开放实验(406实验室).doc

实验三电压源与电流源的等效变换 一、实验目的1. 掌握电源外特性的测试方法。2. 验证电压源与电流源等效变换的条件。二、原理说明 U 理想电压源U0=US 电 压 源 I0 IS=US / RS 图3-1理想的电压源 UU0=ISR0 电 理 流 想 源 电 流 源 I 0 IS 图3-2理想的电流源1. 一个直流稳压电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。故在实用中，常将它视为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。其外特性曲线，即其伏安特性曲线Uf(I)是一条平行于I轴的直线，见图3-1。一个实用中的恒流源在一定的电压范围内，可视为一个理想的电流源。其外特性曲线将是与纵轴平行的一条直线，见图3-2。2. 一个实际的电压源（或电流源）， 其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变，因它具有一定的内阻值。电压源模型是电动势E的理想电压源和内阻R0串联的电路（图3-3）；电流源模型是电流为IS的理想电流源和R0并联的电路（图3-4）3. 一个实际的电源，就其外部特性而言，电压源模型的外特性（图3-3）和电流源模型的外特性（图3-4）是相同的，相互间是等效的。一个电压源与一个电流源等效变换的条件为： 图3-3 电压源 图3-4 电流源三、实验设备序号名 称型号与规格数量备 注1可调直流稳压电源030V1屏内2可调直流恒流源 0500mA1屏内3直流数字电压表0300V1D314直流数字毫安表 0500mA1D315电阻器、可调电阻箱120，200、1KDG096实验线路DG05四、实验内容及步骤1. 测定理想的电压源（直流稳压电源）与实际电压源的外特性 按图3-5接线。Us为12V直流稳压电源。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。填入表3-1图3-5 直流稳压电源的外特性 图3-6 实际电压源的外特性表3-1直流稳压电源的外特性U （V）I（mA） 按图3-6接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节R2，令其阻值由大至小变化，记录两表的读数。填入表3-2表3-2实际电压源的外特性U（V）I（mA）2. 测定电流源的外特性按图3-7接线，Is为直流恒流源，调节其输出为10mA，令Ro分别为1K和（即接入和断开），调节电位器RL（从0至1K），测出这两种情况下的电压表和电流表的读数。记录实验数据填入表3-3 、表3-4 图3-7 电流源的外特性表3-3 恒流源的外特性U （V）I（mA）表3-4 实际电流源外特性U （V）I（mA）3. 测定电源等效变换的条件 先按图3-8线路接线，调节可调电阻，记录线路中两表的读数填入表3-5。按图3-9接线，计算并调出恒流源的输出电流IS。调节可调电阻，使两表的读数与图 3-8时的数值相等，填入表3-5。验证等效变换条件的正确性。图 3-8 电压源电路 图 3-9 电流源电路表3-5 电源等效变换测试 IS=US/R0US=6V U (V)I（mA）IS=50 mAU (V)I（mA）五、注意事项1. 在测电源外特性时，不要忘记测空载时的电压值， 测电流源外特性时，不要忘记测短路时的电流值，注意恒流源负载电压不要超过20伏，负载不要开路。 2. 换接线路时，必须关闭电源开关。 3. 直流仪表的接入应注意极性与量程。六、思考题1. 通常直流稳压电源的输出端不允许短路，直流恒流源的输出端不允许开路，为什么？ 2. 电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势， 稳压源和恒流源的输出在任何负载下是否保持恒值？七、实验报告要求1. 根据实验数据绘出电源的四条外特性曲线，并总结、 归纳各类电源的特性。 2. 从实验结果，验证电源等效变换的条件。 实验九 单相变压器特性测试 一、实验目的1. 通过测量，计算变压器的各项参数。 2. 学会测绘变压器外特性，变压器的损耗与效率。 二、原理说明1. 图9-1为测试变压器参数的电路。 由各仪表读得变压器原边（AX，低压侧）的图9-1 变压器参数测试电路U1、I1、P1及付边（ax，高压侧）的U2、I2，并用万用表R1档测出原、副绕组的电阻R1和R2，即可算得变压器的以下各项参数值： 电压比 电流比 原边阻抗 副边阻抗 负载功率 变压器的效率 原边线圈铜损 副边铜损 损耗功率 铁损 2. 变压器的功率损耗包括铁心中的铁损PFe和绕组上的铜损Pcu两部分。铁损的大小与铁心内磁感应强度的最大值有关，与负载大小无关，而铜损则与负载大小（正比于电流平方）有关。空载实验要在额定电压下进行，铁心中的主磁通达到额定值，通过空载实验可以确定变压器的变比，空载电流、铁损、及空载时的激磁阻抗。空载实验通常是将高压侧开路，由低压侧通电进行测量，又因空载时功率因数很低，故测量功率时应采用低功率因数瓦特表。此外因变压器空载时阻抗很大，故电压表应接在电流表外侧。当负载为额定负载时，变压器绕组上有功率损耗RI2即为铜损 3. 变压器外特性测试。为了满足三组灯泡负载额定电压为220V的要求，故以变压器的低压(36V)绕组作为原边，220V 的高压绕组作为副边，即当作一台升压变压器使用。在保持原边电压U1(36V)不变时，逐次增加灯泡负载（每只灯为15W），测定U1、U2、I1和I2，即可绘出变压器的外特性， 即负载特性曲线U2f(I2)。三、实验设备序号名 称型号与规格数量备注1交流电压表0500V2屏内2交流电流表05A2屏内3单相功率表1D344试验变压器36V/220V 1.4A/0.23 A1DG085自耦调压器1屏内6白炽灯220V，15W5DG087试验变压器220V/8.2V DG08四、实验内容1. 变压器空载实验将高压侧（副边）开路，确认调压器处在零位后， 合上电源，调节调压器输出电压，使U1从零逐次上升到额定电压(36V)，测得的U1，U20和I10数据，记入数据表9-2表9-2 变压器空载实验U1（V）U20（V）I10 ( A)PFe（W）COS1362. 变压器满载实验按图9-1线路接线。其中A、X为变压器的低压绕组，a、x 为变压器的高压绕组。即电源经屏内调压器接至低压绕组，高压绕组220V接ZL即15W的灯组负载（3只灯泡并联），（经指导教师检查后方可进行实验）使I2=0.23 A额定电流值，测量数据记入表9-3。表9-3变压器满载实验灯泡个数U1（V）I1 ( A)P1（W）COS2U2（V）I 2 ( A)336.3. 变压器外特性测试将调压器手柄置于输出电压为零的位置（逆时针旋到底），合上电源开关，并调节调压器，使其输出电压为36V。令负载开路及逐次增加负载（最多4个灯），分别记下仪表的读数于表9-4，绘制变压器外特性曲线。实验完毕将调压器调回零位，断开电源。表 9-4变压器外特性测试负载情况空载1个灯2个灯3个灯U2（V）I2 ( A)五、注意事项1. 本实验将变压器36V/220V 作为升压变压器使用， 并用调节调压器提供原边电压U1，故使用调压器时应首先调至零位，然后才可合上电源。此外，必须用电压表监视调压器的输出电压，防止被测变压器输出过高电压而损坏实验设备，且要注意安全，以防高压触电。2. 遇异常情况，应立即断开电源，待处理好故障后，再继续实验。六、