电路实验指导书

PAGEPAGE31实验一、GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置的使用演示性实验一、实验目的1、熟悉智能型电工电子系统实验装置的数据传送方法和使用方法。2、熟悉智能型电工电子系统实验装置的电源的使用。3、熟悉示波器的使用。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、实验内容1、控制器面板介绍智能型电工电子系统实验装置能够将学生的实验数据传送到教师计算机中，教师可以随时掌握学生的实验情况。图1－1为实验台控制器图。学生通过实验台控制器可以将仪表所显示的数据发送到教师计算机中。发送数据过程：（1）学生做实验前按“学号”键，六位数码管点亮，在控制器中输入学生的学号（使六位数码管中显示学号），检查学号正确后按“确认”键，然后按“发送”键，将学生自己的学号输入教师计算机中（每一个学生都有一个唯一的六位学号）。（2）学生根据实验要求做实验，用仪表测量第一组数据。（3）按“序号”（编号）键，六位数码管点亮，在控制器中输入数据所对应的序号（使六位数码管中显示序号），检查序号正确后按“确认”键，然后按“发送”键，将数据所对应的序号输入教师计算机中（每一组序号都有一个唯一的六位序号）。将一组数据送入教师计算机中（数据所对应的序号由指导教师给定）。（4）学生根据实验要求做实验，用仪表测量第二组数据。（5）按“序号”（编号）键，输入第二组数据的序号，如此循环。2、智能型电工电子系统实验装置仪表介绍智能型电工电子系统实验装置所使用仪表均为自行特殊设计的仪表，型号为JDA－21型；其中，直流电流表、直流电压表、交流电流表、交流电压表均为数模双显表，具有指针式仪表和数字式仪表，能够同时显示电流或电压。交直流功率表的指针式仪表为功率因数表，数字式仪表为功率表。图1－1JDA－21型仪表具有数据接口，可以通过控制器将仪表的数据传送到教师计算机中。同时，JDA－21型仪表还具有超限记录功能，能够将学生做实验的错误次数通过数据线传送到教师计算机中。JDA－21型仪表还具有保护功能，一旦仪表使用错误，将启动保护功能，避免损坏仪表，同时超限记录记录错误。JDA－21型仪表还具锁存功能，能够将数字式仪表所显示的数据锁存，避免数字式仪表的波动。3、实验台直流稳压电源与直流稳流电源的使用实验台设有两个独立的直流稳压电源，输出电压均可通过调节“粗调”与“细调”多圈电位器使输出电压在0-25V范围内改变，每个稳压源的额定输出电流为1A。输出电压可由面板指示电表作粗略指示。使用时注意正确接线及极性，防止输出短路，多圈电位器可转动5圈，应轻转细调，使用完毕断开电源开关。稳流电源输出电流调节可通过分档粗调开关及细调多圈电位器在0-10mA及0-200mA范围内进行调节。由于电流源理论上是不能开路的（就象电压源不能短路一样），因此在使用时应预先接好外电路，然后合上稳流源电源开关。为防止电流源对外电路的冲击，设置了预调功能，即当电流源的电源开关断开时接通一个内部负载，通过调节可在板上方指示电表上显示电流值，当电源开关接通时就断开内部负载向外部负载输出已调的电流，内转外时无任何开路冲击现象。使用电流源时应注意当电源开关接通时在任何情况下不要中断外部负载，否则会产生较高输出电压，此时如再度接通外部负载就可能产生冲击电流使仪表过载记录。如需改接外部线路应先断开电源开关，此时内部负载与外部负载是并联的，再断开外线路就不会使电流源开路。另外，需注意电源板上小电流表的量限能随着输出电流粗调开关位置同步转换，在0-10mA位置时满偏是20mA，在0-200mA位置时满偏为200mA。电流源使用完后应关断开关并将预调电流降低至零。4、单相交流调压器介绍单相交流调压器为改变交流电压的装置。智能型电工电子系统实验装置中的单相交流调压器的输入电压为～220V，输出电压为0V～250V可调；输出功率为2KW。智能型电工电子系统实验装置中的单相交流调压器的输入～220V已经接好，只要转动手柄既可调节输出电压，顺时针旋转手柄，输出电压由0～250V逐渐增加。单相交流调压器自身带有电压表，随时显示输出电压。5、信号发生器介绍信号发生器也叫函数电源或者变频电源，它是一个输出电压可调、输出频率可调的信号电源。输出信号的种类有三角波、方波、正弦波等，分别有不同的输出端。每个输出端下都有一个旋钮用于调节输出电压，；顺时针转动旋钮输出电压增加，逆时针转动旋钮，输出电压减小。在函数电源中间有一个显示屏，用于显示函数电源的输出频率（所有信号的输出频率都相同），调节输出频率有两个旋钮，其中一个为波段开关，作为输出频率的粗调，另一个多圈电位器作为输出频率的细调。6、示波器由于示波器介绍内容较多，占用篇幅较大，在这里就不介绍了，学生在做实验时由指导教师进行讲解或参看使用说明书。四、实验方法及步骤1、直流稳压电源及其直流电压表的使用将直流稳压电源调到5V（序号为000101），然后用直流电压表校对；将数据发送到教师计算机中。将直流稳压电源调到15V（序号为000102），然后用直流电压表校对；将数据发送到教师计算机中。2、直流稳流电源及其直流电流表的使用将直流稳流电源调到5mA（序号为000103），然后用直流电流表校对；将数据发送到教师计算机中。将直流稳压电源调到25mA（序号为000104），然后用直流电流表校对；将数据发送到教师计算机中。3、单相交流调压器及其交流电压表的使用单相交流调压器的输出电压调到15V（序号为000105），然后用交流电压表校对；将数据发送到教师计算机中。单相交流调压器的输出电压调到30V（序号为000106），然后用交流电压表校对；将数据发送到教师计算机中。4、正弦波信号发生器的使用利用交流电压表将正弦波信号调到5V（序号为000107），频率调到1KHz；用示波器观察输出波形，并且测量其输出波形的电压和频率；将数据发送到教师计算机中。五、预习要求1、预习实验指导书中的实验内容、及其实验方法与步骤，并写出预习报告。六、思考题1、试验装置中的直流稳流电源，为什么关闭电源开关后直流稳流电源上的电流表仍然有读数？2、如果将单相交流调压器的输出电压调为零，人触摸单相调压器的输出端能否触电？七、注意事项1、在调节输出电压和输出电流时，在打开电源之前要先将输出旋钮逆时针旋转到头（使输出为零），然后再逐渐顺时针调节输出旋钮，避免打开电源后就有一个大电压（电流）冲击。2、在做实验时要注意安全，通电后，不要摸电路中金属部分。实验二、元件伏安特性的测量验证性实验一、实验目的1、掌握几种元件的伏安特性的测试方法。2、掌握应用伏安特性判定电路元件类型的方法。3、学习常用直流电工仪表和设备的使用方法。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明1、在电路中，电路元件的特性一般用该元件上的电压U与通过元件的电流I之间的函数关系U=f（I）来表示，这种函数关系称为该元件的伏安特性，有时也称外部特性，对于电源的外特性则是指它的输出端电压和输出电流之间的关系，通常这些伏安特性用U和I分别作为纵座标和横座标绘成曲线，这种曲线就叫做伏安特性曲线或外特性曲线。2、本实验中所用元件为线性电阻、白炽灯泡、一般半导体二极管整流元件及稳压二极管等常见的电路元件，其中线性电阻的伏安特性是一条通过原点的直线，图2－1（a）所示，该直线的斜率等于该电阻的数值，白炽灯泡在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的改变而改变，并且具有一定的惯性，又因为温度的改变是与流过的电流有关，所以它的伏安特性为一条曲线，如图2－1（b）所示。