电工电子实验1第五次.ppt

电工电子实验（1）第五次课,串联谐振电路P68 互感和变压器参数测量P74,一、串联谐振电路P68,右图是RLC串联电路的频域表示。VS是正弦交流电压，作为电源的负载阻抗 Z=R+jL1/(C)，它是角频率的函数。其中 R=Rt+Rr，Rr为电感的等效电阻。,回路电流 I 与输入信号的频率关系曲线称为串联谐振特性曲线，如图下图所示。,可见，回路电流 I 随输入信号频率的改变而变化。RLC串联电路谐振时（=0），I 达到最大值 I =I0，且与输入电压同相。此时的频率f0称为谐振频率。,对应 I= 0.707I0的频率称为半功率点频率，分别为f1 ，f2 。半功率点的电压与电流相位差为45,串联谐振电路原理,电路串联谐振时有如下特点： 1感抗等于容抗： XL0XC0=0 2谐振频率： 0=1 / f0=1/(2 ) 3等效阻抗最小且为纯电阻： Z0=R=Rt+Rr 4回路电流最大： I0=VS/R 5L和C上的电压： VC0=VL0=QVS 6电路Q值： Q = 0L/R = 1/(0RC) = /R= f0 / (f2f1) 7通频带： B = f2f1 = f0 / Q = R / (2L),串联谐振电路原理,1、测量谐振频率f0: 调整信号源频率，根据谐振时回路电流最大，即电阻Rt上电压VRt最大，找出谐振频率f0。即：,正弦波,监测VS=1V,测量接线图一,调整信号源频率时一方面注意观察毫伏表读数是否为最大值，同时注意保持（调信号源电压幅度）示波器读数VSPP=2.8V。,串联谐振电路测量,2、测量谐振频率f 0和电阻Rt的电压VRt0 : 调整信号源频率，根据谐振时回路电流与输入电压同相，找出谐振频率f 0。即：,正弦波,监测VS=1V,测量接线图二,连接示波器CH2。调整信号源频率时一方面注意观察示波器显示的两路正弦波是否同相，同时注意保持示波器读数VSPP=2.8V。两条件同时满足时，信号发生器的频率即为f 0 ，毫伏表的读数即为VRt0 。,串联谐振电路测量,正弦波,监测VS=1V,测量接线图三,3、测量谐振时电容C的电压VC0:,将测量接线图二改接三根连线（如测量接线图三中绿线），毫伏表的读数即为VC0 (注意：毫伏表需换档) 。,串联谐振电路测量,4、测量谐振时电感L的电压VL0:,正弦波,监测VS=1V,测量接线图四,将测量接线图三改接两根连线（如测量接线图四中紫线），毫伏表的读数即为VL0 。,串联谐振电路测量,5、测量半功率点频率 f1 和 f2 : 恢复测量接线图二，降低信号源频率（小于f0 ），一方面使示波器显示的两路正弦波相位差为45，同时注意保持示波器读数VSPP=2.8V。两条件同时满足时，信号发生器的频率即为f1 ，(此时毫伏表的读数应为0.707VRt0 ) 。 升高信号源频率（大于f0 ），一方面使示波器显示的两路正弦波相位差为45，同时注意保持示波器读数VSPP=2.8V。两条件同时满足时，信号发生器的频率即为f 2 ，(此时毫伏表的读数应为0.707VRt0 )。,串联谐振电路测量,6、验证Q值： 根据教材P70表2-11-1中两个Q值的计算公式，将前面相关实测数据代入公式计算Q值，理论上两个Q值应相等。若误差大于10%，应考虑前面的测量数据可能有误，应分析出错的原因并重测数据。,串联谐振电路测量,Q = f0 /(f2f1),7、测量并记录表2-11-1各频率下的VRt： 接线如测量接线图二，在2kHz 20kHz频率范围内从低到高依次改变频率，用毫伏表测量并记录各频率下的VRt ，计算 I 值。 为了保证测量数据有效，每次改变信号源频率后都需重调信号源输出电压幅度，使示波器读数VSPP=2.8V。