《电工技术实训》课件第3章

第3章交流电路3.1正弦交流电路3.2三相电路3.1正弦交流电路在工农业生产和日常生活中所用的电一般都是正弦交流电。这是因为:其一，正弦交流电容易产生,并能用变压器改变电压,便于输送和使用;其二，交流电机结构简单，工作可靠，经济实用。

所以正弦交流电得到了广泛应用。

通过白炽灯串联电感调光实验(实训项目10),能够很好地了解交流电路与直流电路的区别;实训项目11～13中介绍了日常生活中常用的简单照明电路的形式和接线;实训项目14学习感性电路阻抗参数的测量,找出影响线路功率因数的原因,总结提高功率因数的方法;实训项目15测试RC选频网络的幅频特性和相频特性;实训项目16对R、L、C串联谐振电路的特性进行研究。通过上述丰富的实训内容,可以熟练掌握交流电路的特点与应用。由此可见,在分析交流电路时,必须了解交流电路与直流电路的区别,掌握交流电路的特点与应用,从而找出适用于交流电路分析与计算的方法。实训项目10白炽灯调光实验

一、实训目的(1)掌握白炽灯串联电感调光电路的组成及接线(如图10.1所示)。(2)了解正弦交流电路的组成特点。(3)体会交、直流电路的区别。(4)掌握交流电路的测量方法。(5)熟练掌握万用表和示波器的使用方法。

图

10.1白炽灯串联电感调光电路

二、原理说明

我们知道,一个220V、30W的白炽灯接在220V的市电上能够正常发光,如果要降低它的亮度,但手头又没有变压器,该怎么办呢？大家可能会想到串联电阻分压,但所串电阻很快就会剧烈发热,功率损耗很大,这个方案不合理。这时,正好有一个220V、20W的镇流器,将它与白炽灯串联后接在市电上,会发生什么现象？白炽灯亮度变暗,经过一段时间镇流器只微微有点发热。因为白炽灯相当于一个纯电阻;镇流器基本相当于一个纯电感,功耗很小,又能够起到分压的作用。

由于白炽灯相当于纯电阻,镇流器相当于纯电感,它们是不同的负载。虽然同一个电流流过电阻和电感,但是它们各自产生的电压降和的相位是不同的。与相位相同,滞后,如图10.2所示。在串联电路中,以电流为标准按比例大小和相位关系作相量图较为方便,即 ,为水平相量。

图10.2R、L串联电路的相量图(a)电阻上电压与电流的相量图;(b)电感上电压与电流的相量图；(c)R、L串联电路的相量图

显然有

但

(10-1)(10-2)

UR与UL不能直接相加,可按平行四边形法求得电源电压U,并且UR、UL和U构成一直角三角形,称为“电压三角形”,可用三角形的勾股定理进行计算。

(10-3)式中, 为日光灯电路的阻抗的模,单位是Ω,由此,I=U／|Z|,即为交流电路有效值的欧姆定律。

若以相量表示,则有

(10-4)式中,Z=R+jXL为日光灯电路的阻抗,单位是Ω。式(10-4)可写成 ,即为通用的交流电路欧姆定律相量关系式。将电压三角形的每边除以I,就得到了“阻抗三角形”。如果电压三角形的角边乘以I,就可得到“功率三角形”,如图10.3所示。可以证明,在同一交流电路中,电压三角形、阻抗三角形和功率三角形是相似三角形,Z和R之间的夹角称为阻抗角φ(又称功率因数角)。它在数值上通过这三个三角形都可求取,但实质上取决于电路中的电阻、电感和电源的频率。图10.3电压、阻抗、功率三角形(a)电压三角形；

(b)阻抗三角形；

(c)功率三角形

三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)单钮开关、二相自动开关各二个(3)白炽灯一盏(4)镇流器一个(5)导线一卷(6)万用表一个(7)示波器一台(8)螺丝刀、剥线钳、尖嘴钳各一把