由图可见，电流越大温度越高，对应的电阻也越大。一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”可相差几倍至十几倍，一般半导体二极管整流元件也是非线性元件，当正向运用时其外特性如图2－1（c）所示，稳压二极管是一种特殊的半导体器件，其正向伏安特性类似普通二极管，但其反向伏安特性则较特别，如图2－1（d）所示，在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时（一般称稳定电压）电流突然增加，以后它的端电压维持恒定不再随外加电压升高而增加，利用这种特性在电子设备中有着广泛的应用。通过测量元件的伏安特性可判定电阻元件的类型。3、理想电压源（直流稳压电源可看成近似的理想电压源）其输出电压不随输出电流的变化而变化，其伏安特性如图2－2（a）所示，理想电流源（直流稳流电源可看成近似的理想电流源）其输出电流不随输出电压的变化而变化，其伏安特性如图2－2（b）所示。图2－2四、实验内容与步骤1、测定线性电阻的伏安特性曲线按图2－3（a）接线，取被测电阻R＝1KΩ，先将直流稳压电源的电压调节旋钮逆时针旋转到头，使输出电压为零，然后，逐渐调节稳压电源的输出电压，从而可测得通过电阻R的电流及相应的电压值。将所读数据添入表2－1中。表2－1：线性电阻的伏安特性测量数据表I（mA）U（V）2、测定非线性电阻的伏安特性按图2－3（b）接线，非线性电阻为实验装置提供的非线性电阻，先将直流稳压电源的电压调节旋钮逆时针旋转到头，使输出电压为零，然后，逐渐调节稳压电源的输出电压，从而可测得通过非线性电阻的电流及相应的电压值。将所测数据添入表2－2中。表2－2：非线性电阻的伏安特性测量数据表I（mA）U（V）3、测定二极管的正向伏安特性按图2－3（c）接线，二极管为实验装置提供的锗二极管（注意锗二级管的极性），先将直流稳压电源的电压调节旋钮逆时针旋转到头，使输出电压为零，然后，逐渐调节稳压电源的输出电压，从而可测得通过二极管正向的电流及相应的电压值，将所测数据添入表2－3中。表2－3：二极管的正向伏安特性测量数据表I（mA）U（V）4、测定稳压二极管的反向伏安特性按图2－3（d）接线，稳压管为实验装置提供的稳压管（注意稳压管的极性），先将直流稳压电源的电压调节旋钮逆时针旋转到头，使输出电压为零，然后，逐渐调节稳压电源的输出电压，从而可测得通过稳压管反向电流及相应的电压值，将所测数据添入表2－4中。表2－4：稳压二极管的反向伏安特性测量数据表I（mA）U（V）5、测定理想电压源的伏安特性按图2－4（a）接线，调节直流稳压电源输出电压为10V，可变电阻为实验装置提供的电阻箱（×1KΩ），改变可变电阻箱的阻值，并记下相对应的电压和电流值，将所测数据添入表2－5中。表2－5：理想电压源的伏安特性测量数据表I（mA）U（V）6、测定理想电流源的伏安特性按图2－4（b）接线，调节直流稳流电源输出电流为8mA，可变电阻为实验装置提供的电阻箱（×100Ω），改变可变电阻箱的阻值，并记下相对应的电压和电流值，将所测数据添入表2－6中。表2－6：理想电流源的伏安特性测量数据表I（mA）U（V）五、实验报告要求1、用坐标纸分别绘制电压源、电流源外特性以及各元件的伏安特性曲线。2、分析比较各种曲线的特点，根据伏安特性曲线判断各元件的性质。3、分析测量误差原因。4、总结实验经验和体会。5、回答思考题。六、思考题1、测定二极管的伏安特性曲线时，为什么测二极管正向特性时必须电流表外接，测二极管反向特性时必须电流表内接？2、电阻元件的伏安特性与电源的伏安特性有什么差别？各自有哪些特点。七、注意事项1、在通电前，要将电压源或电流源的输出调为零。2、在实验过程中，直流稳压电源不能短路。3、绘制特性曲线时要注意合理选取坐标比例。实验三、基尔霍夫定律验证性实验一、实验目的1、加深对基尔霍夫定律的理解。2、用实验数据验证基尔霍夫定律。3、熟练掌握仪器仪表的使用技术。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明基尔霍夫定律是电路理论中最基本的定律之一，它阐明了电路整体结构必须遵守的规律，应用极为广泛。基尔霍夫定律有两条：一是电流定律，另一是电压定律。1、基尔霍夫电流定律（简称KCL）是：在任一时刻，流入到电路任一节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和，换句话说就是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流的代数和为零。这一定律实质上是电流连续性的表现。运用这条定律时必须注意电流的方向，如果不知道电流的真实方向时可以先假设每一电流的正方向（也称参考方向），根据参考方向就可写出基尔霍夫的电流定律表达式,例如图3－1所示为电路中某一节点N，共有五条支路与它相连，五个电流的参考正方向如图，根据基尔霍夫定律就可写出：I1+I2+I3+I4+I5=0如果把基尔霍夫定律写成一般形式就是∑I=0。显然，这条定律与各支路上接的是什么样的元件无关，不论是线性电路还是非线性电路，它是普遍适用的。电流定律原是运用某一节点的，我们也可以把它推广运用于电路中的任一假设的封闭面，例如图3－2所示封闭面S所包围的电路有三条支路与电路其余部分相联接其电流为I1，I2，I3，则：I1＋I2＋I3=0。因为对任一封闭面来说，电流仍然必须是连续的。2、基尔霍夫电压定律（简称KVL）：在任一时刻，沿闭合回路电压降的代数和总等于零。把这一定律写成一般形式即为∑U=0，例如在图3－3所示的闭合回路中，电阻两端的电压参考正方向如箭头所示，如果从节点a出发，顺时针方向绕行一周又回到a点，便可写出：U1+U2+U3-U4-U5=0显然，基尔霍夫电压定律也是和沿闭合回路上元件的性质无关，因此，不论是线性电路还是非线性电路，它是普遍适用的。四、实验内容与步骤按照图3－4所示实验线路接线：图3－41、验证基尔霍夫电流定律（1）按照表3－1测量各个支路的电流，将测量结果填入表3－1，并与计算值进行比较。注意，实验时各条支路电流及总电流用电流表测量，在接线时每条支路可串联连接一个电流表插口，测量电流时只要把电流表所连接的插头插入即可读数。但要注意插头连接时极性，插口一侧有红点标记是与插头红线对应。表3－1：验证基尔霍夫电流定律测量数据表支路电流项目II1I2I3I4计算值测量值（2）根据图3－4中标出的电流方向，计算出节点b和节点d的电流和，并且计算出误差。数据填入表3－2。表3－2：测量电流误差计算数据表节点相加bd∑I（计算值）∑I（测量值）误差ΔI2、验证基尔霍夫电压定律（1）按照表3－3测量各个支路的电压，将测量结果填入表3－3，并与计算值进行比较，计算出误差。表3－3：验证基尔霍夫电压定律测量数据表电压项目UabUbcUcdUdeUbdE计算值测量值（2）按照表3－4中给定的各个回路，计算出各个回路的电压和，并计算值进行比较，计算出误差。表3－4：测量电压误差计算数据表回路相加abdeabcdbabcdea∑U（计算值）∑U（测量值）误差ΔU五、实验报告要求1、完成实验测试、数据列表；根据实验测量结果得出结论。2、根据基尔霍夫定律及电路参数计算出各支路电流及电压；计算结果与实验测量结果进行比较，说明误差原因；3、小结对基尔霍夫定律的认识。4、总结收获和体会。5、回答思考题。六、思考题1、对于非线性电路，基尔霍夫定律是否适用？怎样用实验方法验证？