电气测量实验指导书

1、电气测量实验指导书2015 年 3 月目录实验一 三表法测交流阻抗实验 .2实验二 电能表的校验 .4实验三 绝缘电阻的验证及保护电路的连续性实验 .6实验四 电桥的使用 .8I实验一 三表法测交流阻抗实验一、实验目的1掌握电流表、电压表和功率表的使用。2掌握三表法测交流阻抗的实验电路。3掌握三表法侧交流阻抗的测量及后续计算方法。二、实验设备单相交流电源，电流表，电压表，功率表，交流阻抗负载。三、 实验原理正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、

2、60;交流电流表及功率表分别测量出元件两端的电压 U、流过该元件的电流 I 和它所消耗的功率 P，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法， 是用以测量交流电路参数的基本方法。计算的基本公式为：阻抗的模 Z =UI电路的功率因数 cosj =PUI等效电阻 R =PI 2= Z cosj等效电抗 X = Z sinj电感X = XL = 2p f L电

3、容 X = XC = 1 2p fC测量电路如图 2-1 所示：图 2-1 三表法测交流阻抗a)适用于较大的 Zb)适用于较小的 Z根据初步估计阻抗的大小选择适当的电路，以保证测量结果的准确性，如无法预知，则先任选一种测量，然后根据结果决定是否再次测量。2被测阻抗测量值计算值电路等效参数U/VI/AP/WcosZ/sinR/L/mHC/F电感线圈 L电容器 CLC 串联LC 并联四、 实验步骤与内容1、 合

4、理选择测量电路，经仔细核对无误后，接通电源，开始测量。2、 测量电感线圈 L 的等效参数。3、 测量电容器 C 的的等效参数。4、 测量 L、 C 串联与并联后的等效参数。表 2-1五、实验报告要求1. 根据实验数据，完成各项计算。2.在 50Hz 的交流电路中，测得一只铁心线圈的 P、 I 和 U，如何算得它的阻值及电感量?3. 根据实验中 L 与 C 串并联的测量

5、结果，分别作出其等效电路图，计算出等效电路参数并判定负载的性质。3实验二 电能表的校验一、实验目的1熟悉电能表的结构。2掌握电能表的原理、接线和工作状态。3对电能表测量电能与间接法测量电能进行比较。二、实验设备三相交流电源，电流表，电压表，功率表，可调负载，调压器，开关，秒表。三、实验原理1. 电度表是一种感应式仪表， 是根据交变磁场在金属中产生感应电流，从而产生转矩的基本原理而工作的仪表，主要用于测量交流电路中的电能。它的指示器能随着电能的不断增大（也就是随着时间的延续）而连续地转动，从而能随时反应出电能积累的总数值。因此，它的指示器是一个“积算机构”，是将转动

6、部分通过齿轮传动机构折换为被测电能的数值，由数字及刻度直接指示出来。它的驱动元件是由电压铁芯线圈和电流铁心线圈在空间上、下排列，中间隔以铝制的园盘。驱动两个铁心线圈的交流电，建立起合成的特殊分布的交变磁场，并穿过铝盘，在铝盘上产生出感应电流。该电流与磁场的相互作用结果产生转动力矩驱使铝盘转动。铝盘上方装有一个永久磁铁，其作用是对转动的铝盘产生制动力矩，使铝盘转速与负载功率成正比。因此，在某一段测量时间内，负载所消耗的电能 W 就与铝盘的转数 n 成正比。即 N =nWS =   ´10

7、0%比例系数 N 称为电度表常数，常在电度表上标明，其单位是转/千瓦小时。2. 电度表的灵敏度是指在额定电压、额定频率及 cos1 的条件下，从零开始调节负载电流，测出铝盘开始转动的最小电流值 Imin，则仪表的灵敏度表示为IminIN式中的 IN 为电度表的额定电流；Imin 通常较小，约为 IN 的 0.5%。3. 电度表的潜动是指负载电流等于零时，电度表仍出现缓慢转动的现象。按照规定，无负载电流时，在电度表的电压线圈上施加其额定电压的 110（达24

8、2V）时，观察其铝盘的转动是否超过一圈。凡超过一圈者，判为潜动不合格。四、实验步骤与内容1实验电路测量电路如图：4电压表读数电流表读数功率表读数电能表读数测量开始测量结束1 组负载（030 分钟）150V2 组负载（030 分钟）150V图 3-1 电能表校验电路2 校验步骤1）按实验电路图进行接线，检查接线完整无误。2）关闭连接电阻负载的开关，通电，将调压器调至额定电压的 110%，观察是否产生潜动。3）在电阻性负载的条件下，分别在电压给定 150V、 200V，负载为 1 