以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。

四、实训内容和步骤

(1)按图10.1装接白炽灯调光电路,使白炽灯点亮。

(2)测量环路电压。用万用表交流电压挡分别测量市电U、镇流器两端的电压U1及白炽灯两端的电压U2,将结果填入表10-1中。注意比较U、U1

、U2在数值上的关系。

表10-1调光电路的电压测量

(3)观察u1、u2的相位关系。用示波器的两个通道同时观察镇流器两端的电压u1及灯泡两端的电压u2的波形。仔细调节示波器,屏幕上显示如图10.4所示的波形。测量时要注意:①如图10.5(a)所示,示波器两个探头的接地端必须同时接在B点,两个探针分别接于A点和C点。否则,如果照图10.5(b)接线会造成镇流器短路,灯泡此时仍接在220V电源上,这是因为两个接地端在示波器内部是连在一起的。②按照图10.5(a)接线后,因为u1与u2所取的参考方向相反,其中的一个波形必须取反后才能在同样的参考方向下进行比较。最后示波器上显示如图10.4所示的波形。

图

10.4示波器上u1与u2的波形

图10.5观察双踪波形时的两探头位置(a)正确测量法;(b)错误测量法

五、注意事项(1)由于电源接的是220V的市电,操作过程中一定要注意安全。(2)注意示波器探头接地端的选择,防止部分电路被短路。

六、分析思考经过上述实验,我们可以看到以下现象:

(1)在步骤(3)中我们观察到的镇流器两端的电压u1及白炽灯两端的电压u2的波形都是按正弦规律变化的,称为正弦交流电。仔细观察波形,思考正弦交流电的特征是什么？

(2)分析表10-1所记录的数据,我们发现了一个令人费解的现象:电路的端电压不等于各分电压之和,即U≠U1+U2,且U＜U1+U2

。显然,直流电路分析与计算电路的方法并不能完全照搬到交流电路中。之所以会出现上述现象,是因为电路中出现了电感性与电容性负载。

(3)在观察波形时,我们发现电压u1及u2存在一定的相位差。相位在交流电路是一个十分重要的物理量。当同一个电流流过不同类型的负载时,负载上电压的相位不同。

(4)从表10-1中还可以看出,u1及u2之间的相位差接近于π／2,也就是说,镇流器(电感)上的电压超前白炽灯(电阻)上的电压π／2,这是一个十分重要的现象。实训项目11简单照明电路的装接(一)一、实训目的(1)了解照明电路的组成。(2)熟悉电源、开关、负载、回路的概念。(3)掌握照明电路原理及接线方法。

二、原理说明

1.照明电路的组成

电路是由一些电气设备或电子器件按一定方式连接而成的。照明电路是由电灯(白炽灯、日光灯等)、开关(触摸开关、感应开关、单钮开关、双钮开关等)、电源(电池、发电机)等组成的一个电的通路。当开关闭合时,形成通路,电灯发亮;当开关断开时,通路中断,电灯熄灭。

2.日光灯的工作原理

在日常生活中常常用到日光灯,如图11.1所示是日光灯电路图,电路中有日光灯管、镇流器、启辉器、开关等器件。日光灯管是一根普通的玻璃管,管内壁涂有一层均匀的荧光粉,灯管两端各有一根钨丝绕成的螺旋状灯丝。镇流器是一个绕在硅钢片铁芯上的电感线圈,其作用一是当启辉器两触头突然断开瞬间由于电流变化较大,在灯管两端产生足够高的自感电动势,使灯管内气体被电离导电;二是在管内气体电离而呈低阻状态时,由于镇流器的降压和限流作用而限制灯管电流,防止灯管损坏。启辉器是一个很小的充放电管,它的内部有两个电极,其中一个由双金属片制成,在室温下两个电极之间有空隙,启辉器两极间的启辉电压比日光灯管开始放电的电压要低。