实验四、电压源与电流源的等效变换验证性实验一、实验目的1、了解理想电流源与理想电压源的外特性2、验证电压源与电流源互相进行等效转换的条件二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明1、在电路理论中，理想电源除理想电压源之外，还有另一种电源，即理想电流源，理想电流源在接上负载后，当负载电阻变化时，该电源供出的电流能维持不变，理想电压源接上负载后，当负载变化时其输出电压保持不变，它们的电路图符号及其特性见图4－1。USUS图4－1在工程实际上，绝对的理想电源是不存在的，但有一些电源其外特性与理想电源极为接近，因此，可以近似地将其视为理想电源。理想电压源与理想电流源是不能互相转换的。2、一个实际电源，就其外部特性而言，既可以看成是电压源，又可以看成是电流源。图4－2电流源用一个理想电流源IS与一电导G0并联的组合来表示，电压源用一个理想电压源ES与一电阻R0串联组合来表示，它们向同样大小的负载供出同样大小的电流，而电源的端电压也相等，即电压源与其等效电流源有相同的外特性（如图4－2所示）。一个电压源与一个电流源相互进行等效转换的条件为：IS=ES/R0g0=1/R0或ES=IS/G0R0=1/G四、实验内容与步骤1、测量理想电流源的外特性本实验采用的电流源，当负载电阻在一定的范围内变化时（即保持电流源两端电压不超出额定值），电流基本不变，即可将其视为理想电流源。按图4－3接线，将理想电流源调节到15mA。R为电阻箱（×100Ω），改变电阻箱电阻值，从而可测得理想电流源的外特性。将所读数据添入表4－1中。图4－3表4－1：理想电流源的外特性测量数据表电阻R(Ω)电流I(mA)电压U(V)2、测量理想电压源的外特性当外接负载电阻在一定范围内变化时电源输出电压基本不变，可将其视为理想电压源。按图4－4接线，将理想电压源调节到8V。R为电阻箱（×1KΩ），改变电阻箱电阻值，从而可测得理想电压源的外特性。将所读数据添入表4－2中。表4－2：理想电压源的外特性测量数据表电阻R(Ω)电流I(mA)电压U(V)图6－43、验证实际电压源与电流源等效转换的条件将理想电流源并联一个电阻就形成一个实际电流源。将电流源调到IS＝15mA，然后与电导G0（G0=1/R0），取R0＝500Ω，并联，就构成了一个实际电流源。将该电流源接至负载R一电阻箱（×1KΩ），改变电阻箱的电阻值，即可测出该实际电流源的外特性，实验接线如图4－5所示。将所读数据添入表4－3中。图4－5图4－3：实际电流源的外特性测量数据表IS=G0=电阻R(Ω)电流I(mA)电压U(V)根据等效转换的条件，将电压源的输出电压调至ES=ISR0，并串接一个电阻R0，从而构成一个实际电压源，如图4－6。，将该电压源接到负载R一电阻箱，改变电阻箱的电阻值即可测出该电压源的外特性。测量数据填入表6－4中。在两种情况下，负载电阻R相同值时可比较是否具有相同的电压与电流。就可以判断是否等效。图4－6图4－4：实际电压源的外特性测量数据表ES=R0=电阻R(Ω)电流I(mA)电压U(V)五、实验报告要求1、用坐标纸分别绘制理想电压源、理想电流源、实际电压源、实际电流源的外特性曲线。2、根据电路参数计算出各个电阻下的电流、电压。将计算结果与实验测量结果进行比较，根据实验结果，验证电压源和电流源是否等效。3、如果存在误差，分析测量误差原因。4、总结收获和体会。4、回答思考题。六、思考题1、试从实验线路中说明，电压源和电流源的输出端发生短路时，对电源的影响有何不同？实验五、叠加定理验证性实验一、实验目的1、通过实验来验证线性电路中的叠加定理以及其适用范围；2、学习使用直流仪器仪表测试电路的方法。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置。三、原理与说明几个电动势在某线性网络中共同作用时，也可以是几个电流源共同作用，或电动势和电流源混合共同作用，它们在电路中任一支路产生的电流或在任意两点间的所产生的电压降，等于这些电动势或电流源分别单独作用时，在该部分所产生的电流或电压降的代数和，这一结论称为线性电路的叠加定理，如果网络是非线性的，叠加定理不适用。四、实验内容与步骤实验电路如图5－1所示：图5－11、先调节好电压源E1=10V，E2=5V；电流源IS＝5mA。2、按图5－1接线，先不加电流源（IS＝0）。3、K1接通电源，K2打向短路侧，测量各点电压，数据填入表5－1。表5－1：电压项目UBDIBDUDFIDFUDC实际测量值E1单独作用E2单独作用IS单独作用E1,E2,IS共同作用理论计算值E1单独作用E2单独作用IS单独作用E1,E2,IS共同作用绝对误差E1单独作用E2单独作用IS单独作用E1,E2,IS共同作用相对误差E1单独作用E2单独作用IS单独作用E1,E2,IS共同作用E1值E2值IS值4、K2接通电源，K1打向短路侧，重复实验测量，数据填入表3－1。5、K1、K2都打向短路侧，接通电流源IS，重复实验测量，数据填入表3－1。6、K1、K2都接通电源，同时也接通电流源IS，重复实验测量，数据填入表5－1。五、实验报告要求1、完成实验测试、数据列表；根据实验测量结果得出结论。2、根据叠加定理及电路参数计算出E1单独作用、E2单独作用、IS单独作用、E1,E2,IS共同作用时各支路电流及电压；计算结果与实验测量结果进行比较，说明误差原因；3、小结对叠加定理的认识。4、总结收获和体会。5、回答思考题。六、思考题1、对于非线性元件叠加原理是否适用？如何用实验方法证明。2、改变含有电流源的支路中串联的电阻对测量结果有何影响？3、如果电源含有不可忽略的内电阻与内电导，实验中应如何处理？实验六、代维南定理和诺顿定理验证性实验一、实验目的1、加深对戴维南定理和诺顿定理的理解。2、进一步掌握电压源与电流源相互进行等效转换的条件。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明1、任何一个线性网络，如果只研究其中的一个支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作一个含源一端口网络，而任何一个线性含源一端口网络对外部电路的作用，可用一个等效电压源来代替，该电压源的电动势ES等于这个含源一端口网络的开路电压UK，其等效内阻RS等于这个含源一端口网络中各电源均为零时（电压源短接，电流源断开）无源一端口网络的入端电阻R，这个结论就是戴维南定理，如图6－1所示。图6－1如果用等效电流源来代替，其等效电流IS等于这个含源一端口网络的短路电流Id，其等效内电导等于这个含源一端口网络各电源均为零时无源一端口网络的入端电导，这个结论就是诺顿定理，如图6－2所示。2、等效的含义是两个电路的外特性相同。3、应用代维南定理和诺顿定理时，被变换的一端口网络必须是线性的，可以包含独立电源或受控源，但是与外部电路之间除直接联系外，不允许存在任何耦合，例如，通过受控电源的耦合或者磁的耦合（互感耦合）等。外部电路可以是线性的、非线性的或时变元件，也可以是由它们组成的网络。图6－24、对于已知的线性有源一端口网络等效参数，可以从原网络计算得出，也可以通过实验手段测出。下面介绍几种测量开路电压和等效电阻的方法。（1）测量开路电压UK方法一：直接测量法。当有源一端口网络的等效电阻RS与电压表的内阻RV相比可以忽略不计时，可以用直流电压表直接测量开路电压。方法二：补偿法。如果有源一端口网络的等效电阻RS与电压表的内阻RV相比不能忽略不计时，RV的接入，会改变被测电路的工作状态，给测量结果带来一定误差。为了解决这个问题，这里介绍一种测量电压的方法――补偿法。