,串联谐振电路测量,实 验 思 考 题,2.串联谐振时，Vrto为什么不等于Vs ?,答：理论上是相等的，但是实际上不是，原因是电感上的绕线电阻与串联电路相比不可忽略，绕线电阻分压了。,实 验 思 考 题,3.分析电路中R 的大小对Q 值的影响。Q值的大小对通频带B 及If串联谐振曲线形状的影响。,答：R增大：不影响fo；Q变小；B变宽； If串联谐振曲线变矮胖。 R减小：不影响fo；Q变大；B变窄； If串联谐振曲线变瘦高。,实 验 思 考 题,4.可以根据半功率点Vrt=0.707Vrto的结论，用交流毫伏表测量电压的方法确定半功率点的频率。简要叙述测试方法。,答：调节频率，保证Vs=1V，找到Vrt=0.707Vrto的两个半功率点。,实 验 思 考 题,5.用一只标准电容器，运用谐振原理设计测试未知电感的方案。画出测试电路，简要说明测试原理。,答：调整信号源，使电路产生谐振。当电路谐振时有oL=1/(oC)，根据此公式可求出L,实 验 思 考 题,6.带通电路，设R、L、C均为理想元件， 已知：R的值，谐振点频率fo，两个半功率点频率 f1， f2， 求：L和C的值。,答：由 Q=oL/R=1/(oRC)=/R=fo/(f2f1) 得 Q值 L=QR/0 C=1/Q0R 注意：= 2f,实 验 报 告 要 求,实验名称； 实验目的； 实验仪表（应写明具体型号）； 实验原理及实验电路图； 实验数据：整理各项测试内容的实验数据和串联谐振曲线，分析实验结果和误差原因； 实验小结：总结实验的情况，实验的收获和体会。,实 验 原 理,图2-13-1是电路图。电路中的互感线圈是个空芯变压器。L1，L2分别是初次级的电感量。R1，R2是对应电感的等效电阻，M 是L1，L2之间的互感。,互感线圈,二、互感和变压器参数测量P74,如何判断互感线圈的好坏？,答：方法是用万用表测一下，有一定阻值的是正常的。,什么叫同名端？,答：同名端顾名思义,指线圈绕法相同的一对端钮；起的作用相同的一对端钮：当线圈电流同时流入(或流出)该对端钮时，各线圈中产生的磁通方向一致的这对端钮。,名词解释：,1.详细说明判断变压器同名端（用交流电压）所依据的原理。,预习要求：,答： （1）若V13=V12+V34，则为顺接，1、4为同名端；因为构成了一个回路，三者肯定应该满足KVL。,答：（2）若V13=V12-V34，则为反接，1、3为同名端。,预习要求：,2.在实验步骤（二）中，如果把信号源的频率改为200kHz，能否测得正确的N值？为什么？,预习要求：,答：不同的变压器有不同的导磁材料，是有一定频率范围的，实验中所使用的导磁材料频率是音频即：2K20KHz之间。所以，如把信号源的频率改为200KHz超出了导磁材料的频率，是不行的，原因是磁柱交换太快会导致变压器发热从而损坏器件。,预习要求：,3.在实验步骤（二）中，为什么要把VR改为0.1N(V)？,答：为保证相同的测试条件，变压器的原边和负边由磁柱构成，要保持磁通量，由安匝数确定，安培匝数要相同。,4.按照测量要求，准备好数据表格。,实 验 原 理,若在1、2端加一正弦交流电压V1，则有 Z1 = V1/I1 (2-13-1) L1 = / (2-13-2) M = V2/(I1) (2-13-3) 同理，将电压加于3、4端有 Z2 = V2/I2 (2-13-4) L2 = / (2-13-5) M = V1/(I2) (2-13-6) 在所加电压频率不很高时，可将万用表测得的线圈直流电阻近似地看成R1或R2，这样就可求得L1，L2，M及耦合系数K=M / 。