9、;组、 2 组情况下，按下秒表，在 5 分钟内，记录各表读数。表 3-14）实验完成后，  关闭电源，拆除接线。实验注意事项：1. 记录时，同组同学要密切配合。秒表定时、读取转数和电度表读数步调要一致，以确保测量的准确性。2实验中用到 220V 强电，操作时应注意安全。凡需改动接线，必须切断电源，接好线后，检查无误后才能通电。五、实验报告要求1、 比较计算1）用功率表、秒表测量结果计算功率W=2)用电流表、电压表、秒表测量结果计算功率W=3)绘制表格和折线图2. 电度表接线有

10、哪些错误接法，它们会造成什么后果？5实验三 绝缘电阻的验证及保护电路的连续性实验一、实验目的1了解 3C 关于低压电气设备的标准（ GB7251.1），熟悉绝缘电阻的相关规定。2掌握绝缘电阻测试仪的原理。3掌握绝缘电阻的测量方法，并将本次试验使用的测试仪的认识延伸至同类产品中去。二、实验设备绝缘电阻测试仪、试验电阻 1M， 3M， 8M、 实验室成套设备的外壳、接电线三、实验原理1绝缘电阻的定义绝缘电阻是指在电连接器的绝缘部分施加直流电压， 从而使绝缘部分的表面内和表面上产生漏电流而呈现出的电阻值。在电连

11、接器的技术规范中， 通常是这样规定的： 任何相邻接触件之间， 任一接触件与外壳之间的绝缘电阻应不小于某个数值 (单位是 M)。2绝缘电阻考核的指标绝缘电阻是衡量电连接器接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标， 其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。 绝缘电阻值是由介质的绝缘介电能力决定的，其数值越大越好。3绝缘电阻的影响及危害如果绝缘电阻值低， 就可能形成反馈电路， 也就是说， 增加功率损耗、 造成串音干扰等。超量的漏电流能产生热或直流电解而破坏绝缘， 引起短路， 

12、危及安全。4绝缘电阻测试一个电气系统就象是管道系统一样，电压好比是液体压力，电流好比是液体的流速，而电气绝缘就好比是管壁。绝缘防止电子从导体发生漏泄其作用的大小是用绝缘电阻表示的。有效的绝缘电阻系统具有高的电阻值，通常大于几个兆欧（M）。差的绝缘系统具有较低的绝缘电阻。为了发现管道系统中的渗漏，您需要对其加压。由于在水压最高时最容易发现渗漏现象，所以您不能关闭自来水来检查渗漏。但是，您会限制可用的自来水，这样就能够在发现大的漏洞时不至于在周围喷洒出太多的水。比较理想的测试是在高（但也并不是特别高）压下提供有限的水量。这正是电气绝缘测试仪要做的事情。绝缘测试仪(兆欧表）会在绝缘系统上加直流电压，

13、并测量由此产生的电流。这样就能够计算并显示绝缘的电阻值（绝缘将电流束缚在电线中的程度，或者说防止电流漏泄的程度）。6在给系统加电之前，利用绝缘测试验证它是健全的，能够改善系统的性能；绝缘测试能够发现制造工艺问题和设备缺陷，而这些问题在设备发生故障之前一般是发现不了的。在欧盟，该项测试是强制性的，即使对最小的民用系统也是如此。保护电路连续性试验要求， 应验证成套设备的不同裸露导电部件是否有效地连接在保护电路上，进线保护导体和相关的裸导电部件之间的电阻不应超过 0.1。应使用电阻测量仪器进行验证，此仪器可以使至少 10A 交流或直流电流通过电阻点之间

14、0;0.1 阻抗。注：有必要将试验时间限制在 0.5s 内。否则，低电流设备可能会受到试验的不利影响。四、实验步骤与内容1）检查绝缘电阻测试仪是否完好，电池电量是否充足。2）在测试前，确定待测电路没有电存在。3） 按 IR 键设置到绝缘电阻测量档，无测试电压输出时按和键选择测试电压500V/1000V/2500V/5000V 中之一。4）按图将线路连接完毕，手已离开测试夹和任何裸露导体，再按 TEST 键输出高压。按住 TEST 键 1 秒能够进行连续测量，输出绝缘

15、电阻测试电压，测试红灯发亮，在液晶屏上高压提示符 0.5s 闪烁在测试完以后，压下 TEST 键，关闭绝缘电阻测试电压，测试红灯灭且无高压提示符，在液晶屏上保持当前测量的绝缘电阻值。5）记录测量结果，关闭电源。6）更换测量电阻，重复 25。检查试验设备，归还实验室，实验完毕。图 4-1 电能表校验电路五、实验报告要求1.在绝缘电阻测量过程中应该注意哪些问题？7实验四 电桥的使用一、实验目的1.用数字电桥测定电阻、电感和电容元件的交流阻抗及其参数 R、 L、 C 之值。2.了解

