电工技术实验讲义1.doc

电工技术实验讲义王兆敏 编徐州工程学院物理实验中心2010年10月稿电工技术实验室安全制度目 录实验一 基尔霍夫定律及电位、电压关系的验证1实验二 叠加原理和等效电源定理5实验三 戴维南定理和电源等效变换定理的研究10实验四 二阶动态电路暂态过程的研究13实验五 交流电路频率特性的测定15实验六 日光灯电路和功率因数的提高19实验七 正弦稳态交流电路相量的研究22实验八 三相交流电路25实验九 三相功率的测量 28实验十 单相变压器31实验十一 三相变压器同名端的判定与标注34实验十二 三相异步电动机的基本控制35实验十三 三相异步电动机的顺序控制38实验十四 数字万用表设计性实验3945实验一 基尔霍夫定律及电位、电压关系的验证一、实验目的1、验证基尔霍夫电流定律和电压定律，巩固所学的理论知识。2、学习电位的测量方法，加深对电位、电压概念的理解。二、实验原理基尔霍夫定律是电路的基本定律。它包括基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。1基尔霍夫电流定律对电路中的任一节点，各支路电流的代数和等于零，即。此定律阐述了电路任一节点上各支路电流间的约束关系，且这种约束关系与各支路元件的性质无关，无论元件是线性的或非线性的、含源的或无源的、时变的或非时变的。2基尔霍夫电压定律对任何一个闭合电路，沿闭合回路的电压降的代数和为零，即。此定律阐述了任一闭合电路中各电压间的约束关系，这种关系仅与电路结构有关，而与构成电路的元件性质无关，无论元件是线性的或非线性的、含源的或无源的、时变的或非时变的。 3参考方向KCL、KVL表达式中的电流和电压都是代数量，除具有大小外，还有方向，其方向以量值的正负表示。通常，在电路中要先假定某方向为电流和电压的参考方向。当它们的实际方向与参考方向相同时，取值为正；相反时，取值为负。4电位参考点测量电位首先要选择电位参考点，电路中某点的电位就是该点与参考点之间的电压。电位参考点的选择是任意的，且电路中各点的电位值随所选电位参考点的不同而变，但任意两点间的电位差即电压不因参考点的改变而变化。所以，电位具有相对性，而电压具有绝对性。三、实验仪器和设备1双路直流稳压电源 1台 2直流毫安表 1块 3直流电压表 1块 4直流电路单元板 1块 5导线若干四、预习要求1复习基尔霍夫定律，根据本次实验电路的参数，估算出待测电流、电压。2复习电位、电压的概念及其计算方法，根据本次实验电路的参数，估算出不同参考点时的待测电位值及电压。五、实验内容及步骤1验证基尔霍夫电流定律（KCL）本实验通过直流电路单元板进行。按图1.1接好线路。在接入电源US1、US2之前，应将直流稳压电源输出“细调”旋钮调至最小位置，然后打开电源开关，调整输出“细调”旋钮，使直流稳压电源两路输出分别为US1 = 10V，US2 = 18V，然后将US1和US2接到电路上。图中X1-X2、X3-X4、X5-X6分别为节点B的三条支路电流测量接口。测量某支路电流时，将电流表的两支表笔插入该支路接口上，并将另两个接口用导线短接。实验前先设定三条支路电流的参考方向，可假定流入节点的电流为正（反之亦可），并将表笔负极接在靠近节点的接口上，表笔正极接在远离节点的接口上。若测量时指针正向偏转，则为正值；若反向偏转，则调换表笔正负极，重新读数，其值取负。将测量结果填入表1.1。注：图中X1-X2、X3-X4、X5-X6若为电流插口时，可将电流插头的两个接头与电流表接好，然后再将其插入电流插口，即可从电流表上读数。2 验证基尔霍夫电压定律（KVL）实验电路同图1.1，用导线将三个电流接口短接。取回路ABEFA和回路BCDEB，用电压表依次测量两个回路中的各支路电压UAB、UBE、UEF、UFA和UBC、UCD、UDE、UEB, 将测量结果填入表1.2中。测量时，可选顺时针绕行方向为正方向，并注意电压表的指针偏转方向及取值的正、负。如测量电压UAB，将“正”表笔接在A点，“负”表笔接在B点。若指针正向偏转，则取值为正；若指针反向偏转，则应调换表笔，重新读数，其值取负。