上海交通大学本科学位课程-电路实验-交流电路基本测量

交流电路基本测量实验目的实验原理实验仪器实验步骤实验报告要求实验现象实验结果分析实验相关知识实验标准报告实验目的1.学习并掌握常用交流仪表的使用方法。2.掌握测量交流元件参数的基本方法。3.掌握单相调压器的原理及使用方法。实验原理1.三表法（电压表、电流表、功率表）测量交流参数⑴电阻器、电容器参数的测量元件参数电路电阻器、电容器和电感线圈是交流电路中常用的元件。在低频时，如滑线电阻，其导线中的电感及匝间的分布电容可以忽略，看成纯电阻；电容的引线电感及介质损耗均可忽略，可以看作纯电容。图5.7.1测定二端元件参数电路AWVLN220V待测元件AXxa纯电阻器和电容器的测量电路见图5.7.1。相比较而言，由于电感线圈是可以等效成电感与电阻的串联。因此，其参数的测量稍有不同。在正弦稳态时，电阻的电压与电流同相位，关系为：电阻器吸收的平均功率为：根据上述电压、电流与功率的关系，通过图5.7.1的实验电路，可测定电阻器的阻值。URI=̇̇2PUIRI==190CIUjIjXICCωω=−=−=∠−°̇̇̇̇在正弦稳态时，电容的电压相量滞后电流相量90°,其电压与电流的关系为：(I、U读数为有效值)。电容器吸收的平均功率为零。通过图5.7.1电路可测得电容参数2ICfUπ=⑵电感线圈参数的测定在低频时，电感线圈的匝间分布电容可以忽略，它的等效参数由电感线圈的导线电阻和电感L组成：。通过图5.7.1电路可测得电压U、电流I及功率P后，经下列公式计算，可获取相应的电感线圈的参数。LLLLLZRjXZϕ=+=∠2222coscoscoscossin2LLLLLLLLLLLLLLLUZIPUIIZIIRPUIPRZIXZRZXXLfϕϕϕϕϕωπ===⋅⋅=====−===2.三电压表法测定电感线圈的参数将电感线圈与一个可变电阻器串联，其测量电路如图5.7.2所示。选取适当的电阻值，测出电压U、U1、U2，以及电流I的值。根据电路中各电压间的相量关系如图5.1.3所示，可求得:AV1V2V1RLRL相中(A)(X)(x)(a)220V图5.7.2三电压表法电路22212222212122222(cos)(sin)cos2coscos122LLLLLLLLLLLUUUUUUUUUUZIURZIXLZRffϕϕϕϕϕππ=++−−======−3.阻抗参数的测定与电抗性质的测定电阻器、电容器及电感线圈串联后，其复阻抗为：通过图5.7.1的电路测量，测得U、I、P的值，通过计算得到和X的值。电抗X的正负可根据XL和XC的大小决定。若XLXC，则复阻抗为感性，否则复阻抗为容性。()()LLCZRRjXXRjXZφ′=++−=+=∠R′实验仪器�电工实验台1台�自耦调压变压器1只�交流电流表1只�交流电压表3只�单相功率表1只�滑线电阻器1只�电感线圈1只�可调电容相1只电工实验台自耦调压变压器交流电流表交流电压表单相功率表滑线电阻器电感线圈可调电容箱实验步骤1.定值电阻器的测量用图5.7.1所示电路，测定电阻器的电阻值。调节自耦调压变压器的输出电压，使电流表的读数为0.50A、0.75A、1.0A时，测出U、P后，分别由R=U/I及R=U2/P计算出电阻的阻值，并加以比较。1.00.750.5R=U2/P/ΩR=U/I/ΩP/WU/VI/A2.测定电容器的电容值，并观察功率表有无读数调节自耦调压变压器的输出电压，使电压表的读数分别180V、200V、220V，测量I和P，计算电容器的电容值。220200180C/μFP/WI/AU/V3.测定电感器的电感量调节调压器的输出电压，使电流表的读数分别为0.50A、0.75A、1.0A时。测量U和P，计算电感器的阻抗值。1.00.750.5L/HrL/ΩP/WU/VI/A4.复阻抗的测定将任务1—3的负载（电阻器、电容器和电感器）串联后作为复阻抗，调节调压器的输出电压，使电流表的读数分别为0.50A、0.75A、1.0A，测量复阻抗的总功率、总电压、电阻器电压、电容器电压和电感器电压。1.00.750.5Z=R+jXUL/VUC/VUR/VU/VP/WI/A5.用三电压表法测量电感器的电感量按图5.7.2接线（电感器内的铁芯位置与任务3一致），调节调压器使电流表的读数分别为0.5A、0.75A、1.0A时测量调压器输出电压U、电阻器电压U1和电感器电压U2。1.00.750.5L/HR/ΩU2/VU1/VU/VI/A实验报告要求1.计算电阻器阻值、电容器的电容量、电感器的内阻和电感量、复阻抗的阻抗值。2.根据任务4测量所得的数，画出U、UR、UC、UL与I的相量图。实验现象1.当负载为电阻、电感和复阻抗时，随着电流增大，功率表的读数增大。2.当负载为电容时，功率表的读数为零。