图

11.1日光灯电路图

当日光灯电路接上电源后,电源电压便加到启辉器的两个电极上,使启辉器发生辉光放电,放电所产生的热量加热了电极,于是双金属片伸张与另一电极接触。两电极接触后把日光灯的灯丝电路接通,使日光灯的灯丝灼热,另一方面两电极接触后启辉器内的辉光放电停止,于是双金属片逐渐冷却并在零点几秒内恢复原状,与另一电极分开。在两电极分开的瞬间电流变化很大,镇流器上产生一个很大的反电动势,它和电源电压一起加到日光灯管的两端,使日光灯放电并发出频谱接近于阳光的光线。

三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)单钮开关、触摸开关、感应开关各一个(3)日光灯一盏(4)白炽灯二盏(5)插座一个(6)镇流器、启辉器各一个(7)导线一卷(8)万用表一个(9)螺丝刀、剥线钳、尖嘴钳各一把以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。

四、实训内容和步骤

(1)按图11.2所示电路准备好所需的元器件。(设白炽灯的电阻小于200Ω)

(2)用万用表测量所用元器件的好坏。将万用表置R×1挡或数字表的200Ω挡,测量各种开关的触点是否良好;再测量白炽灯、

日光灯的电阻大小,判断它们的好坏。

图

11.2照明电路图

(3)按图11.2所示电路接好线路。装接线路的工艺要求:“横平竖直,拐弯成直角,少用导线少交叉,多线并拢一起走。”其意思是横线要水平,竖线要垂直,转弯要是直角,不能有斜线,接线时,要尽量避免交叉线,如果一个方向有多条导线,要并在一起走。

(4)用万用表检查线路情况。将万用表置R×1挡或数字表的200Ω挡,一个表笔放在QF下方的L相线上,另一表笔分别放在镇流器与S1开关的连接处、EL1与S2开关的连接处、EL2与S3开关的连接处,当分别按下S1、S2、S3时,都能测到一个微小的电阻,表明火线到电灯的线路没有问题;然后一个表笔放在QF下方的N零线上,分别测量零线到各电灯的线路是否良好。

(5)通过上述检查正确后,合上开关QF,接通电源,合上S1,观察日光灯的发光情况。

(6)合上开关QF,接通电源,合上S2、S3,观察白炽灯的发光情况。

(7)合上开关QF,接通电源,用万用表测量插座上的电压是否为220V。

(8)通电完毕,断开开关QF,切断电源。

五、注意事项

(1)注意电路中元器件的额定电压值应与电源电压相符。

(2)分清实训台上电源的相线和零线,开关应接在相线上。

(3)通电前,应认真检查线路,防止发生短路。

六、分析思考

(1)日光灯是如何发光的?在日光灯电路中的镇流器、启辉器各起什么作用？

(2)接线时应注意什么？

40W镇流器能否用在20W的灯管上？

实训项目12单相电度表的装接

一、实训目的(1)了解单相电度表的用途。(2)掌握单相电度表的接线方法。

二、原理说明

1.单相电度表的作用单相电度表主要用于记录电流通过用户电路时做了多少电功,即用电设备消耗了多少电能,根据表中所记录的数据,用户合理地支付电费。单相电度表只能用于交流电路,它是利用电磁感应原理制成的。

2.单相电度表的接法

单相电度表的表盘如图12.1所示。表盘上开有数字窗口及转盘窗口,在转盘窗口处的箭头所指方向为电度表正常工作时铝盘的转动方向。盘面标记为:

kWh——此表为电度表,示数单位为千瓦时,1千瓦时俗称1度;

220V——标定电压,即此表额定电压为220伏特;

3(6)A——标定电流,即此表的额定电流为3安培,但最大使用电流可达6安培;

1200r／kWh——盘转数或常数,即电度表每走一个字,铝盘应转过1200转。

图

12.1单相电度表

三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)单相电度表 一个(3)触摸开关、双钮开关 各一个(4)单钮开关、二极自动空气开关 各二个(5)日光灯 一盏(6)白炽灯 一盏(7)插座 一个(8)镇流器、启辉器 各一个(9)电容、单相电机 各一个(10)导线 一卷(11)万用表 一个(12)螺丝刀、