3电位、电压的测量实验电路同图1.1，分别以电路的D点、F点为参考点，测量电路中的A、B、C、D、E、F各点电位，将测量结果填入表1.3中。测电位时，应将电压表的“正”表笔接在被测点，“负”表笔接在电位参考点上。若指针正向偏转，则取值为正；若指针反向偏转，则应调换表笔，重新读数，其值取负。测量上述每两点间的电压UAB、UBC、UCD、UBE、UDE、UEF、UFA、UAD，将测量结果填入表1.4中。根据以D、F点为参考点而测量的电位值，分别计算上述电压值，将计算结果也填入表1.4中。FBA510R5330R21kR4510R1510R3+US110V+US218VS1S2EDCI1I2I3图1.1 基尔霍夫定律及电位、电压关系的验证实验电路X1X2X3X4X5X6表1.1计算值测量值I1（mA）I2（mA）I3（mA）I表1.2 单位：伏特UABUBEUEFUFAUUBCUCDUDEUEBU计算值测量值表1.3电位参考点UAUBUCUDUEUFDF表1.4电位参考点UABUBCUCDUBEUEDUFEUAFUAD测量D（计算）F（计算）六、实验报告要求1写明本次实验所用仪器仪表的型号、规格及量程。2利用表1.1和表1.2中的测量结果验证KCL、KVL定律。3根据表1.3和表1.4中的数据，总结电位和电压的关系，分析参考点对电位和电压的影响。实验二 叠加原理和等效电源定理一、实验目的1 验证叠加原理和戴维宁定理。2 熟悉电路的开路和短路情况，掌握测量等效电动势与等效内阻的方法。二、实验原理1叠加定理在线性电路中，有多个电源同时作用时，任一支路的电流或电压都是电路中每个独立电源单独作用时在该支路中所产生的电流或电压的代数和。2等效电源定理任何一个线性有源二端网络，总可以用一个理想电压源和一个等效电阻相串联来代替，其理想电压源的电压等于该网络的开路电压Uoc，等效内阻等于该网络中所有独立源为零时的等效电阻R0。(1) 开路电压的测试方法 一般情况下，把外电路断开，选万用表电压档测其两端电压值，即为开路电压。若电压表内阻远大于被测网络的等效电阻，其测量结果相当精确。若电压表内阻较小，则误差很大，必须采用补偿法。补偿法：如图2.1所示，外加Us和R构成补偿电路，调节R的值，使检测计G指示为零，此时电压表指示的电压值即为开路电压Uoc。（2）等效电阻R0 (内阻)的测试方法用欧姆表测：若电源能与其内阻分开，则可将电源除去后用欧姆表测出电阻值。若电源与其内阻分不开(如干电池)就不能用此法。测量网络两端的开路电压Uoc及短路电流Is。按R0=Uoc/Is计算出等效电阻。此法适用于网络两端可以被短路的情况。(建议该实验用此方法测R0)。外加电压U0，测其端电流I，按R0 = U0I计算，用这种方法时，应先将有源二端网络的电源除去，若不能除去电源，或者网络不允许外加电源，则不能用此法。测量开路电压Uoc及有载电压Uo，如图2.2所示，按计算，若采用一个精密电阻，则此法精度也较高。这种方法适用面广，例如用于测量放大器的输出电阻。GVUs图2.1 补偿法测开路电压AR被测电路VABK被测电路图2.2 等效电阻的测量RL三、实验仪器和设备1. 双路直流稳压电源 1台2. 直流毫安表 1块3. 直流电压表 1块4. 直流电路单元板 1块5. 可调电阻 1只6. 导线 若干四、预习要求1复习叠加原理和等效电源定理。2根据实验电路的参数，计算各支路电流和从C、D两端断开的二端网络的等效电源参数。五、实验内容及步骤1验证叠加原理本实验在直流电路单元板上进行。按图2.3接好线路，US1、US2由直流稳压电源供给，其中US1 = 14V，US2 = 18V。US1、US2是否作用于电路，分别由换路开关S1、S2控制，当开关投向短路一侧时，该电源不作用于电路。（1）接通电源US1，将S2投向短路侧，测量US1单独作用时各支路电流和电压（测量方法可参考实验一中电流和电压的测量），将测量结果填入表2.1和表2.2。测量中注意电流和电压的方向。（2）将S1投向短路侧，接通电源US2，测量US2单独作用时各支路电流和电压，将测量结果填入表2.1和表2.2。