用这种方法可以排除电压表内阻对测量所造成的影响。图4－3是补偿法测量电压的电路图。图6－3用补偿法测量电压的步骤如下：①、用电压表初测电压图6－3（a）中的开路电压Uab的值，然后调节图6－3（b）中补偿电路中的分压器，使电压表显示的值近似等于Uab。②、将a’、b’与a、b对应相接，再细调补偿电路中分压器的输出电压U，使检流计G的指示为零。这个情况说明两点事实：第一点，因为没有电流通过检流计G，表明a’、a两点电位相同；所以这说明电压表所指示的电压U等于被测电压uOC。第二点，因为没有电流流过检流计G，表明由于补偿电路的接入，并没有影响被测电路。（2）测量等效内阻RS方法一：开路短路法。测量a、b端的开路电压UK及其短路电流IS，则等效内阻RS，由计算。此法适用于等效内阻RS较大，而且短路电流不超过电源额定电流的情况下，否则容易烧坏电源。方法二：外加电压法。把有源一端口网络中所有独立电源置零，然后在端口处外加一给定电压U，测得输入端口的电流i，则等效内阻RS，由计算。方法三：二次电压法。测量电路如图6－4所示，首先断开开关K，测量a、b的开路电压uOC，然后闭合开关，在a、b端接一已知电阻RL，并再次测量a、b的端电压UL。则等效内阻RS，由计算。四、实验内容与步骤1、按图6－5接线，组成一个有源二端网络；改变负载电阻R，测量网络的伏安特性。特别注意要测出R=∞及R=0时的电压和电流；数据填入表6－1中。图6－5表6－1：R（Ω）0∞UAB（V）IR（mA）2、测量有源二端网络的开路电压UK利用直接测量法，R=∞时（负载开路）UAB的电压，即为开路电压。3、测量有源二端网络的等效内阻RS利用开路短路法，R=∞时（负载开路）UAB的电压与R=0时的电流IS（短路电流）之比即为等效内阻RS。4、组成戴维南等效电路。利用稳压电源和电阻箱组成如图4－6所示的戴维南等效电路；改变负载电阻R测量其伏安特性。特别注意要测出R=∞及R=0时的电压和电流；数据填人表6－2中。表6－2：R（Ω）0∞UAB（V）IR（mA）5、组成诺顿等效电路利用稳流电源和电阻箱组成如图6－7所示的诺顿等效电路；改变负载电阻R测量其伏安特性。特别注意要测出R=∞及R=0时的电压和电流；数据填人表6－3中。稳流电源的输出电流为网络的短路电流IS。表6－3：R（Ω）0∞UAB（V）IR（mA）五、实验报告要求1、完成实验测试、数据列表；根据实验测量结果得出结论。2、根据实验测得的表6－1、表6－2、表6－3，用坐标纸分别绘出曲线。3、根据测量数据及曲线验证戴维南定理和诺顿定理。4、根据戴维南定理和诺顿定理及电路参数计算出电路中各电阻时的电流和电压；计算结果与实验测量结果进行比较，如果存在误差，说明误差原因。4、小结对戴维南定理和诺顿定理的认识，总结收获和体会。5、回答思考题。六、思考题1、对于含有受控源的电路戴维南定理和诺顿定理是否成立？如何验证？实验七、最大功率传输条件的实验研究验证性实验一、实验目的1、了解电源与负载间功率传输的关系。2、熟悉负载获得最大功率传输的条件与应用。3、实验证明最大功率传输时电源内阻与负载电阻数值的关系。4、熟悉测试方法。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明一个实际的电源，它产生的总功率通常由两部分组成，即电源内阻所消耗的功率和输出到负载上的功率。在电子技术与仪器仪表领域中，通常由于信号电源的功率较小，所以总是希望在负载上能获得的功率越大越好，这样可以最有效的利用能量。但由于电源总是存在内电阻，其等效电路为一个无内阻的电动势与一个电阻串联构成的二端有源网络。如图7－1所示左边框内为电源等效电路，右边框内为负载电阻。图7－1图7－2在RL上得到的功率为： PL=I2RL=（E0/R0+RL）2RL当RL=0及RL=∞时，电源传输给负载的功率均为零，因此必有某一RL值使P=PM为最大值。以不同的RL值代入上式可求出不同的P值。可以证明只有当RL=R0时负载上才能得到最大的功率如图10－2所示。图中IS为当RL=0时的最大电流 IS=E0/R0事实上只要将负载功率表达式中以RL为自变量，功率P为应变量并使dP/dRL=0，即可求出最大功率的条件：dP/dRL=0，即：使（RL+R0）2-2RL（RL+R0）=0，得：RL=R0当满足RL=R0时，电路称为最大功率“匹配”，此时负载上最大功率为： P=PM=E20RL/4RLR0=E20/4R0=E20/4RL当然，在“匹配”条件下，电源内阻上也消耗与负载电阻上相等的功率，因此，这时电源效率仅50%。在电力工程中因为发电机内阻很低，运用到“匹配”条件时功率大大超过容许值会损坏发电机，所以负载电阻应远大于电源内阻，这样也可保持较高效率。但在电子技术领域中因一般信号源内阻都较大，功率也小，所以效率是次要的，主要的是获得最大输出功率。三、实验方法与步骤测量实验台上直流稳压电源在不同外加电阻时负载上获得的功率。因电源的内阻较小，为限制电流，实验时采用外加电阻作为电源内阻。实验线路如图7－3所示。图7－3实验步骤：1、调节R0=100Ω，E0=10V RL在0~1KΩ范围内变化时分别测量出U0、UL、I的值，实验数据填入表7－1。（2）调节R0=500Ω，E0=15V RL在0~5KΩ范围内变化时分别测量出U0、UL、I的值，实验数据填入表7－1。表7－1：010Ω20Ω30Ω50Ω100Ω300Ω500Ω1KΩ5KΩ10KΩE0=10伏R0=100ΩIU0ULPP0PLE0=15伏R0=500ΩIU0ULPP0PL五、实验报告要求1、完成实验测试、数据列表；根据实验测量结果得出结论。2、分别画出E0=10V，R0=100Ω，E0=15V，R0=500Ω，两种不同电压和内阻情况下的下列关系曲线：I—RLU0—RLUL—RLP—RLP0—RLL—RL3、从上述图表数据中说明负载获得最大功率的条件。5、总结收获和体会。5、回答思考题。六、思考题1、实际应用中，在电源一定的条件下，如何使负载得到最大功率？实验八、用二表法测量交流电路等效参数验证性实验一、实验目的1、掌握交流电路中R、L、C参数的基本测试方法。2、熟练正确使用调压器、交流电压表、交流电流表的接线方法与误差分析。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明1、交流电路中的基本参数是电阻、电感和电容。在交流电路中，元件的阻抗值或无源一端口网络的等效阻抗值，可利用交流电压表及交流电流表测量或仅用交流电压表测量后经运算求出，这种方法对简化复杂的无源一端口网络具有实用意义。对于一个未知的元件，需要先判断被测阻抗是容性还是感性。一般可用下列方法加以确定。（1）在被测元件两端并接一只适当容量的试验电容器，若电流表读数增大，则被测元件为容性，若电流表读数减小，则读数为感性。假定被测阻抗Z的电导和电纳分别为G、B，并联试验电容C0的电纳为B0。在端电压有效值不变的条件下，设被测元件两端并联试验电容C0后的总电纳为B＋B0＝B’。若B0增大，B’也增大，而电路中电流I单调上升，则可判断B为容性元件。若B0增大，但是B’却先减小而后再增大，电流也是先减小后上升，而电路中电流I单调上升，则可判断B为感性元件。由以上分析可见，当B为容性元件时，对并联电容C0值无特殊要求，但是为感性元件时，B0<|2B|才有判定为感性的意义。当B0>|2B|时，电流单调上升，与B为容性时相同，并不能说明电路为感性的。因此，B0<|2B|是判断电路性质的可靠条件。由此得判定条件为C0<|2B/ω|。（2）利用示波器测量阻抗元件的电流与端电压之间的相位关系，电流超前为容性，电流滞后为感性。