实验五三相交流电路

1、实验五 三相交流电路一、实验目的1学习三相负载做星形的方法，验证线、相电压，线、相电流之间的关系。2研究三相四线制中线的作用。3学习使用三瓦特计法测量三相负载的总功率。二、实验原理与说明1三相电路中电压和电流的测量图3-1 星形接法三相电路三相电路中的电源和负载均有星形连接和三角形连接两种连接方式。当负载作星形连接时，三相电路有三相三线制和三相四线制供电形式；当负载作三角形连接时，只有三相三线制一种供电形式。三相电路中的电源和负载均有对称和不对称两种情况。本实验只研究三相电源对称且为星形连接，三相负载作星形连接和三角形连接时的情况。本实验中的三相电源是由三相市电（线电压380V）通过三相调压器

2、提供的。三相调压器是由三台相同的单相调压器、在星形连接方式下组成的，每个单相调压器的调节电压的滑块都固定在同一根转轴上，旋转手柄即改变滑块位置时，能同时调节其副边的三相输出电压，并保证三相电压的对称，相电压的调节范围是0-250V（对应的线电压为0-450V）三相调压器的连线端较多，接线时务必核对清楚，不可弄错。三个输入端连向外供三相电源，三个输出端连向负载，调压器的中性点与外供电源的中线相接。在合上和断开三相电源前，调压器的手柄位置需回零。1）三相负载星形连接在三相电路中，当负载做星形连接时（如图3-1），不论是三线制还是四线制，相电流恒等于线电流即。线电压与相电之间的关系为：，负载星形连接

3、的三相三线制电路在图3-1电路中，当开关断开时，即为负载星形连接的三相三线制电路，当负载对称即时，星形负载的相电流、相电压、线电压均对称，相、线电压的相量图如图3-2(a)所示。此时线电压的有效值是相电压有效值的，即，电源的中性点和负载的中性点为等位点，即。图3-2 负载星形连接的三相三线制电路、相、线电压相量图(a)负载对称 (b)负载不对称当负载不对称时，负载的线电压仍对称，但负载相电流、相电压不再对称，图3-2(b)是这种情况下的负载的相、线电压的相量图，可看出负载线、相电压之间倍的关系不复存在，两中性点和不为等位点，即，称中性点发生位移。负载星形连接的三相四线制电路在图3-1电路中，当

4、开关闭合时，电路的两个中性点和之间连接一根导线（称为中性线）则成为三相四线制电路，中线电流等于三个线电流的相量和，即。不论负载是否对称，均有，。当负载对称时，电路的情况和对称的三相三线制相同，即相电压、线电压、相电流均对称，且中线电流。当负载不对称时，线电压仍对称，在中性线阻抗足够小时，各相负载电压也仍对称，但相（线）电流不对称，且中线电流不为零，即。中性线的作用就是使星形连接的不对称负载的相电压对称。图3-3 三角形接法三相电路某一相负载短路与开路情况在图3-1电路中，如果相负载短路，即时，当电路为三线制接法（断开）时，相成了中性点，则负载的各相电压为：，即、相负载电压为电源的线电压，将使这

5、两相灯组所加电压超灯的额定电压，而被烧坏；当电路为四线制法（闭合）时，相短路电流很大，将烧断熔断器、相不受影响。因此对于星形接法三相电路，无论是三线制或是四线制都不允许出现相负载短路情况。如果相负载开路，即，当电路为三线制接法时，、相负载、相串联接在电源的线电压上，两相电流相同。两相负载上的电压，决定于两灯组电阻的比值，如果组灯电阻大于组，则相电压有可能高于灯的额定电压而被烧坏。因此星形接法三相三线制不对称负载电路，不允许出现某相负载开路情况；当电路为四线制接法时，、相不受影响。（a）负载对称 （b）负载不对称图3-4 负载三角形连接三相电路相、线电流相量图2三相电路有功功率测量三相负载所吸收

6、的总功率等路相负载消耗功率之和，即。1）三瓦特计法对于三相四线制电路，可用三个功率表同时测量三相负载消耗的功率，相加得到三相电路的有功功率。也可用一个功率表分别测量各相负载的功率，再求和。当三相负载对称时，可只用一个功率表测量任一相的功率，将表的示值乘以3倍即得到三相电路的总功率。测量每相功率时，功率表的接法如图3-5所示。图3-5 三相四线制电路三瓦特计法功率测量电路三、实验任务、步骤与方法1三相负载星形连接（三相四线制供电）电压、电流测量用挂箱DGJ-04按图3-1连接实验线路，将三相调压器的旋柄置于输出为零伏的位置（即逆时针旋到底），经检查线路连接正确后，方可开启实验台电源，调节调压器，