（3）接通电源US1和US2，测量US1和US2共同作用下各支路电流和电压，将测量结果填入表2.1和表2.2。FBA510R5330R21kR4510R1510R3+US110V+US218VS1S2EDCI1I2I3图2.3 叠加原理实验电路X1X2X3X4X5X6表2.1电源电流（mA）US1单独作用US2单独作用US1和US2单独作用I1I2I3验证叠加原理表2.2 电源电压（V）US1单独作用US2单独作用US1和US2单独作用U1U2U3验证叠加原理2测量有源二端网络的外部伏安特性本实验仍在直流电路单元板上进行。按图2.4接线，即将图2.3中的 US2去掉，改接RL，并使US1 = 25V，选择C、D两端左侧为有源二端网络。调节有源二端网络外接电阻RL的数值，使其分别为表2.3中所示数值。测量通过R2（即RL）的电流和RL两端电压，将测量结果填入表2.3中。其中，RL = 0时的电流为短路电流IS，RL =时的电压为开路电压UOC。FBA510R5330R21kR4510R1510R3+US110V+RLUS1S2EDCI1I2I3图2.4 等效电源定理实验电路表2.3RL（）05001K1.5K2KI（mA）U（V）3测量等效电源的参数根据步骤2.的测量结果，开路电压UOC = V，短路电流IS = mA，则二端网络的等效电源电压U0 = V，内阻R0 = 。4验证等效电源定理用步骤3.中的等效电源参数U0、R0代替二端网络，计算负载RL不同阻值情况下的I、U值，填入表2.4中。表2.4RL（）05001K1.5K2KI（mA）U（V）六、实验报告要求1. 完成表2.1和表2.2中的计算，验证叠加原理。2. 比较二端网络和等效电源分别作用时，负载RL两端的电压及电流值，即对比表2.3和表2.4中的数据，验证戴维宁定理。3. 能否用叠加原理计算或测量各元件的功率？为什么？4若将图2.3 中的电阻R5换成半导体二极管，能否用叠加原理计算或测量各元件的电流与电压？为什么？实验三 戴维南定理和电源等效变换定理的研究一、实验目的 1进一步掌握戴维南定理和有源二端网络等效参数的测量方法。 2研究电源等效变换的条件。3进一步熟悉直流电压源、直流电流源、直流电压表和电流表的使用。二、实验设备和仪器 实验箱(EEL-51)(EEL-53)、恒压源、恒流源、直流电压表、直流电流表三、实验内容 1戴维南定理的研究由实验箱EEL-53中的戴维南定理实验电路（图2-1）连接电路，恒压源Us=12V，恒流源Is=20mA。测量该有源二端网络的外特性，负载电阻RL在100-990之间变化，测量RL上的电压U和电流I，填入表2-1中。表2-1RL()990900800700600500400300200100U(V)I(mA)测量有源二端网络的开路电压UO和等效内阻RO。由E0=U0和R0相串联构成一个等效电压源，接入负载RL（100-990）测量其外特性，既测量RL上的电压U和电流I。与原有源二端网络进行比较。填入表2-2中。表2-2RL()990900800700600500400300200100U(V)I(mA)2电压源与电流源等效变换条件的研究测量电压源（Es=6V，R0=510）外接负载RL=200时，电路中的电流IL和负载上电压UL。组成一个电流源（Is可调节，并联电阻R0=510）外接负载RL=200，调节Is使负载中的电流IL和电压UL等于电压源中测量的负载中的电流IL和电压UL，判别Is的值是否满足等效变换的条件。四、实验注意事项1测量直流电压和直流电流时一定要注意极性的连接和量程的选择，及读数“+”、“-”值的含义。2恒流源的负载不可开路。3改接线路时要关掉电源。4测量有源二端网络的等效内阻时，恒流源要开路，并将恒压源除去。除去恒压源时，应先将实验台上的恒压源去掉后，再将实验箱上线路图中的恒压源的输入端短接，且不可带着恒压源直接短接恒压源。五、预习思考题 1电压源和电流源等效变换的条件是什么？恒压源和恒流源能否等效变换，为什么？2如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流？如何测量有源二端网络的等效内阻R0？