剥线钳、

尖嘴钳

各一把

四、实训内容和步骤

(1)按图12.2所示电路准备好所需的元器件。

(设白炽灯的电阻小于200Ω)

图

12.2单相电度表的装接

(2)用万用表测量所用元器件的好坏。将万用表置R×1挡或数字表的200Ω挡,测量各种开关的触点是否良好;再测量白炽灯、日光灯的电阻大小,判断它们的好坏;找出单相电机与电容并联的两点,具体做法是:测量电机三点中的任意两点,电阻最大的两点就是与电容并联的两点,另外一点与零线相连。

(3)按图12.2所示电路接好线路。

装接线路的工艺按实训项目11的要求。

(4)用万用表检查线路情况。将万用表置R×1挡或数字表的200Ω挡,一个表笔放在QF2下方的L火线上,另一表笔分别放在镇流器与S1开关的连接处、EL1与S2开关的连接处、单相电机与S4开关的连接处,当分别按下S1、S2、S3和S4时,都能测到一个微小的电阻,表明火线到电灯和电机的线路没有问题;然后将一个表笔放在QF2下方的N零线上,分别测量零线到电灯和电机的线路是否良好。

(5)通过上述检查正确后,合上开关QF1、QF2,接通电源,合上S1,观察日光灯的发光情况。

(6)合上开关QF1、QF2,接通电源,合上S2,观察白炽灯的发光情况。

(7)合上开关QF1、QF2,接通电源,合上S3、S4,观察电动机的转动情况。

(8)合上开关QF1、QF2,接通电源,用万用表测量插座上的电压是否是220V。

(9)合上开关QF1、QF2,接通电源,合上S1、S2、S3、S4,观察单相电度表的运行情况。

(10)通电完毕,断开所有开关,切断电源。

五、注意事项

(1)注意在图12.2中单相电机的三点中测量电阻值最大的两点与电容C并联,否则,电机就不能实现正反转。单相电机的详细介绍见实训项目24。

(2)注意电度表的容量应满足线路的要求,火线和零线不可接反。

(3)通电前,应认真检查线路,防止发生短路。

六、分析思考(1)如何正确选用电度表的容量？(2)实训完毕后,体会装接电度表时,应注意哪些问题？

实训项目13简单照明电路的装接(二)一、实训目的

(1)学会识别照明线路的各种电器。

(2)学会照明电路的故障排除。

(3)掌握室内照明电路中电度表、计数开关、电子镇流器、日光灯的接线方法。

(4)掌握照明电路的组成。

(5)熟悉照明电路中元器件的结构和特性。

二、原理说明

1.照明电路的组成

电路是由一些电气设备或电子器件按一定方式连接而成的。照明电路是由负载(电灯、日光灯等)、开关(触摸开关、感应开关、计数开关等)、电源(电池、发电机)等组成的一个电的通路。

当开关闭合时,形成通路;当开关断开时,通路中断。

2.单相电度表电度表又称火表,它是累计记录用户一段时间内所耗电能的仪表,在工业和民用配电中应用广泛。单相电度表多用于家用配电线路中,其规格多用其额定电流表示,常用规格有1、2、3、4、

5、

10、

20A等。

3.客厅吊灯计数开关控制

如图13.1所示,由计数开关控制三只灯,不妨称它们为灯A、B、C。当S1第一次闭合时,灯A和B点亮;S1第二次闭合时,灯B和C点亮;S1第三次闭合时,灯A和C亮了;S1第四次闭合时,三只灯全亮了。

以此为一个循环。

利用计数开关可实现客厅吊灯的控制。

图

13.1照明电路原理图

4.日光灯的工作原理日光灯电路是由日光灯管、镇流器、启辉器构成的。镇流器串联在电路中,它的作用是帮助灯管启动,灯管正常发光时稳定电流;启辉器并联在灯管两端,它是帮助灯管启动的。日光灯发光原理可简单叙述如下:开关闭合,电源接通，此时灯管未发光,电压全加在启辉器上,启辉器动静触片接触,使电路接通,灯管中灯丝有电流通过。此时启辉器动静触片断开,整个电路电流突然中断,镇流器此时产生很高的感应电动势,与电源电压串联后,全部加在灯管两端，

