电工技术与电子技术实验

1、电工技术与电子技术实验 主 编 王兆敏 副主编 陈 凯 刘冬冬 徐州工程学院物理实验中心2012年04月稿内容简介电工技术实验是以秦增煌电工技术教材为基础，以应用物理专业为对象编写的。本实验教材内容分2章，第1章测量误差及数据处理；第2章电工技术实验，它包括直流电路实验、二阶动态电路、交流电路及交流电路的频率特性、三相交流电、三相交流电功率、单相变压器、三相变压器、三相异步电动机的基本控制、三相交流异步电动机PLC控制等二十二个实验。重点介绍了电工技术实验中各个实验的目的、原理、方法、步骤、注意事项等。附录介绍了PLC软件入门、EV5000_UniCOde_CHS软件的使用说明、THPFSMl

2、型可编程控制器实训装置使用说明、PLC常用指令。 本书注重于验证性实验、综合性实验、设计性实验的结合，注重于对学生知识的综合运用、动手能力、设计能力的培养。前 言电工技术是在学习了力学、电磁学的基础上开设的专业基础课，它是为而后模拟电路、电气控制与PLC及应用、自动控制原理等课程的开设打基础的，它在应用物理专业培养目标的教学中占有较为重要的地位。电工技术实践教学环节是指学生在学习电工课及相关课程中进行的实验和课程结束后进行的电工实习、电工课程设计等。对于学生的强化基本训练，增强实践能力，加深理解课堂知识，培养动手能力，基本的设计能力，综合素质的培养有着重要的意义。本教材是根据我院的实际情况，配

3、合建设开放式实验教材的方案编写的，教材的内容是依据专业发展方向和本课程教学大纲拟定的。根据培养目标，遵从以学生为本的理念，由浅入深、循序渐进的原则，有层次的安排实验内容，各层次有明确的目的和针对性，使学生得到系统的训练，综合素质得到培养。第1章测量误差及数据处理由刘冬冬编写，第2章实验一实验十由陈凯编写，实验十一二十二由王兆敏编写，附录由王昊编写。尽管我们作了多方面的努力，由于我们的水平有限，经验不足，教材内容对于培养目标编写的科学性上有欠缺，教材本身存有错误和疏漏在所难免，恳请读者批评指正。在此表示感谢！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 叠加原理实验5实验三 戴维宁定理

4、与诺顿定理的验证8实验四 二阶动态电路暂态过程的研究12实验五 交流电路频率特性的测定16实验六 日光灯电路和功率因数的提高20实验七 正弦稳态交流电路相量的研究23实验八 三相交流电路26实验九 三相功率的测量29实验十 单相变压器32实验十一 三相变压器连接组的判定35实验十二 三相异步电动机的电动控制41实验十三 三相异步电动机的自锁控制45实验十四 三相异步电动机接触器连锁正反转控制50实验十五 三相异步电动机Y-自动降压启动控制55实验十六 三相异步电动机的顺序控制60实验十七 数字万用表设计性试验62电工技术实验讲义实验一 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

5、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、电压的测量方法，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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、-4电位参考点UABUBCUCDUBEUEDUFEUAFUAD测量D（计算）F（计算）六、思考题1、基尔霍夫电流定律的建立基础是什么？2、基尔霍夫电压定律的建立基础是什么？七、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、叠加原理实验一、实验目的 1用实验方法验证叠加原理。2加深对电路的电流，电压参考方向的理解。3、加深对线性电路中电量具有叠加性的理解。二、实验原理 叠加原理指出：在有几个独立电源共同作用下的线性电路中，通过每一个

12、元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。具体方法是：一个电源单独作用时，其他的电源必须置为零(电压源短路，电流源开路)；在求电流或电压的代数和时，当电源单独作用时电流或电压的参考方向与共同作用时的参考方向一致时，符号取正，否则取负。 叠加原理反映了线性电路的叠加性，线性电路的齐次性是指当激励信号(如电源作用)增加或减小K倍时，电路的响应(即在电路其他各电阻元件上所产生的电流和电压值)也将增加或减小K倍。叠加性和齐次性都只适用于求解线性电路中的电流、电压，对于非线性电路，叠加性和齐次性都不适用。 在本实验中，用直流稳压电源近似模拟理想电

13、压源，由其产生的误差可忽略不计，这是因为直流稳压电源的等效内阻很小。三、实验预习要求 1、复习电路中叠加定理与计算方法，预习万用表的使用方法。2、按表2-1的要求用支路电流法计算出图2.1电路中支电流和各电阻元件两端的电压，注意参考极性。并把结果填入表2-1中，图2.1 叠加原理电路原理图四、实验设备 硬件电路： (1)可调直流稳压电源 (2)数字万用表 (3)电阻器若干(4)叠加定理实验电路板五、实验内容与步骤1、实验电路如图2.1所示，按实验电路连接线路并调节电源参数值。2、在电路图中接入电压表或电流表，当E1、E2共同作用时测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表2-1中。3、当