六、实验报告要求 1预习报告内容的要求：实验目的、实验设备（写出具体实验箱的型号和测量仪表的型号）、实验内容及步骤、根据实验内容，具体画出线路及实验参数，计算结果，以及设计出测量用的记录表格。2总结报告内容的要求：除预习报告内容之外，再增加数据的误差分析或曲线比较，理论分析，故障分析和心得体会。实验四 二阶动态电路暂态过程的研究一、实验目的1 学习使用示波器观察和分析RLC串联电路与矩形脉冲接通的暂态过程。2 观察二阶电路的三种过渡状态，即非振荡、振荡和临界状态。利用波形，计算二阶电路暂态过程的有关参数。二、预习要求1学习电路教材中的相应内容。2学习实验指导书或实验光盘中有关示波器、函数信号发生器等仪器设备使用方面的知识。3预习本次实验内容。三、实验仪器SG1645型函数信号发生器SS-7802A型示波器十进制电感箱、十进制电容箱、电阻箱四、实验任务1 调节信号源并用示波器观察，使之输出方波。幅值4V，频率。2将R、L、C串联电路接至信号源，根据接线画出实际的电路图。调定电感箱电感L（一般取400mH）、电容箱电容C和电阻箱电阻R，使，用示波器观察的波形及非振荡状态的、的波形并依次用坐标纸绘出。必备知识：当时，电路处于非振荡状态，也称为过阻尼状态；当时，电路处于振荡状态，也称为欠阻尼状态；当时，电路处于临界状态。提示：电路图中R、L、C为可调阻抗。绘坐标图时，绘出1.5 2个周期的波形即可。在波形图旁标出R、L、C的取值。2 调定电感箱电感L（一般取400mH）、电容箱电容C和电阻箱电阻R，使使用示波器观察振荡状态的、的波形，尽量使振荡频率高一些，即在T时间内振荡次数n较多，绘出此时、的波形。固定电感和电容值，在保证电路一直处于振荡的前提下，调节电阻值，用示波器进行观察，再绘出两种的波形。比较三种情况下的波形，对于每种情况，记录对应的参数，计算衰减系数和振荡频率（按公式及分别计算的值）。对观测结果和计算结果进行讨论。必备知识：当时，衰减系数，是在情况下的振荡角频率，称为无阻尼振荡电路的固有角频率。在时，R、L、C串联电路的固有振荡角频率将随的增加而下降。振荡角频率可以通过示波器观测电容电压的波形求得。，式中为周期时间内振荡的次数。提示：在实验的操作中，为了看到比较明显的振荡波形，电容C的值应取一个较小的值，如0.001，并在观察示波器的同时适当调节电阻R的值。四、实验报告要求1应包括实验内容中的所有要求。2对实验中出现的一些问题进行讨论。3自己组织内容的顺序，参考相应的资料，充实进自己的内容，使之成为具有自己见解的报告，并避免与其他同学雷同。实验五 交流电路频率特性的测定一实验目的1研究电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定它们随频率变化的特性曲线；2学会测定交流电路频率特性的方法；3了解滤波器的原理和基本电路；4学习使用信号源、频率计和交流毫伏表。二原理说明1单个元件阻抗与频率的关系对于电阻元件，根据，其中，电阻R与频率无关；对于电感元件，根据，其中，感抗XL与频率成正比；对于电容元件，根据，其中，容抗XC与频率成反比。测量元件阻抗频率特性的电路如图61所示，图中的r是提供测量回路电流用的标准电阻，流过被测元件的电流（IR、IL、IC）则可由r两端的电压U除以r阻值所得，又根据上述三个公式，用被测元件的电流除对应的元件电压，便可得到R、XL和XC的数值。2交流电路的频率特性由于交流电路中感抗XL和容抗XC均与频率有关，因而，输入电压（或称激励信号）在大小不变的情况下，改变频率大小，电路电流和各元件电压（或称响应信号）也会发生变化。这种电路响应随激励频率变化的特性称为频率特性。若电路的激励信号为（），响应信号为R（），则频率特性函数为式中，A（）为响应信号与激励信号的大小之比，是的函数，称为幅频特性；（）为响应信号与激励信号的相位差角，也是的函数，称为相频特性。在本实验中，研究几个典型电路的幅频特性，如图6所示，其中，图（）在高频时有响应（即有输出），称为高通滤波器，图（）在低频时有响应（即有输出），称为为低通滤波器，图中对应A0707的频率C称为截止频率，在本实验中用RC网络组成的高通滤波器和低通滤波器，它们的截止频率C均为12RC。