（3）在电路中接入功率因数表，从表上直接读出被测阻抗的COSΦ值，读数超前为容性，读数滞后为感性。如图8－1所示的电路，Z为某一待测的无源一端口网络，R为一外加电阻，用电压表分别测量出U1、UR、及U2，用电流表读出I即可按比例画出电路相量图，若Z为感性电路则相量图如图8－2所示。图8－1图8－2取电流为参考相量，U1、UR、及U2组成一个闭合三角形OAB，而且有＝＋，由余弦定理可求出COSΦ1为:COSΦ1＝（U12＋UR2＋U22）/（2U1UR）＝＋，且构成一个直角三角形BAC，URL为电感线圈内部电阻上的电压降分量。由图可知URL及UL为：URL＝U1COSΦ1－UR，UL＝U1SinΦ1于是可得RL＝URL/I，L＝UL/（ωI）＝UL/（2πfI）同理，如果被测元件为容性电路，也一样可求出他们的等值参数。2、一表法测量线路同上，但串联电阻RS的阻值应预先已知，这样线路电流I=UR/RS，其余计算方法同上，此法实用性更强。四、实验内容与步骤1、利用实验装置提供的元件按图8－3的无源一端口网络做为图8－1中的待测参数Z。组成如图8－4所示的电路。图中R＝500Ω。图8－3图中L为电感元件，采用20W日光灯中的镇流器；RL为其等效电阻。R1＝500Ω，C＝5μf。图8－42、用二表法测量交流电路等效参数首先调节调压器输出电压为零，然后通电。逐渐升高调压器电压，先用电压表测量U2电压，使U2＝60V，然后，保持调压器输出电压不变，分别测量U1、UR电压和电流I。记入表8－1中。表8－1：U1（V）UR（V）U2（V）I（mA）R=UR计算数据Z（Ω）Cosφφ等效RL'（Ω）等效L'（mH）等效C'（μf）按比例画出电路相量图，并计算出外接外接串联电阻R（假设R为未知量），一端口网络阻抗|Z|，负载的功率因数Cosφ和φ，负载电阻分量RL'及电感线圈的L。数据填入表8－1中。4、用一表法测量交流电路等效参数，首先调节调压器输出电压为零，然后通电。逐渐升高调压器电压，先用电压表测量U2电压，使U2＝60V，然后，保持调压器输出电压不变，分别测量U1、UR电压和电流I。记入表8－1中。按比例画出电路相量图，已知R＝500Ω，计算出一端口网络阻抗|Z|，负载的功率因数Cosφ和φ，负载电阻分量RL'及电感线圈的L。数据填入表8－2中。表8－2U1（V）UR（V）U2（V）I=UR/RRS（Ω）计算数据Z（Ω）Cosφφ等效RL'（Ω）等效L'（mH）等效C'（μf）五、实验报告要求1、完成实验测试、数据列表；2、根据测量值对各个元件进行计算。3、画出被测网络电压、电流向量图。4、总结收获和体会。5、回答思考题。六、思考题1、外加电阻R的阻值大小及精度对测量结果误差有无关系？七、注意事项1、通电前，单向调压器的手柄要逆时针旋转到头，使输出电压为零，避免对电路进行冲击。2、本实验为强电实验，要注意人身安全，不要触摸带电的金属部分。实验九、用三表法测量交流电路等效阻抗验证性实验一、实验目的1、学习用功率表、交流电压表、交流电流表测定交流电路元件等效参数的方法。2、掌握功率表的使用方法。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明在交流电路中，元件的阻抗值或无源一端口网络的等效阻抗值，可以用交流电压表、交流电流表和功率表分别测出元件（或网络）两端的电压U，流过的电流I和它所消耗的有功功率P之后再通过计算得出。其关系式为：阻抗的模：功率因数：等效电阻：等效电抗：,这种测量方法简称为三表法，它是测量交流阻抗的基本方法。从三表法测得的U、I、P的数值还不能判别被测阻抗是属于容性还是属于感性，一般可用下列方法加以确定。（1）在被测元件两端并接一只适当容量的试验电容器，若电流表读数增大，则被测元件为容性，若电流表读数减小，则读数为感性。假定被测阻抗Z的电导和电纳分别为G、B，并联试验电容C0的电纳为B0。在端电压有效值不变的条件下，设被测元件两端并联试验电容C0后的总电纳为B＋B0＝B’。若B0增大，B’也增大，而电路中电流I单调上升，则可判断B为容性元件。若B0增大，但是B’却先减小而后再增大，电流也是先减小后上升，而电路中电流I单调上升，则可判断B为感性元件。由以上分析可见，当B为容性元件时，对并联电容C0值无特殊要求，但是为感性元件时，B0<|2B|才有判定为感性的意义。当B0>|2B|时，电流单调上升，与B为容性时相同，并不能说明电路为感性的。因此，B0<|2B|是判断电路性质的可靠条件。由此得判定条件为C0<|2B/ω|。（2）利用示波器测量阻抗元件的电流与端电压之间的相位关系，电流超前为容性，电流滞后为感性。（3）在电路中接入功率因数表，从表上直接读出被测阻抗的COSΦ值，读数超前为容性，读数滞后为感性。四、实验内容与步骤1、测量交流电路的电阻R按图9－1接线，，R＝500Ω（采用实验装置上的电阻箱）。交流电源采用单向调压器，首先调节调压器输出电压为零，然后通电。逐渐升高调压器电压，测量数据填入表9－1中，为了测量精确，选取不同的电压测量两次。图9－1表9－1：测量值计算值I（A）U（V）P（W）R（Ω）R平均值122、测量交流电路的电感L按图13－2接线，L采用20W日光灯中的镇流器。交流电源采用单向调压器，首先调节调压器输出电压为零，然后通电。逐渐升高调压器电压，测量数据填入表9－2中，为了测量精确，选取不同的电压测量两次。表9－2：测量值计算值I（A）U（V）P（W）Z（Ω）R（Ω）XLZ∠ΦL（H）L（H）平均123、测量交流电路的电容按图9－3接线，C＝5μf（采用实验装置上的电容箱）。交流电源采用单向调压器，首先调节调压器输出电压为零，然后通电。逐渐升高调压器电压，测量数据填入表9－3中，为了测量精确，选取不同的电压测量两次。图9－3表9－3：测量值计算值I（A）U（V）P（W）Z（Ω）R（Ω）XCZ∠ΦC（μF）C（μF）平均124、利用实验装置提供的元件按图9－4的无源一端口网络做为一个被测网络，图中L为电感元件，采用20W日光灯中的镇流器；RL为其等效电阻。R1＝500Ω，C＝5μf。图9－4其中，R1、L、RL、C的参数由上面实验测得。按图9－5接线，用三表法测量此被测网络的交流参数。交流电源采用单向调压器，首先调节调压器输出电压为零，然后通电。逐渐升高调压器电压，测量数据填入表9－4中，为了测量精确，选取不同的电压测量两次。图9－5表9－4：测量值计算值I（A）U（V）P（W）Z（Ω）R（Ω）XCZ∠ΦC（μF）C（μF）平均12五、实验报告要求1、完成实验测试、数据列表；2、根据测量值对各个元件进行计算。3、画出被测网络电压、电流向量图。4、总结收获和体会。5、回答思考题。六、思考题1、为什么测量电感时功率表有读数而测量电容时功率表无读数？七、注意事项1、通电前，单向调压器的手柄要逆时针旋转到头，使输出电压为零，避免对电路进行冲击。2、本实验为强电实验，要注意人身安全，不要触摸带电的金属部分。实验十、功率因数的提高验证性实验一、实验目的1、熟悉日光灯的接线，做到能正确迅速联接电路。2、通过实验了解功率因数提高的意义。3、熟练功率表的使用。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明日光灯管A，镇流器L（带铁芯电感线圈），启动器S组成，如图10－1所示，当接通电源后，启动器内发生辉光放电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使它发射电子，启动器接通后辉光放电停止，双金属片冷却，又把触点断开，这时镇流器感应出高电压加在灯管两端，使日光灯管放电，产生大量紫外线，灯管内壁的荧光粉吸收后幅射出可见的光，日光灯就开始正常工作。