14、E1单独作用时，BC两点不接电源，直接用短路线相连。记录数据同步骤2。4、当E2单独作用时，FE两点不按电耀，直接用短路线相连。记录数据同步骤2。表2-1 叠加原理数据表测量项目实验内容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1单独作用U2单独作用U1、U2共同作用2U2单独作用六、实验思考题 1、根据实验数据，进行分析、比较，来验证线性电路的叠加性，总结实验结论。2、在验证叠加原理实验数据中，各电阻器件所消耗的功率能否用叠加原理计算得出?试用实验数据进行计算并作说明，七、实验注意事项 (1)实验时，电路中所有的电流

15、的参考方向应与图2.1保持一致，电压的参考方向应与表2.1保持一致。 (2)注意电压表和电流表的极性，测量电流时，应将电流表串联在被测电路中，测量电压时，应将电压表并联在被测元件的两端巳实际电压、电流的方向与参考方向一致时取正，反之取负。八、实验报告 (1)简述实验原理。(2)对实验结果进行整理和分析，完成实验思考题。(3)实验的心得与体会。实验三戴维宁定理和诺顿定理的验证一、实验目的 1. 验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。 2. 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。 二、原理说明 1. 任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看

16、作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。 戴维宁定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势 Us 等于这个有源二端网络的开路电压 Uoc ， 其等效内阻 R0 等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。 诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流 Is 等于这个有源二端网络的短路电流 I SC ，其等效内阻 R0定义同戴维南定理。 Uoc（ Us ）和 R0或者 ISC（ IS ）和 R0 称为有源二端网络的等效参数。 2. 有源二端网络

17、等效参数的测量方法 图3.1(1) 开路电压、短路电流法测 R0 在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压 Uoc ，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流 Isc ，则等效内阻为: (3-1)如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。 (2) 伏安法测 R0 用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图 3.1 所示。 根据 外特性曲线求出斜率 tg ，则内阻:图 3.2 (3-2) 也可以先测量开路电压 Uoc ，再测量电流为额定值 IN时的输出 端电压值 UN ， 则内阻为: (3-3) (3) 半电压法测R0 如图 3.

18、2 所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。 (4) 零示法测 UOC 图 3.3 在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差。为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图 3.3 所示。 零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“ 0 ”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压， 即为被测有源二端网络的开路电压。 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 0 3

19、0V 1 2 可调直流恒流源 0 500mA 1 3 直流数字电压表 0 200V 1 4 直流数字毫安表 0 200mA 1 5 数字万用表 VC9801A+ 1 自备 6 可调电阻箱 0 99999.9 1 DGJ-05 7 电位器 1K/2W 1 DGJ-05 8 戴维南定理实验电路板 1 DGJ-05 四、实验内容与步骤 (b)（a）被测有源二端网络如图 3.4(a) 。 图3.41.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的 Uoc、R0和诺顿等效电路的 ISC 、 R0。按图 3.4(a) 接入稳压电源 Us=12V 和恒流源 Is=10mA，不接入 R L。测出U OC和Isc,

20、 并计算出 R 0。（测 UOC 时，不接入mA 表。）Uoc (v) Isc (mA) R 0 =Uoc/Isc () 表3-12.负载实验 按图 3.4(a) 接入 R L 。改变 R L 阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。 表3-2R L () 0 200 400 600 800 1K 1.2K 1.4K U （ v ） I （ mA ） 3.验证戴维南定理：从电阻箱上取得按步骤“ 1 ”所得的等效电阻 R 0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“ 1 ”时所测得的开路电压 Uoc 之值）相串联，如图 3.4(b) 所示，仿照步骤“ 2 ”测其外特性，对戴氏定理进行验证。 表3-3R

21、 L () 0 200 400 600 800 1K 1.2K 1.4K U （ v ） I （ mA ） 4.验证诺顿定理：从电阻箱上取得按步骤“ 1 ”所得的等效电阻 R0 之值，然后令其与直流恒流源（调到步骤“ 1 ”时所测得的短路电流 ISC 之值）相并联，如图 3.5 所示，仿照步骤“ 2 ”测其外特性，对诺顿定理进行验证。 图 3.5 表3-4R L () 0 200 400 600 800 1K 1.2K 1.4K U （ v ） I （ mA ） 5.有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图 3.4 （ a ）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源 IS

22、和电压源 US ，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0 ，或称网络的入端电阻Ri。 五、实验注意事项 1. 测量时应注意电流表量程的更换。 2. 步骤“ 5 ”中，电压源置零时不可将稳压源短接。 3. 用万表直接测 R0 时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。 4. 用零示法测量 UOC 时，应先将稳压电源的输出调至接近于UOC ，再按图3.3测量。 5. 改接线路时，要关掉电源。  六、预习思考题 1. 在求戴维南或诺顿等效电路