图（）在一个频带范围内有响应（即有输出），称为带通滤波器，图中C1称为下限截止频率，C2称为上限截止频率，通频带BWC2C1。三实验设备信号源（含频率计）交流数字毫伏表23组件（含电阻、电感、电容）或52组件四实验内容测量、元件的阻抗频率特性实验电路如图61所示，图中：300，R1，L15H，C0.01F。选择信号源正弦波输出作为输入电压，调节信号源输出电压幅值，并用交流毫伏表测量，使输入电压的有效值，并保持不变。用导线分别接通、三个元件，调节信号源的输出频率，从kHz逐渐增至KHz（用频率计测量），用交流毫伏表分别测量R、L、C和r，将实验数据记入表61中。并通过计算得到各频率点的R、XL和XC。表61 、元件的阻抗频率特性实验数据频 率f(KHz)125101520R(k)Ur(V)IR(mA)=Ur/rUR(V)R=UR/IRXL(k)Ur(V)IL(mA)=Ur/rUL(V)XL=UL/ILXC(K)Ur(V)Ic(mA)=Ur/rUC(V)Xc=UC/Ic2高通滤波器频率特性实验电路如图63所示，图中：R1，C0.022F。用信号源输出正弦波电压作为电路的激励信号（即输入电压），调节信号源正弦波输出电压幅值，并用交流毫伏表测量，使激励信号的有效值，并保持不变。调节信号源的输出频率，从kHz逐渐增至KHz（用频率计测量），用交流毫伏表测量响应信号（即输出电压）R，将实验数据记入表62中。表62 频率特性实验数据。 f(Hz)1368 10 15 20UR(V)UC(V)UO(V)3低通滤波器频率特性实验电路和步骤同实验2，只是响应信号（即输出电压）取自电容两端电压C，将实验数据记入表62中。4带通滤波器频率特性实验电路如图64所示，图中： R1，L15H，C0.1F。实验步骤同实验2，响应信号（即输出电压）取自电阻两端电压O，将实验数据记入表62中。五实验注意事项交流毫伏表属于高阻抗电表，测量前必须先调零。六预习与思考题1如何用交流毫伏表测量电阻R、感抗XL和容抗XC？它们的大小和频率有何关系？2什么是频率特性？高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器的幅频特性有何特点？如何测量？七实验报告要求1根据表61实验数据，在方格纸上绘制、XL、XC与频率关系的特性曲线，并分析它们和频率的关系。2根据表61实验数据，定性画出、串联电路的阻抗与频率关系的特性曲 线，并分析阻抗和频率的关系。3根据表62实验数据，在方格纸上绘制高通滤波器和低通滤波器的幅频特性曲线，从曲线上：（1）求得截止频率C，并与计算值相比较；（2）说明它们各具有什么特点。4根据表62实验数据，在方格纸上绘制带通滤波器的幅频特性曲线，从曲线上求得截止频率C1和C2，并计算通频带BW。实验六 日光灯电路和功率因数的提高一、实验目的1. 进步理解交流电路中电压、电流的相量关系。2. 进一步理解感性负载电路提高功率因数的意义和方法。3. 熟悉日光灯的工作原理，学会联接日光灯电路。4. 学习交流电压表、电流表、功率表的使用。二、实验原理1日光灯电路及工作原理日光灯电路由日光灯灯管、镇流器、启动器等元件组成。电路如图3.1所示。镇流器灯管启动器FUS220V图3.1 日光灯电路URLRLXL图3.2 日光灯等效电路RUUR日光灯管的内壁涂有一层荧光粉，灯管两端各有一组灯丝，灯丝上涂有易使电子发射的金属粉末。管内抽成真空，填充氩气和少量的汞。它的启动电压是400500V，启动后管压降只有80V左右。因此，日光灯灯管不能直接接在220V的电源上使用，而且启动时需要高于220V的电压。镇流器和启动器就是为满足这个要求而设计的。镇流器是个铁心线圈。启动器内有两个电极，一个是双金属片，另一个是固定片，两极之间有一个小容量电容器。一定数值的电压加在启动器两端时，启动器产生辉光放电。双金属片因放电而受热伸直，并与定片接触。而后启动器因动片与定片接触，放电停止，冷却且自动分开。日光灯起辉过程如下：当接通电源后，启动器内双金属动片与定片间的气隙被击穿，连续发生火花，双金属片受热伸长，使动片与定片接触。