启动器相当一只自动开关，能自动接通电路（加热灯丝）和开断电路（使镇流器产生高压，将灯管击穿放电）镇流器的作用除了感应高压使灯管放电外，在日光灯正常工作时，起限制电流的作用，镇流器的名称也由此而来，由于电路中串联着镇流器，它是一个电感量较大的线圈，因而整个电路的功率因数不高。负载功率因数过低，一方面没有充分利用电源容量，另一方面又在输电电路中增加损耗。为了提高功率因数，一般最常用的方法是在负载两端并联一个补偿电容器，抵消负载电流的一部分无功分量。在日光灯接电源两端并联一个可变电容器，当可变电容器的容量逐渐增加时，电容支路电流IC也随之增大，因为IC超前电压U90°，可以抵消电流IG的一部分无功分量结果总电流I逐渐减小，但如果电容器C增加过多（过补偿）。ICS>IGL总电流又将增大（I3>I2）。如图10－2所示。图10－2图10－3在实验装置上，日光灯电路中一部分电路已经接好，如图10－3所示在接线时，要把双刀双置开关扳到下面，然后接入电源以及测试仪表。四、实验内容与步骤1、将日光灯及可变电容箱元件按图10－1所示电路连接。在各支路串联接入电流表插座，再将功率表接入线路，按图接线并经检查后，接通电源，电源由单向调压器输出，单向调压器的电压要由零逐渐上升至220V。在调节单向调压器输出电压的过程中，要注意观察日光灯开始启动时的电压。2、改变可变电容箱的电容值，先使C=0，测日光灯单元（灯管、镇流器）二端的电压及电源电压，读取此时灯管电流IG及功率表读数P，数据填人表10－1中。3、逐渐增加电容C的数值，测量各支路的电流和总电流，数据填人表10－1中。电容值不要超过6μf，否则电容电流过大。表10－1：电容（μf）总电压U（V）UL（V）UA（V）总电流I（mA）IC（mA）IG（mA）功率P（W）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0五、实验报告要求1、完成上述数据测试，并列表记录。2、通过相量图说明感性负载并联电容可提高功率因数的原理。3、绘出总电流I=f（c）曲线，并分析讨论。4、总结收获和体会。5、回答思考题。六、思考题1、电容并入后，感性负载支路电流是否改变？为什么不用串联电容的方法提高功率因数？2、为什么感性负载并联电容可以提高功率因数？其物理实质是什么？负载功率因数是不是提高越高越好？3、如果日光灯管的一端灯丝开路，该日光灯管是否还可以使用？为什么？七、注意事项1、日光灯电路是一个复杂的非线性电路，原因有二，其一是灯管在交流电压接近零时熄灭，使电流间隙中断，其二是镇流器为非线性电感。2、日光灯管功率（本实验中日光灯标称功率20W）及镇流器所消耗功率都随温度而变，在不同环境温度及接通电路后不同时间中功率会有所变化。电容器在交流电路中有一定的介质损耗。3、日光灯启动电压随环境温度会有所改变，一般在180V左右可启动，日光灯启动时电流较大（约0.6A），工作时电流约0.37A，注意仪表量限选择。4、本实验中日光灯电路标明在D04实验板上，实验时将双向开关扳向“外接220V电源”一侧，当开关扳向“内接电源”时由内部已将220V电源接至日光灯作为平时照明光源之用。灯管两端电压及镇流器两端电压可在板上接线插口处测量。5、功率表的同名端按标准接法联结在一起，否则功率表中模拟指针表反向偏转，数字表则无显示。6、使用功率表测量必须按下相应电压、电流量限开关，否则可能会有不适当显示。为保护功率表中指针表开机冲击，JDW-32型功率表采用指针表开机延时工作方式，仪表通电后约10秒钟两表自动进入同步显示。实验十一、串联电路谐振的研究验证性实验一、实验目的1、学会用实验方法测定R、L、C串联谐振电路的电压和电流以及学会绘制谐振曲线。2、加深理解串联谐振电路的频率特性和电路品质因数的物理意义。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明在R、L、C串联电路中，当外加正弦交流电压的频率可变时，电路中的感抗、容抗和电抗都随着外加电源频率的改变而变化，因而电路中的电流也随着频率而变化。这些物理量随频率而变的特性绘成曲线，就是它们的频率特性曲线。由于XL=ωLXC=X=XL-XC=ωL- Z=如图11－1所示的曲线，就是电阻、电感和电容随频率而变化的曲线。曲线的横坐标为η＝，纵坐标为UR/U、UL/U或UC/U。当XL=XC时的频率ω叫做串联谐振频率ω0，这时电路是呈谐振状态（η＝1）。谐振角频率为ω=ω0=谐振频率f0=可见谐振频率决定于电路参数L及C，随着频率的变化，电路的性质在ω<ω0（η<<1）时呈容性，ω>ω0（η>>1）时电路呈感性，ω=ω0（η＝1）时，即在谐振点电路出现纯阻性。图11－1如维持外加电压U不变，并将谐振时的电流表示为：I0=，电路的品质因数Q为：Q=改变外加电压的频率，作出如图11－2所示的电流谐振曲线，它的表达式为：当电路的L及C维持不变，只改变R的大小时，可以作出不同Q值的谐振曲线，Q值越大，曲线越尖锐，在这些不同Q值谐振曲线图上通过纵座标I/I0=0.707处作一平行于横轴的直线，与各谐振曲线交于两点：ω1及ω2，Q值越大，这两点之间的距离越小，可以证明： Q=上式说明电路的品质因数越大、谐振曲线越尖锐、电路的选择性越好，相对通频带越小，这就是Q值的物理意义。图11－２实验中用JDV-11型交流电压表测出UR，则I=UR/R，在保持Ui不变情况下，改变频率f测量对应的UR。四、实验内容与步骤1、按照图11－3所示实验线路接线：选C=1μf，R=R1=100Ω，L=100mH（用实验装置上互感电路原边），保持Ui=10V，改变频率（给定频率范围为200Hz～1500Hz），测量对应的UR、UC、ULR电压，数据填人表11－1中。2、按照图11－3所示实验线路接线：选C=1μf，R=R2=400Ω，L=100mH（用实验装置上互感电路原边），保持Ui=10V，改变频率（给定频率范围为200Hz～1500Hz），测量对应的UR、UC、ULR电压，数据填人表11－1。注意，测量要寻找转折点。测量UR的电压时，随着频率是增加的电压逐渐增加，当UR的电压由大变小时，转折点的频率就是谐振频率。测量UC、ULR电压的方法同上。表11－1：串联谐振回路参数R1=ΩR2=ΩC=μfL=mHRL=ΩR=R1+RL时实验测量数据f（Hz）Ui（V）UR（V）UC（V）ULR（V）R=R2+RL时实验测量数据f（Hz）Ui（V）UR（V）UC（V）ULR（V）五、实验报告要求1、根据实验测量数据，在同一坐标系中绘出两种电阻时的电流谐振曲线，并且比较上述两种曲线的特点。2、计算对应不同电阻值的品质因数，并将实验结果与理论计算结果进行比较。3、在同一坐标系中绘出R=R1+RL时UR、UC、ULR随频率f变化的曲线。4、根据谐振曲线讨论与分析串联谐振电路的特点，包括谐振频率与理论值的差异，电路参数对谐振曲线的形状的影响，电路的Q值等。六、思考题1、在实验中，用哪些方法能判别电路处于谐振状态？2、当RLC串联电路发生谐振时，是否有UR＝US，线圈电压UL＝UC？分析其原因。