7、使其输出的线电压为220V，断电待用。1）有中线，对称负载，合上开关即连接中线，各相分别接入三个15W灯泡相并联的负载，分别测量各相负载的线电压、相电压、线电流和中线电流，记入表3-1中。2）无中线，对称负载，断开开并，各相负载不变，重复测量并记录各相负载的线电压、相电压、线电流、电源与负载中性点间的电压，观察中线对星形连接对称负载是否有影响。3）有中线，不对称负载。合上开关，相接入的15W灯泡并联数分别为1、2、3个，重复测量并记录1）中各量。4）无中线，不对称负载，断开开关，各相负载同3），重复测量2）中各量、观察各相灯的明暗变化程度，以此了解中线的作用。表3-1 星形连接三相电路实验数据

8、负载开灯盏数中线线 电 压相 电 压中性点电压线 电 流电线电流A相B相C相对称333有333无不对称123有123无5）无中线、不对称负载特例，在4）的基础上，使相开路，观察两相灯亮度的变化。3三瓦特计法测量有中线星形连接三相电路负载有功功率1）负载对称，先将调压器调至OV输出后断电，用DGJ-04挂箱，按图3-1连接三相对称负载，再按图3-5先将功率表、电流表、电压表接入电路的B相，注意功率表的端接出B相的电源侧，非端与电压表的一端接在中线上。线路中接入电流表和电压表是用来监视该相的电流和电压，不要超过功率表电流和电压的量程。经检查后通电，读出并记录功率表的示数，然后分别将三只表换接到A相

9、和C相进行测量和。注意每次换表必须在断电下操作。2）负载不对称，在1）接线的基础上，将A、B、C相接入的灯泡数改为1、2、3，重复1）的操作，分别测量并记B、A、C的功率。表3-3 三瓦特计法测量有线星线连接三相负载功率实验数据负载情况开 灯 盏 数测 量 数 据计算值A相B相C相对称333不对称123四、实验注意事项1本实验采用三相交流市电、线电压为380V，实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。2每次接线完毕，必须认真检查，确认正确之后方能接通电源。必须严格遵守先断电，再接线、改线、拨动开关，后通电；先断电，后拆线的实验操作原则。3每项实验内容完毕之后，均需将三相调压器

10、旋柄调回零位后断电。五、预习要求1复习三相电路有关知识，三相负载功率的测量方法，阅读本实验各项内容，画出实验线路图和实验数据表格。2三相星形连接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？3. 说明三相四线制电路中线的作用，为什么中线上不允许装保险丝？七、实验报告要求1根据不对称负载星形连接有中线电路、的测量数据、计算中线电流值，并与其测量值作比较。2说明不对称负载星形连接无中线电路、C相断开前后，A、B相泡灯亮度变化情况，原因是什么？3根据实验结果总结测量三相电路功率各种方法的适用条件。实验四 一阶电路的响应一、实验目的1研究一阶RC电路的零输入

11、响应，零状态响应和全响应的变化规律和特点。2学习示波器的基本工作原理，用其观察波形、测量电路时间常数的方法。3进一步掌握微分电路和积分电路的概念。二、实验原理与说明1零输入响应，零状态响应和全响应含有储能元件的电路称为动态电路。当动态电路的特性可以用一阶微分方程描述时，称该电路为一阶电路。对处于稳定状态的动态电路，当电路结构或参数发生变化时，电路中会引起过渡过程。电路的过渡过程有零输入响应、零状态和全响应三种情况。1）零输入响应，图4-1为一阶RC电路，当开关S先置于2使电路处于稳定状态，在时刻S由2扳向1，电路引起零输入响应，有。此暂态过程为电容放电过程、放电曲线如图4-2(b)所示，电路的

12、零输入响应与初始状态成正比。图4-1 一阶RC电路图4-2 一阶RC电路的电容电压充放电曲线及时间常数2）零状态响应，当开关S在1位置，使电路处于稳定状态，在时刻S由1板向2，电路引起零状态响应，有。此暂态过程为电容充电过程，充电曲线如图4-2(a)所示，电路的零状态响应与激励成正比。3）全响应一阶RC电路的全响应，是指电源激励和电容元件初始状态均不为零时电路的响应，是零输入响应和零状态响应的叠加。将图4-1电路的线断开，该电容C的初始电压。全响应= 零输入响应+ 零状态响应上式可改写为全响应= 稳态分量+瞬态分量，全响应与激励不存在简单的正比关系。2方波激励下的响应1）方波信号可以看成是一系

13、列阶跃信号与延时阶跃信号的叠加。当方波的半周期远大于电路的时间常数时，可以认为方波某一边沿（上升或下降沿）到来时，前一边沿所引起的暂态过程已结束。这样，电路对上升沿的响应就是零状态响应；对下降沿的响应就是零输入响应。因此，方波激励下的响应就是零状态响应和零输入响应交替出现反复重复的过程。故可以利用普通示波器来观察、分析零输入响应和零状态响应，如图4-3(a)所示。图4-3 一阶RC电路方波激励的响应 (a)情况 (b) 情况2）当方波的半周期等于小于一阶RC电路的时间常数时，在某一边沿到达时，前一边沿所引起的暂态过程没有结束，即没有过渡到它的稳定状态。是电源激励和电容元件的初始状态均不为零的响