16、电 R、 L、 C 元件阻抗随频率变化的关系及电压相量与电流相量之间的关系。3.学会使用交流仪器。二、实验设备1.YB2817 型 LCR 数字电桥一台。2.电阻、 电容、 电感元件各两个。三、实验原理1.交流信号输入下， 电阻、电感和电容元件阻抗、 端电压、 端电流之间的关系交流信号作用于任一线性非时变电路，电路端口电压相量与端口电流相量之比称为该电路的阻抗，表示为： Z = U I 。阻抗为一复数，其模表示电压与电流模（有

17、效值或最大值）之间的比值，而辐角代表电压与电流的相位差。相位差不同，电路特性也不相同。因此，测试电路中电流与电压之间的相位差便可决定电路特性。电阻、电感和电容元件都是指理想的线性二端元件。1）电阻元件在任何时刻电阻两端的电压与通过它的电流都服从欧姆定律，即uR = Ri式中 R = uR i 是一个常数；称为线性非时变电阻，其大小与 uR、i 的大小及方向无关，具有双向性。它的伏安特性是一条通过原点的直线。在正弦电路中，电阻元件的伏安关系可表示为：UR = RI式中 R

18、60;= UR I 为常数，与频率无关，只要测量出电阻端电压和其中的电流便可计算出电阻的阻值。电阻元件的一个重要特征是电流 I 与电压 UR 相同。2） 电感元件电感元件是实际电感器的理想化模型、它只具有储存磁场能量的功能。它是磁链与电流相约束的二端元件。即：y L (t ) = Li式中 L 表示电感，对于线性非时变电感，L 是一个常数。电感电压在图示关联参考方向下为：uL = Ldidt在正弦电路中：U 

19、;L = jX L I8X L =  。式中 X L = wL = 2p fL 称为感抗，其值可由电感电压、电流有效值之比求得。即U LI当 L=常数时，XL 与频率 f 成正比，f 越大，XL 越大，f 越小；XL 越小，电感元件具有低通高阻的性质。若 f 为己知，则电感元件的电感为：L =X L2p

20、60;f理想电感的特征是电流 I 滞后于电压上 /2。3） 电容元件电容元件是实际电容器的理想化模型，它只具有储存电场能量的功能，它是电荷与电压相约束的元件。即：q (t ) = CuC式中 C 表示电容，对于线性非时变电容， C 是一个常数。电容电流在关联参考方向下为：duCi = Cdt在正弦电路中， I =UC- jXC或UC = - jX C I 。式中

21、60;X C =  =    称为容抗。其值为 XC =C ，可由实验测出。当  C=常数11UwC2p fCI时，XC 与 f 成反比，f 越大，XC 越小，f，XC0。 电容元件具有高通低阻和隔断直流的作用。当 f 为己知时，电容元件的电容为：C =12p fX C电容元件的特点是电流 I 的相位超前于电压了 /2

22、。2YB2817 型 LCR 数字电桥YB2817 型 LCR 数字电桥是一种高精度、宽测试范围的阻抗测量仪器，可方便选择 100Hz、 120Hz、 1kHz、 10kHz、 40kHz、 100kHz 六个典型测试频率。并可选择 0.1V、0.3V、 1.0V 三个测试信号电平。可测量电感 L、电容 C、电阻 R 等多种参数。本仪器将强大的功能、优越的性能及简单的操作结合在一起，既能适应生产现

23、场高速检验的需要，又能满足实验室高精确度高稳定度的测量需要，同时仪器所提供的 HANDLER 及 RS232C 接口为仪器使用于元件自动分选系统和与计算机联网通讯提供了条件， 打印接口可直接将仪器测量条件输出至打印机， YB2817 为广大用户提供了一种高性能低价格的元件检测仪器。9元件标称值测量频率测量值D 值（或 Q 值）绝对误差电阻100Hz120Hz1000Hz电桥内部测量单元基本由以下几部分组成：频率可变的正弦信号产生器、测量电平调节器、精密的量程电阻、鉴相器、电荷平衡 A-

24、D 转换器组成所有测量、计算和功能控制和 显示均在微处理器的控制下进行。YB2817 型 LCR 数字电桥的技术指标：1） 测量参数电容 C、电感 L、电阻 R、阻抗 Z、由显示器 A 显示，最大显示位数五位。 损耗角正切值 D、品质因数 Q 由显示器 B 显示，最大显示位数五位。 仪器提供串联和并联两种等效方式样，其中 Z、 D、 Q 在该两种方式下其结果完全相同，

25、而 C、L、R 在两种方式下其值有所不同。2） 测试信号频率正弦波 100Hz、 120Hz、 1kHz、 10kHz、 40kHz、 100kHz 共六点， 频率准确度可达 0.05%。3） 测量显示范围：L： 0.0001uH99999HC： 0.0001pF99999uFZ/R： 0.000199999MD/Q： 0.000199999： 0.01%99999%4） 测量速度快速：20 次/秒； 中速：5.1 次/秒； 快速：1.5 次/秒；为得到实际的测量速度，应该规定具体的测量条件方可。因为测试频率、速度、元件值大