灯管灯丝接通，灯丝预热而发射电子，此时启动器两端电压下降，双金属片冷却，因而动片与定片分开。镇流器线圈因灯丝电路断电而感应出很高的感应电动势，与电源电压串联加到灯管两端，使管内气体电离产生弧光放电而发光。因此时启动器两端所加电压值等于灯管点燃后的管压降，这个80V左右的电压不再使双金属片打火，故启动器停止工作。所以启动器在电路中的作用相当于一个自动开关，镇流器在灯管启动时产生高压，有启动前预热灯丝及在正常工作时限流的作用。日光灯工作时，灯管可以认为是一电阻负载，镇流器可以认为是一个电感量较大的感性负载，两者串联构成一个R、L串联电路。日光灯工作时的整个电路可用图3.2等效串联电路来表示。2功率因数的提高正弦交流电路中所消耗的平均功率：，其中称作电路的功率因数。功率因数的高低反映了电源容量利用率的大小。电路功率因数低，说明电源容量没有被充分利用。同时，无功电流在输电线路上造成无为的损耗。因此，提高电路的功率因数成为电力系统的重要课题。在实际电路中，负载常为感性。如日光灯电路因串联镇流器，它是一个电感较大的线圈，故日光灯整个电路的功率因数只有0.5左右。感性负载功率因数较低时，可在负载两端并联适当容量的电容器来提高电路的功率因数。三、实验仪器和设备1. 日光灯电路板 1套2. 交流电压表 1块3. 交流电流表 1块4. 电流插口 3只5. 单相功率表 1块6. 电容 若干7导线 若干四、预习要求1预习日光灯的工作原理。2熟悉R、L串联电路中电压与电流的相量关系。3在R、L串联与C并联的电路中，你准备如何求cosj值？4感性负载如何提高功率因数？5在感性负载两端并联适当电容后，电路中哪些量发生了变化，如何变？哪些量不变，为什么？五、实验内容及步骤1按图3.3 接好电路，其中瓦特表电压线圈与电路并联，电流线圈与电路串联，并注意其同名端。合上电源开关S1，断开S2，接通电源，观察日光灯的启动过程。2测量日光灯电路的端电压U、灯管两端电压UD、镇流器两端电压URL、电路电流I即日光灯电流ID和电路总功率P，并计算功率因数cosj，将数据填入表3.1中。220V灯管启动器镇流器CS1ICIDURLUD*图3.3 日光灯并联电容电路S2IUW3合上开关S2，将日光灯电路两端并联电容C。逐渐加大电容量，每改变一次电容量，都要测量端电压U、灯管两端电压UD、镇流器两端电压URL、电路电流I、日光灯电流ID、电容器电流IC和电路总功率P，并计算功率因数cosj，。将测量数据填入表3.1中。 表3.1电容（F）测 量 数 据计算IIDICUUDURLPcosj01.02.24.7六、实验报告要求1选择适当比例，依据表3.1中的数据绘出电压三角形，并由三角形计算出镇流器的电阻压降Ur、电感压降UL各是多少伏？2测得的UD + URL U，为什么？3画出并联电容C后一组数据的电流相量图，分析在感性负载并联适当电容后为何可以提高功率因数。4在并联电容提高电路的功率因数时，电容的选择应考虑哪些原则?5并联电容前后测得P的大小不变，为什么？实验七 正弦稳态交流电路相量的研究一、实验目的1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系2.掌握RC串联电路的相量轨迹及其作移相器的应用。3.掌握日光灯线路的接线。4.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。二、原理说明1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,用交流电压表测得回路各元件两端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即 和 2.如图3-1 所示的RC串联电路,在正弦稳态信号的激励下,与保持有90的相位差,即当阻值改变时,的相量轨迹是一个半园,与三者形成一个直角形的电压三角形。值改变时,可改变角的大小,从而达到移相的目的。3.