实验十二、三相电路电压、电流的测量验证性实验一、实验目的1、学会三相负载星形和三角形的连接方法，掌握这两种接法的线电压和相电压，线电流和相电流的测量方法。2、观察分析三相四线制中，当负载不对称时中线的作用。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、实验内容三相电源一般是由三个同频率、等幅值和初相角相差1200的正弦波电压源按一定方式连接而成。这组电压源称为三相电源，工程上分别标记为A、B、C相，实验装置上的符号为U、V、W。在实验装置上还有三相灯板负载，对应的首端符号分别为U、V、W尾端符号分别为N1、N2、N3。对于三相电路的负载有两种接线形式：星型接线和三角形接线。对于星形接线，相电流等于线电流，如电源为对称三相电压，则因线电压是对应的相电压的矢量差，在负载对称时它们的有效值相差倍，即：U线=U相。这时各相电流也对称，电源中点与负载中点之间的电压为零，如用中线将两中点之间连接起来，中线电流也等于零，如果负载不对称，则中线就有电流流过，这时如将中线断开，三相负载的各相相电压不再对称，各相电灯出现亮、暗不同的现象，这就是中点位移引起各相电压不等的结果。如果将图1的三相负载的X与B、Y与C、Z与A分别相连，再在这些连接点上引出三根导线至三相电源，即为三角形连接法。这时线电压等于相电压，但线电流为对应的两相电流的矢量差，负载对称时，它们也有倍的关系，即：I线=I相。若负载不对称，虽然不再有倍的关系，但线电流仍为相应的相电流矢量差，这时只有通过矢量图，方能计算它们的大小和相位。四、实验方法与步骤1、按图12－1接线，将三相电阻负载按星形接法联接，接至三相对称电源。测量有中线时负载对称和不对称的情况下，各线电压、相电压、线电流、相电流和中线电流的数值。拆除中线后，测量负载对称和不对称，各线电压、相电压、线电流、相电流的数值。观察各相灯泡的亮暗，测量负载中点与电源中点之间的电压，分析中线的作用。测量数据填人表12－1。2、按图12－2接线，将三相灯板接成三角形连接，测量在负载对称及不对称时的各线电压、相电压、线电流、相电流读数，分析它们互相间的关系。测量数据填人表12－2。表12－1：线电压相电压、相（线）电流中线电流中点间电压UABUBCUCAUAUBUCIAIBIC负载对称有中线无中线负载不对称有中线无中线表12－2：线电压（伏）相电流（安）线电流（安）线电流/相电流UABUBCUCAIABIBCIIAIBICIA/IABIB/IBCIC/ICA对称负载不对称负载五、实验报告要求1、完成上述数据测试，根据表12－1和表12－2，对各种不同情况下电路的电压、电流进行分析。2、总结三相电路在各种状态下的电流、电压之间的关系。3、根据三角形连接不对称负载时的相电流作相量图，并求出线电流的数值，与实验测得的线电流数据作比较、分析。4、用实验数据和观察到的现象，总结三相四线制供电系统中中线的作用。3、回答思考题。六、思考题1、三相负载根据什么条件连接成星形或三角形？2、在负载对称的星形连接中，若负载一相开路，在有中线和无中线两种情况下，会出现何种现象？并由此说明，在三相四线制电路中，中线为什么不允许接熔断器？七、注意事项1、因本实验操作电压最高，所以必须小心接线，改接线路必须断电，特别注意不使电流表插头线悬空时插入有电插座。实验十三、三相电路功率的测量验证性实验一、实验目的1、熟悉功率表的正确使用方法2、掌握三相电路中有功功率的各种测量方法二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、实验内容1、三表法根据电动系单向功率表的基本原理，在测量交流电路中负载所消耗的功率时，其读数P决定于下式：P=UIcosφ。式中，U为功率表电压线圈所跨接的电压，I为流过功率表电流线圈的电流。φ为U和I之间的相角差。如图13－1所示。图13－1工业生产中经常碰到要测量对称三相电路与不对称三相电路的有功功率的测量问题。测量的方法很多，原则上讲，只要测出每相功率（即每相接一只功率表）相加就是三相总功率。如图13－2所示。就是三瓦特表法测量三相电路负载的电路图。三相负载总功率：P＝PA＋PB＋PC式中：PA为A相负载消耗的功率；PB为B相负载消耗的功率；PC为C相负载消耗的功率。但这种方法只在有对称三相四线制系统时才是方便的，如负载为三角形联接或虽为星形联接但无中线引出来，在这种情况下要测每相功率是比较困难的，因而在星形接线三相四线制无中线和三角形接线的情况下就不能利用三表法测量负载的功率。只能利用其它方法进行测量。常用下列其他方法进行测量。图13－22、二瓦表法在三线制不对称负载情况下常采用二瓦法测量三相总功率。接线方式有三种如图13－3所示。以接法1为例证明二瓦表读数之和等于三相总功率瞬时功率 p1=uABiA=（uA-uB）iA p2=uCBiC=（uC-uB）iC p1+p2=uAiB+uCiC-uB（iA+iC）由于在三线制中 iA+iB+iC=0 所以-（iA+iC）=iB于是 p=p1+p2=uAiA+uBiB+uCiC图13－3

瓦特表读数为功率的平均值如果电路对称，可作矢量如图13－4所示由图可得：P1=UABIAcos（φ+30°），P2=UCBICcos（φ-30°）因为电路对称，所以：UAB=UBC=UCA=ULUL为线电压IA=IB=IC=ILIL为线电流P1=ULILcos（φ+30°），P2=ULILcos（φ-30°）利用三角等式变换可得：P=P1+P2=ULILcosφ下面讨论几种特殊情况①φ=0可得：P1=P2读数相等②φ=±60°φ=+60°P1=0φ=-60°P2=0③|φ|>60°φ>60°P1<0φ<60°P2<0在最后一种情况下有一瓦特表指针反偏，这时应该将瓦特表电流线圈两个端子对调，同时读数应算负值。四、实验内容与步骤1、三相四线制供电系统按图13－5接线，负载星形连接有中线。用三瓦计法分别测量负载对称和负载不对称两种情况下负载所消耗的三相有功功率。负载对称时A相、B相、C相均为两灯；负载不对称时A相、B相、C相分别为一灯、二灯、三灯；所测数据填人表13－1。表13－1：三瓦计法PAPBPCP负载对称负载不对称按图13－5接线，负载星形连接有中线。用二瓦计法测量负载对称时负载所消耗的三相有功功率。负载对称时A相、B相、C相均为两灯；所测数据填人表13－2中。表13－2：二瓦计法P1P2P负载对称图13－52、三相三线制供电系统按图13－6接线，负载星形连接无中线。用二瓦计法分别测量负载对称和负载不对称两种情况下负载所消耗的三相有功功率。负载对称时A相、B相、C相均为两灯；负载不对称时A相、B相、C相分别为一灯、二灯、三灯；所测数据填人表13－3。图13－6表13－3：二瓦计法P1P2P负载对称负载不对称按图13－7接线，负载三角形连接。用二瓦计法分别测量负载对称和负载不对称两种情况下负载所消耗的三相有功功率。负载对称时A相、B相、C相均为一灯；负载不对称时A相、B相、C相分别为一灯、二灯、一灯；所测数据填人表13－4。表13－4：二瓦计法P1P2P负载对称负载不对称图13－7五、实验报告要求1、完成数据测试，整理实验数据和结果。2、说明用三瓦计法和二瓦计法测量三相电路有功功率的适用场合。3、总结、分析三相电路功率测量的方法、结果与体会。4、回答思考题。六、思考题1、用二瓦计法测量三相电路电容性负载的功率时，会出现什么情况？怎样计算功率？试用相量图解释。实验十四、互感电路的研究验证性实验一、实验目的1、学会互感电路同名端、互感系数以及耦合系数的测定方法2、通过两个具有互感耦合的线圈顺向串联和反向串联实验，加深理解互感对电路等效参数以及电压、电流的影响。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置三、原理与说明在互感电路的分析计算时，除了需要考虑线圈电阻、电感等参数的影响外，还应特别注意互感电势（或互感电压降）的大小及方向的正确判定。