实验结果分析1.在用三表法测量的负载的交流参数时，是否可用功率因数表代替功率表？为什么？答：可以用功率因数表代替功率表，因为2.除本实验任务4的方法外，还可以用什么方法测定负载的性质？如有，请详细说明。答：可以用并联适当电容的方法测定负载的性质。并联电容后总电流减小，则负载为感性；总电流增大，则负载为容性。cosPUIϕ=实验相关知识�预习知识及要求�相关知识点�注意事项预习要求1.掌握阻抗、阻抗角及相位差的概念2.预习交流电流表、交流电压表、单相功率表及自耦变压器的使用方法。相关知识点电阻及其交流参数电感及其交流参数电容及其交流参数电路的交流参数电路中的功率注意事项1.分清电源的相线和中线。2.电源合上前，必须将调压器的输出调至零位，可调电容箱的电容量至零。通电后，从零开始增加输出电压；使用完毕后，先将输出电压调至零位，然后断开电源。3.实验过程中，电感器内的铁芯位置应保持不变。4.严禁带电改接线路。5.实验时，身体的任何部位，不能接触金属裸露部分，以免造成伤害事故。实验标准报告一、实验目的1.学习并掌握常用交流仪表的使用方法。2.掌握测量交流元件参数的基本方法。3.掌握单相调压器的原理及使用方法。二、实验内容1.用三电表法测量定阻电阻的交流参数。2.用三电表法测量电容的交流参数。3.用三电表法测量电感线圈的交流参数。4.用三电表法测量复阻抗的交流参数，并判断阻抗性质。5.用三电压表法测量电感线圈的内阻和电感量。三、实验仪器电工实验台1台单相调压器1只交流电流表1只交流电压表1只单相功率表1只滑线电阻器1只电感线圈1只可调电容相1只四、实验用详细电路图1．三电表法测量电路AWVLN220VAXxa2.三电压表法测量电路A1V2VVRLRLLNAXxa五、实验原理及计算公式1．电阻：在正弦稳态时，电阻的电压与电流同相位，关系为：。电阻器吸收的平均功率为：URI=̇̇2PUIRI==2．电容：在正弦稳态时，电容的电压相量滞后电流相量90°，其电压与电流的关系为：(I、U读数为有效值)。电容器吸收的平均功率为零，因此。190CIUjIjXICCωω=−=−=∠−°̇̇̇̇2ICfUπ=3.电感：在低频时，电感线圈的匝间分布电容可以忽略，它的等效参数由电感线圈的导线电阻和电感L组成：。经下列公式计算，可获取相应的电感线圈的参数。LLLLLZRjXZϕ=+=∠2222coscoscoscossin2LLLLLLLLLLLLLLLUZIPUIIZIIRPUIPRZIXZRZXXLfϕϕϕϕϕωπ===⋅⋅=====−===4．三电压表法测量电感线圈参数22212222212122222(cos)(sin)cos2coscos122LLLLLLLLLLLUUUUUUUUUUZIURZIXLZRffϕϕϕϕϕππ=++−−======−5．阻抗参数的测定与电抗性质的测定电阻器、电容器及电感线圈串联后，其复阻抗为：通过计算得到和X的值。电抗X的正负可根据XL和XC的大小决定。若XLXC，则复阻抗为感性，否则复阻抗为容性。()()LLCZRRjXXRjXZφ′=++−=+=∠R′六、实验数据记录表5.7.1定值电阻器的测量URI=2URP=103.8102.9102102.91.0102.9102.757.6770.75102.4102.825.851.40.5/Ω/ΩP/WU/VI/A表5.7.2电容器测量μF12.072.80.83422012.152.20.76320012.152.00.687180C/P/WI/AU/V表5.7.3电感器的测量0.3812.812.8120.81.00.3413.87.8820.750.31514.03.5500.5L/HRL/ΩP/WU/VI/A表5.7.4复阻抗的测量ZRjX=+103－j138.1117.0253.098.0181.21031.0113.2－j138.388.0189.069.8134.863.80.75112.8－j119.348.5126.037.082.828.20.5UL/VUC/VUR/VU/VP/WI/AIU1U2URL表5.7.5三电压表法测量电感器的电感量0.38612.2122981641.0L/HRL/ΩU2/VU1/VU/VI/A七、实验结果计算：三电表法测量交流参数：1．电阻值：102.9/Ω（平均值）2．电容容量：12.12/μF（平均值）3．电感线圈：内阻：13.5/Ω电感：0.345/H三电压表法测量电感受线圈参数：内阻：13.8/Ω电感：0.386H八、实验结果分析1．复阻抗性质判断：因为电容的容抗大于电感感抗所以电阻、电容和电感串联后复阻抗呈容性。2．用三电表法和三电压表法测得的电感内阻和电感的电感量基本一致。为了减小误差，测量时应保持电感内铁芯的位置不变。