日光灯线路如图3-3 所示,图中是日光灯管,是镇流器,是启辉器,是补偿电容器,用以改善电路的功率因数（cos值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。三、实验设备a.交流电压、电流、功率、功率因素表（实验台右侧）b.三相调压输出（实验台左下侧）c.EEL04上组件,30镇流器,400VF电容器,电流插头d.30日光灯（左面板上侧）e.EEL05上组件15W 220V白炽灯壹只四、实验内容及步骤 (1)用一只15W 220V的白炽灯泡和30的日光灯电容器组成加图3所示的实验电路,按下闭合按钮开关调节调压器至22V,验证电压三角形关系测 量 值计 算 值U(V)UR(V)UC(V)U(UR, UC 组成RtD)DUDU/U(2)日光灯线路接线与测量按图32组成线路,经指导教师检查后按下闭合按钮开关,调节自耦调压器的输出,使其输出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为至,记下三表的指示值。然后将电压调至220,测量功率,电流,电压 等值,验证电压、电流相量关系。测 量 数 值计 算 值P(W)I(A)U(V)UL(V)UA(V)cosjr(W)启 辉 值正常工作值(3)并联电路电路功率因数的改善按图33组成实验线路经指导老师检查后,按下绿色按钮开关调节自耦调压器的输出调至220V,记录功率表,电压表读数,通过一只电流表和三个电流取样插座分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行三次重复测量。电容值测 量 数 值计 算 值(mF)P(W)U(V)I(A)IC(A)I(A)cosf五、实验注意事项1.功率表要正确接入电路,读数时要注意量程和实际读数的折算关系。2.线路接线正确,日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。六、预习思考题1.参阅课外资料,了解日光灯的启辉原理2.在日常生活中,当日光灯上缺少了启辉器时,人们常用一导线将启辉器的两端短接一下,然后迅速断开,使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯,这是为什么？3.为了提高电路的功率因数,常在感性负载上并联电容器,此时增加了一条电流支路,试问电路的总电流是增大还是减小,此时感性元件上的电流和功率是否改变？4.提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法,而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？七、实验报告1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。2.根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基尔霍夫定律。3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。4.装接日光灯线路的心得体会及其他。实验八 三相交流电路一、实验目的1掌握三相负载的正确联接方法。2进一步了解三相电路中相电压与线电压、相电流与线电流的关系。3了解三相四线制电路中中线的作用二、实验原理1三相电源：星形联接的三相四线制电源的线电压和相电压都是对称的，其大小关系为，三相电源的电压值是指线电压的有效值。2负载的联接：三相负载有星形和三角形两种联接方式。星形联接时，根据需要可以联接成三相三线制或三相四线制；三角形联接时只能用三相三线制供电。在电力供电系统中，电源一般均为对称，负载有对称负载和不对称负载两种情况。3负载的星形联接：带中线时，不论负载是否对称，总有下列关系：，无中线时，只有对称负载上述关系才成立。若不对称负载又无中线时，上述电压关系不成立，故中线不能任意断开。4负载的三角形联接：负载作三角形联接时，不论负载是否对称，总有UL=UP。对称负载时 ；不对称负载时，上述电流关系不成立。三、实验仪器和设备1交流电压表 1块2交流电流表 1块3电流插孔 4只4白炽灯 6只5导线 若干四、预习要求l. 