,实 验 原 理,如图2-13-2所示铁芯变压器电路，N1、N2分别是初、次级线圈匝数。V1、V2分别是初、次级线圈电压的有效值。,铁芯变压器,实 验 原 理,1初、次级的参数有关系 N1 / N2 = V1 / V2 = I2 / I1 = N 2图2.13.2电路，若在1、2端加上一个直流电源(1端为正，2端为负)，接通瞬间，初级线圈N1中将有从1流向2的电流建立，该电流形成的磁通会使次级线圈N2产生感应电压V2，若V2电压是3端为正，4端为负，则称1、3端或2、4端为同名端。,实 验 原 理,3、若将2、4端短路连接，1、2端加正弦交流电压，用毫伏表分别测出V12，V34和1、3端的电压V13(如图2-13-7所示)。根据这三个电压值亦可判断出变压器的同名端。,根据KVL： 若1、3端为同名端，必有: V12 =V13 + V34 若1、4端为同名端，必有: V13 =V12 + V34 注：毫伏表测量时区分不了极性，可人为设定极性。,（1）用万用表适当的电阻档分别测量L1和L2的直流电阻： R1=_，R2=_。,互感线圈参数的测量和计算,（2）电路如图2-13-3连接，图中Vs是正弦电压，f =4kHz、R =1k，令VR =1V（有效值）。测量： V12=_V， V34 =_V。 由式(2-13-2)计算 L1 =_mH， 由式(2-13-3)计算 M =_mH。,测VR,Z1 = V1/I1 (2-13-1) L1 = / (2-13-2) M = V2/(I1) (2-13-3),实 验 步 骤,（2）电路如图2-13-3连接，图中Vs是正弦电压，f =4kHz、R =1k，令VR =1V（有效值）。测量： V12=_V， V34 =_V。 由式(2-13-2)计算 L1 =_mH， 由式(2-13-3)计算 M =_mH。,测V12,测V34,注：尖头所指为红夹子，另一同色线为黑夹子。,实 验 步 骤,（3) 电路如图2-13-4连接，图中Vs是正弦电压，f =4kHz、R =1k，令VR =1V（有效值）。测量： V12=_V， V34 =_V。 由式(2-13-5)计算 L2 =_mH， 由式(2-13-6)计算 M =_mH。,测VR,测V12,测V34,（1）测量铁芯变压器的变比N ： 1) 电路按图2-13-5连接，图中VS是正弦电压，f =1kHz、R =1k，令VR =0.1V（有效值）。测量： V12=_V，V34=_V。 计算N =V12 / V34=_ 。,铁芯变压器参数的测量和计算,测VR,测V12,测V34,实 验 步 骤,2) 电路按图2-13-6连接，图中Vs是正弦电压， f =1kHz、R =1k，令VR=0.1（有效值）N V。测量： V12=_V， V34 =_V。 计算N =V12/V34=_ 。应有N =N 。,测VR,测V12,测V34,实 验 步 骤,（2）判断铁芯变压器的同名端： 1)电路按图2-13-7连接，图中VS是正弦电压，f =1kHz、R =1k，令VR=0.1V（有效值）。测量： V12=_V，V34=_V，V13=_V。 据此判断_端和_端或_端和_端是同名端。,测V13,测V12,测V34,增加,测VR,实 验 步 骤,2)电路按图2-13-8连接： 万用表2置50A直流电流档，红表棒接变压器“3”端，黑表棒接变压器“4”端。 万用表1置R1档，红表棒接变压器“2”端。黑表棒碰上变压器“1”端时表2指针_向偏转，取下时表2指针_向偏转。据此判断_端和_端或_端和_端是同名端。,灵敏度高，便于观察,电流最大，感应电势大,实 验 思 考 题,1.测量铁芯变压器参数时，为什么输入电压不宜太