23、时，作短路试验，测ISC 的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路 8-4(a) 预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。 2. 说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法， 并比较其优缺点。 七、实验报告 1. 根据步骤2、3、4，分别绘出曲线，验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，并分析产生误差的原因。 2. 根据步骤1、5、6的几种方法测得的Uoc与R0与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。 3. 归纳、总结实验结果。 4. 心得体会及其他。 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

24、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、实验原理1、二阶电路用二阶微分方程来描述的电路称为二阶电路，如图4.1所示的R、L、C电路。根据回路电压定律，当t=0+时，UC=US，电路的微分方程为： （4-1）令（4-1）可写成： （4-2）图4.1 RLC电路对（4-2）进行拉普拉斯变换并整理得： （4-3）2、电路的暂态过程（1）无阻尼（=0）二阶系统的暂态过程在=0时，

25、（4-3）式变为： ，其特征根为： （4-4）当输入单位阶跃函数时，系统响应的拉普拉斯变换为： （4-5）对（4-5）进行拉普拉斯反变换得： （4-6）由式（4-6）画出的无阻尼二阶系统的单位阶跃响应曲线，如图4-2所示。它以无阻尼的自然振荡频率作振幅为1的等幅振荡。 （2）欠阻尼（01）二阶系统的暂态过程 由（4-3）式得系统的特征根为：当输入单位阶跃函数时，系统单位阶跃响应的拉普拉斯变换为：图4.2 二阶系统单位阶跃函数响应曲线 （4-7）其中：（4-7）式画出的欠阻尼二阶系统的单位阶跃响应曲线如图4.2，它由两部分组成：稳态分量为1，动态分量式阻尼正弦振荡。 （3）临界阻尼（=1）二阶系

26、统的暂态过程 由（4-3）式得，特征根为： ，当输入阶跃函数时，系统的单位阶跃响应的拉普拉斯变换为：对上式进行拉普拉斯反变换得： （4-8）由（4-8）式画出的二阶系统单位阶跃响应曲线如图4.2，此时响应为非周期地趋于稳态输出。 （4）过阻尼（）二阶系统的暂态过程 由（4-3）式得二阶系统的特征根为：为书写方便，令：当输入单位阶跃函数时，系统的单位阶跃响应的拉普拉斯变换为：对上式进行拉普拉斯反变换得： （4-9）由（4-9）画出的二阶系统单位阶跃响应曲线如图4.2，可以看出过阻尼二阶系统的单位阶跃响应是非震荡的，其响应不会超过稳态值1。三、实验仪器SG1645型函数信号发生器SS-7802A型

27、示波器十进制电感箱、十进制电容箱、电阻箱四、实验内容及步骤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。调定电感箱电感L（一般取400mH）、电容箱电容C和电阻箱电

28、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

29、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。五、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、实验原理 1单个元件阻抗与频率的关系对于电阻元件，根据，其中，

30、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5.1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图5.1 元件阻抗频率特性电路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

31、随激励频率变化的特性称为频率特性。（5-1）若电路的激励信号为（j），响应信号为R（j），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5.2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

32、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组件四实验内容图5.2 频率特性曲线 三、实验内容与步骤测量、元件的阻抗频率特性实验电路如图5.1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51中。并通过计算得到各频率点的R、XL和

33、XC。表51 、元件的阻抗频率特性实验数据频 率f(KHz)125101520 R(k)Ur(V)      IR(mA)=Ur/r      UR(V)      R=UR/IR       XL(k)Ur(V)      IL(mA)=Ur/r  

34、0;   UL(V)      XL=UL/IL       XC(K)Ur(V)      Ic(mA)=Ur/r      UC(V)      Xc=UC/Ic       2高通滤波

35、器频率特性实验电路如图5.3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）图5.3 高通滤波电路，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52中。表52 频率特性实验数据。 f(Hz)1368 10 15 20UR(V)       UC(V)       

36、;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52中。图5.5 带通滤波电路图5.4 低通滤波电路4带通滤波器频率特性实验电路如图5.5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52中。 四、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。五、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？

37、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？六、实验报告要求 1根据表51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51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52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52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

38、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6.1所示。镇流器灯管启动器FUS220V图6.1 日光灯电路URLRLXL图6.2 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

39、，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

40、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6.2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

41、。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

42、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6.3 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61中。220V灯管启动器镇流器CS1ICIDURLUD*图6.3 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、

43、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61中。 表61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61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

44、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 图7.1 相移电路2.如图7.1 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。

45、3.日光灯线路如图7.3 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7.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图7.2 白炽灯电路表71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7.2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。表72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7.3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,电图7.3 功