复习三相交流电路有关内容。2. 负载作星形或三角形联接，取用同电源时，负载的相、线电量（U、I）有何不同？3. 对称负载作星形联接，无中线的情况下断开一相，其它两相发生什么变化？能否长时间工作于此种状态？五、实验内容及步骤1测量实验台上三相电源的线电压和相电压，将测量数据记于表4.1中。表4.1线 电 压（V）相 电 压（V）UUVUVWUWU平均值UUUVUW平均值2按图4.1，将负载作星形联接接好线路。分别在下列四种情况下，观察灯泡亮度的变化，测量三相线电压、负载相电压、线电流（即相电流）、中线电流和两中点电压，并将测量数据记于表4.2中。（1）负载对称，有中线；（2）负载对称，无中线；（3）负载不对称（将U相两个灯泡全部关掉），有中线；UVWNNIUIVIWIN图4.1 三相负载星形联接电路图SFU（4）负载不对称，无中线。表4.2项目线电压（V）负载相电压（V）线电流（A）IN（A）UNN（V）UUVUVWUWUUUNUVNUWNIUIVIW对称负载有中线无中线负载不对称有中线无中线3将三相电源线电压调成220V，按图4.2，负载作三角形联接接好线路。分别在负载对称和不对称（将U、V相两个灯泡全部关掉）两种情况下，观察灯泡亮度的变化，测量三相线电压（即负载相电压）、负载线电流，并将测量数据记于表4.3中。4按图4.3改线，在上述两种情况下分别测量相电流，并将测量数据记于表4.3中。UVW图4.2 负载三角形联接电路图IUIVIWUVW图4.3 负载三角形联接电路图IUVIVWIWU表4.3项目线电压（V）线电流（A）相电流（A）UUVUVWUWUIUIVIWIUVIVWIWU对称负载不对称负载六、注意事项1本次实验中电压较高，电路改接次数较多，要防止发生短路事故。切记“先接线，再通电；先断电，再拆线”。2实验时，白炽灯发热，要防止烫伤。七、实验报告要求1根据测量数据，验证电源线电压和相电压的关系。2根据测量数据，分别验证星形和三角形联接时，对称和不对称情况下，各相值与线值的关系。3根据实验结果，说明中线的作用。在什么情况下必须有中线，在什么情况下可不要中线。实验九 三相功率的测量一、实验目的1学习应用三表法和两表法测量三相电路的有功功率。2进一步熟悉功率表的使用方法。二、实验原理根据电动式功率表的基本原理，在测量交流电路中负载上的功率时，其读数P决定于 式中：U为加在功率表电压线圈上电压的有效值，I为流过功率表电流线圈的电流有效值，为u、i之间相位差。若测量三相负载所消耗的总功率P，可用功率表分别测量出每一相的功率，然后求其和，即P= P1+P2+P3 。*W*W*WUVWNZUZVZW*WUVW*WW*图5.1 用三表法测量三相功率P1P2P3（a）（b）P1P2P3此方法称为三表法，如图5.1所示。若为对称负载，则可测其中一相功率再乘以3即为三相总功率。*W*WUVW负 载图5.2 用两表法测量三相功率P1P2而在三相三线制电路中，通常用两只功率表测量三相功率，此法称为两表法，如图5.2所示。三相总功率为：。用二瓦特表法测量三相功率时，应注意以下问题：（1）二瓦特表法适用于对称或不对称的三相三线制电路，而对于三相四线制电路一般不适用。（2）两瓦特表法的接法：首先将功率表的电流线圈中带“*”端与电压线圈带“*”端用一短路线连接，然后将两功率表的电流线圈分别串接于任意两火线上，两功率表的电压线圈的另一端(不带“*”端)则须同时接到没有接入电流线圈的火线上。（3）在对称三相电路中，两只功率表的读数与负载功率因数之间的关系如下：负载为纯电阻时，两只功率表的读数相等。负载的功率因数大于0.5时，两只功率表的读数均为正。负载的功率因数等于0.5时，某一只功率的读数为零。负载的功率因数小于0.5时，某一只功率表的指针会反转。为了读数，可将转换开关由“+”转换到“”，此时该表读数应取负值。三、实验仪器和器件1单相功率表 2块2电流插孔 3只3白炽灯 6只4导线 若干四、预习要求1 自学有关三相功率的测量方法。 2 了解用两表法测量功率应注意的有关事项。五、实验内容及步骤1对称负载作星形联