电路中电流、电压间的相位关系进行判断，若电流超前于电压，则电路为容性；电流滞后于电压，则电路为感性。4.功率表的使用一般单相功率表（又称为瓦特表）是一种动圈式仪表，它有两个测量线圈，一个是有两个量限的电流线圈，测量时应与负载串联；另一个是有三个量限的电压线圈，测量时应与负载并联。为了不使功率表的指针反向偏转，在电流线圈和电压线圈的一个端钮上都标有“*”标记。正确的连接方法是：必须将标有“*”标记的两个端钮接在电源的同一端，电流线圈的另一端接至负载端，电压线圈的另一端则接至负载的另一端。图7-4是功率表在电路中的连接线路和测试端钮的外部连接示意图。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1单相交流电源0～220V1RTDG-12交流电压表0～300V1RTT03-13交流电流表0～5A1RTT03-14单相功率表D34-W或其它1RTT045自耦调压器1RTDG-RTDG-116电感线圈40W日光灯配用镇流器1RTDG087电容器4.7μ/400V1RTDG078白炽灯40W/220V3RTDG07四、实验内容与步骤测试线路如图7-5所示，电源电压取自实验装置配电屏上的可调电压输出端，并经指导教师检查后，方可接通市电电源。1.测量单一元件的等效参数⑴分别将40W白炽灯(R)和4.7μF电容器(C)接入电路，用交流电压表监测将电源电压调到220伏，读出电流表和功率表的读数，数据记入表7-1中。⑵将调压器调回到零，断开电源；⑶将40W日光灯镇流器(L)接入电路，将电源电压从零调到电流表的示数为额定电流0.4A时为止。⑷读出电压表和功率表的读数，数据记入表7-1中。表7-1测量单一元件的等效参数被测阻抗测量值计算电路等效参数U(v)I(A)P(W)Cos(Ф)Z(Ω)sinФR(Ω)L(mH)C(µF)40W白炽灯//电容器C//电感线圈L/LC串联LC并联2.测量L、C串联与并联后的等效参数分别将元件L、C串联和并联后接入电路，在电感支路中串入电流表，调节输入电压时使IＬ＝0.4A，并将电压表和功率表的读数记入表7-1中。3.测量电路的阻抗性质在L、C串联和并联电路中，保持输入电压不变，并接不同数值的试验电容，测量电路中总电流的数值，根据电流的变化情况来判别LC串联和并联后阻抗的性质。数据记入表7-2中。表7-2测量电路的阻抗性质测量电路并联电容电路电流01µF2.2µF3.2µF4.7µF5.7µF6.9µF电路性质LC串联I（A）LC并联I’A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，必须严格遵守安全用电操作规程，不可用手直接触摸通电线路的裸露部分，以免触电。2.自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，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。3.功率表要正确接入电路，并且要有电压表和电流表监测，使两表的读数不超过功率表电压和电流的量限。4.在测量有电感线圈L0.4A。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？2.如何用串联电容的方法来判别阻抗的性质？试用I随Xc′（串联容抗）的变化关系作性分析，证明串联试验时，C′满足1/ωC′＜│2X│七、实验报告1.根据实验数据，完成各项数据表格的计算。2.回答预习思考题中的问题。3.总结功率表与自耦调压器的使用方法。4.心得体会及其他。