为了测定互感电势的大小可将两个具有互感耦合的线圈中的一个线圈（例如线圈2）开路而在另一个线圈（线圈1）上加以一定电压，用电流表测出这一线圈中的电流I1，同时用电压表测出线圈2的端电压U2，如果所用的电压表内阻很大，可近似地认为I2=0（即线圈2可看作开路），这时电压表的读数就近似地等于线圈2中互感电势E2M，即： U2≈E2M=ωMI1式中ω为电源的角频率，可算出互感系数M为： 正确判断互感电势的方向，必须首先判定两个具有互感耦合的同名端（又叫对应端或极性），判定互感电路同名端的方法是：用一直流电源经开关突然与互感线圈1接通（图14－1）在线圈2的回路中接一直流毫安表，在开关K闭合的瞬间，线圈1回路中的电流I1通过互感耦合将在线圈2中产生一互感电势并在线圈2回路中产生一电流I2使所接毫安表发生偏转，根据楞次定律及图示所假定的电流正方向，当毫安表正向偏转时，线圈1与电源正极相接的端点1与线圈2与直流毫安表正极相接的端点2便为同名端，如毫安表反向偏转，由此时线圈2与直流表负极相接的端点2'和线圈1与电源正极相接的端1为同名端（注意上述判定同名端的方法仅在开关K闭合瞬间才成立）。图14－1图14－2互感电路同名端也可利用交流电压来测定，将线圈1的一个端点1'与线圈2的一个端2'用导线联接（如图14－2中虚线所示）。在线圈1两端加以交流电压，用电压表分别测出1及1'两端与1、2两端的电压，设分别为U11与U12，如U12>U11，则用导线连接的两个端点（1'与2'）应为异名端（也即1'与2以及1与2'为同名端），因为如果我们假定正方向为U11，当1与2'为同名端时，线圈2中互感电压的正方向应为U2'2，所以U12=U11+U2'2（因1'与2'相连）必然大于电源电压U11。同理，如果1、2两端电压的读数U12小于电源电压（即U12<U11），此时1'与2'即为同名端。互感电路的互感系数M也可以通过将两个具有互感耦合的线圈，加以顺向串联和反向串联而测出，当两线圈顺接时，如实验图14－3（a）有：U=I（R1+jωL1）+IjωM+I（R2+jωL2）+IjωM=I[（R1+R2）+jω（L1+L2+M2）]=I（R+jωL）图14－3由此可得出顺接时电路的等效电感L等效=L1+L2+2M两个线圈反接时（如图14－3（b）），电压方程式为U'=I'(R1+jωL1)-I'jωM+I'(R2+jωL2)-I'jωM=I'[(R1+R2)+jω(L1+L2-2M)]=I'(R'等效+jωL'等效)反接时的等效电感：L'等效=L1+L2-2M如果用直流电桥测出两线圈的电阻R1和R2，再用电压表电流表分别测出顺接时的电压、电流分别为U、I，反接时的电压、电流分别为U'、I'，则＝ωL等效ωL'等效=ω（L1+L2-2M）算得M＝上述方法也可判定两个具有互感耦合线圈的极性，当两线圈用正、反两种方法串联后，加以同样电压，电流数值大的一种接法是反向串联，小的一种接法是顺向串联，由此可定出极性（同名端）。四、实验内容与步骤1、按图14－1接线，用直流方法确定同名端。但需注意直流电源只能当开关合闸瞬间接通线圈，看出电表偏转方向后即打开开关，线路中电流不超过0.25A，电表可单独使用JDA-21型电流表中的指针表头。2、按图14－4接线，测定线圈的L1（测量数据填人表14－1）。按图14－5接线，测定线圈的L2（测量数据填人表14－2）。按图14－6接线，测定两个线圈顺接时的L顺（测量数据填人表14－3）。按图14－7接线，测定两个线圈反接时的L反（测量数据填人表14－3）。电源用变频功率电源正弦波输出，频率可调至200Hz，注意，通电前，变频功率电源的输出一定为零。电流不超过0.25A图14－4图14－5图14－6图14－7表14－1：线圈2开路测量线圈1电阻R1=13欧频率f=200Hz读数次数U1伏I1安U2伏I2安Z1欧X1欧L1享M享L1平均M平均第一次第二次第三次表14－2：线圈1开路测量线圈2电阻R2=13欧频率f=200Hz读数次数U1伏I1安U2伏I2安Z2欧X2欧L2享M享L2平均M平均第一次第二次第三次表14－3：线圈1和2顺向及反向串联测量频率f=200Hz连接方法测量次数电表读数计算结果U伏I安等效电阻等效阻抗等效感抗互感系数M平均顺向连接123反向连接123五、实验报告要求1、完成上述数据测试，及列表计算。2、总结对互感线圈同名端，互感系数的实验测试方法。3、总结收获和体会。4、回答思考题。六、思考题1、测量同名端共有几种方法？2、试用相量图说明用交流法测量同名端电路的原理。实验十五、RC电路的暂态响应验证性实验一、实验目的1、测定一阶RC电路的零状态响应和零输入响应，并从响应曲线中求出RC电路时间常数τ。2、熟悉用一般电工仪表进行上述实验测试的方法。二、仪器设备GDDS－2C智能型电工电子系统实验装置。三、原理与说明图15－1所示电路的零状态响应为式中：τ=RC是电路的时间常数。图15－2所示电路的零输入响应为：在电路参数，初始条件和激励都已知的情况下，上述响应的函数式可直接写出。如果用实验方法来测定电路的响应，可以用示波器等记录仪器记录响应曲线。但如果电路时间常数τ足够大（如10秒以上），则可用一般电工仪表逐点测出电路在换路后各给定时刻的电流或电压值，然后画出i(t)或UC(t)的响应曲线。根据实验所得响应曲线，确定时间常数τ的方法如下：1、在图15－3中曲线任取两点P（t1，i1）和Q（t2，i2），图15－3由于这两点都满足关系式： 所以可得时间常数：2、在曲线上任取一点D，作切线及垂线，则次切距为：3、根据时间常数的定义也可由曲线求τ。对应于曲线上i减小到初值I0=US/R的36.8%时的时间即为τ。四、实验内容与步骤1、测定RC一阶电路零状态响应，接线如图15－4所示：图中C为1000μf/50V大容量电解电容器，实际电容量由实验测定τ后求出C=τ/R，因电解电容器的容量误差允许为-50%至+100%，且随时间变化较大，以当时实测为准。另外，电解电容器是有正负极性的，如果极性接反了漏电流会大量增加甚至会因内部电流的热效应过大而炸毁电容器，使用时必须特别注意！图15－4测定iC=f（t）曲线步骤：1．闭合开关K，mA表量限选定2mA。2．调节直流电压U至20V，记下iC=f（0）值。3．打开K的同时进行时间计数，每隔一定时间迅速读记iC值（也可每次读数均从t=0开始），响应起始部份电流变化较快时间间隔可取5秒，以后电流缓变部份可取更长间隔（计时器可用手表）。为了能较准确直接读取时间常数τ，可从新闭合开关K，并先计算好0.368iC（0）的值，打开K后读取电流表在t=τ时的值。测量结果填人表15－1。表15－1：U＝R＝C＝T0iC--测定uC=f(t)曲线步骤：在R上并联JDV-21直流电压表，量限20V。闭合K，使U=20V，并保持不变。打开K的同时进行时间记数，方法同上。计算UC=U－UR。测量结果填人表15－2。表15－2：U=R＝C＝T0UUC--2、测定RC一阶电路零输入响应接线图15－5所示。V表为JDV-21直流电压表，其各量限内阻均为4MΩ电阻的精度0.1%。测定iC=f（t）及uC=f（t）曲线步骤：闭合K，调节U=20V。打开K的同时进行时间计数，方法同上。计算iC=UC/RV=UC/4M测量结果填人表15－3。图15－5表15－3：URSRT0UCiC五、实验报告要求1、完成RC一阶电路两种响应的实验测试2、绘制uC=f（t）及iC=f（t）两种响应曲线3、用不同方法求出时间常数τ，并加以比较。5、总结收获和体会。6、回答思考题。六、思考题1、测定RC一阶电路零状态响应时，为什么不直接用电压表测量UC，而通过测量UR计算得出UC。2、测定RC一阶电路零输入