14、应，即电路的全响应，如图4-3(b)所示。上升沿到来时电容的初始值，下降沿到来时电容的初始值。可以用全响应表达式：来求电容C充、放电的初始值、：上升沿到来时，当时，则（4-1）；下降沿到来时，当时则（4-2），将其代入（4-1）式得，（4-3）则 （4-4）3时间常数及其测量对于图4-3(a)所示方波激励情况，零状态响应表达式为即电容电压由按指数规律衰减而趋于零；零输入响应表达式为，即电容电压由OV按指数规律上升而趋近于。下表是以上两种响应电容电压相对值与的关系。表4-1 一阶RC电路的零输入响应和零状态响应的的关系零输入响应的0.3680.1350.0500.0180.0070.002零状态

15、响应的0.6320.8650.950.9820.9930.998由表4-1看出一阶RC电路的这两种响应的暂态过程经过的时间就可认为已结束而到达了稳定状态。因此，一阶RC电路在方波激励下，只要满足（即）就可以用示波器观察到交替出现的零输入和零状态响应的波形。通过显示的波形可以测量出电路的时间常数。对于电容的充电曲线，下降到初值的36.8%所对应的时间即也为值，如图4-2所示。4微分电路和积分电路图4-4 (a)微分电路 (b)积分电路（a） （b）图4-5 (a)微分电路输入、输出波形(b)积分电路输入、输出波形图4-4(a)为微分电路，当激励方波周期T与电路的时间常数满足，且时，则，即输出电压

16、近似与方波激励的微分成比例，输入、输出波形如图4-5(a)所示。图4-4(b)为积分电路，当，且时，则，即输出电压与方波激励的积分近似成比例，输入、输出波形如图4-5(b)所示。图4-6 一阶、二阶动态电路实验数三、实验任务、步骤与方法实验电路为DGJ-03挂箱上的一阶、二阶动态电路实验板，它上面的所有元件，都是通过开关接入线路的，可以构成本实验用的各种一阶RC电路。使用时需认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等。1方波激励下的零输入和零状态响应从电路板上选取、组成如图4-4(a)所示的一阶RC电路，为信号发生器提供的方波信号，用示波器的两个通道CH 1、CH2同时显示和的波形。观

17、察的变化规律，根据充、放电曲线分别测量出时间常数值，与计算值作比较，并用方格纸按图4-3(a)的形工描绘和的波形。2方波激励下的全响应令上述电路的、和和不变，用示波器的CH1、CH2同时显示、的波形，观察的变化规律，并用方格纸按图4-3 (b)形式描绘和的波形，测量（示波器输入耦合方式为DC）。3微分电路令、组成图4-4(a)所示的微分电路，的和不变，用示波器同时观察、的波形，并用方格纸按图4-5(a)的形式描绘和的波形。增大R值定性观察波形的变化，当R增至1M时该电路是否还是微分电路。测量R=100、1k、10k时，微分尖脉冲幅度和其底部宽度见图4-5a自拟实验数据表格。4积分电路令、组成如

18、图4-4(b)所示积分电路，令的，用示波器同时观察和的波形，并用方格纸按图4-5(b)的形式描绘和的波形。四、实验注意事项1实验接线时应将信号发生器和示波器的接地端与实验电路的激励和响应的公共端连在一起。2用示波器的双通道观察波形时建议用CH1输入端接方波激励信号，用CH2输入端接响应，保持这样的连接顺序，方便于示波器的调节与波形观察。用CH1通道作内触发源（连接方波的通道）这是因为方波信号边沿陡峭，利于获得稳定的扫描起点，观察波形时应合理选择垂直灵敏度和扫描时间因数，使显示波形的幅度足够大，周期数适当（一般1-2个周期）。当需定量测量波形幅度或时间参数时应将垂直灵敏度微调或扫描时间因数微调分

19、别置于校正位置（CAL），并利用垂直或水平位移旋钮，将幅度测量基准线或时间测量基准点置于屏前坐标格某一水平或垂直坐标线上。双踪显示输入输出波形时，一般应将输入波形置于屏的上方。3利用DGJ-03挂箱上实验电路板组成各项内容实验电路时，注意将所有不用元件的接入开关断开。五、实验仪器设备1低频信号发生器 EE1021 1台2双踪示波器 6502 1台3动态电路实验板1个 DGJ-03六、预习要求1复习教材RC电路响应内容，阅读指导书中本实验各项内容，熟悉信号源，示波器的基本使用方法，画出微分电路数据记录表格。2计算图4-3(b)电路，当、时的时间常数值，如果方波频率，它是否为该电路的零输入和零状态