使灯管内汞气弧光放电,紫外线激发荧光粉,发出近似日光的可见光。

5.触摸开关控制一盏灯

在公共场合常能见到用触摸开关或感应开关实现照明灯亮灭的控制。开灯操作简便,同时经过一段延时后,灯能自动熄灭,可起到节能的作用。

6.单相插座单相插座有两类,分为单相双极双孔(左零右火)、单相三极三孔(左零右火,上接保护接地或接零)。

图13.1中就是单相三极三孔插座。

三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)单相电度表一个(3)触摸开关、双钮开关各一个(4)单钮开关、二相自动开关各二个(5)日光灯一盏(6)白炽灯一盏(7)插座一个(8)镇流器、启辉器各一个(9)计数开关一个(10)导线一卷(11)万用表一个(12)螺丝刀、

剥线钳、

尖嘴钳

各一把

四、实训内容和步骤

(1)从电拖实习柜的三相四线断路器下方,接出一根零线和一根相线(～220V)进入柜后的单相电度表。相线进电度表端子1,出线端子2接漏电保护开关(L);零线进电度表端子3,出线端4接漏电保护开关(N)。

(2)漏电保护开关按上进下出原则接线,为了安全连接所有电器开关应接在相(火)线侧。

(3)依次接好计数开关控制三个白炽灯、日光灯电路，触摸开关控制一盏灯和单相插座四组照明负载。

(4)单相三孔插座按左零右相原则接线,上孔接交流接地,以保证漏电保护开关的有效性。

五、注意事项

(1)为避免漏接线或接错线,接线时应按照从左到右、从上到下、从电源到负载的顺序。

(2)照明线路必须相线进开关,插座线左零右相安装。

(3)注意布线工艺,做到横平竖直,转弯成直角,少交叉,多根线并拢平行走。

(4)注意布线的颜色,黄、绿、红表示三相电源火线,故图中的相线L可取其中任一颜色。黑线为零线N,黄绿双色线做地线PE。

(5)安装完毕通电时,应注意安全用电,避免意外事故发生。

(6)操作完成,拆线清理现场,安全文明生产。

六、分析思考

(1)单相电度表若反转,可能是什么原因造成的？

(2)断路器有什么功能和作用？

(3)对于单相三线系统,漏电保护器如何接线才能实现人身保护？

实训项目14日光灯电路阻抗计算和功率因数的提高

一、实训目的

(1)学会正确使用交流电压表、电流表、功率表和自耦调压器。

(2)了解电感性负载用并联电容提高功率因数的基本概念。

二、原理说明

交流电路中,元件的阻抗值可以用交流电压表、电流表及功率表分别测出元件两端电压U、流过电流I和它所消耗的有功功率P,然后通过计算得出。日光灯电路被测阻抗Z=R+jXL,

各参数值可按下式计算:交流电源频率为50Hz时,可计算出等效电感L。这种测量阻抗的方法简称三表法,是测量交流阻抗的基本方法。

需要说明的是,由于气体放电的灯管并非纯电阻,致使其上的电压波形不再是标准正弦波了,严格地讲这里的计算并不准确。但是大的趋势不错,计算结果对提高功率因数仍有指导意义。日光灯电路工作时,线路中有大电感镇流器存在,功率因数较低。为了提高日光灯电路的功率因数,可采用并联电容器的方法。这时候电容器提供超前的无功电流以补偿感性负载中滞后的无功电流,从而使电路中总电流的无功分量减少。

当并联电容器C增加时,电路总电流减少,整个电路的无功功率提高。当C达到一定值时,总电流最小,cosφ=1,即φ=0。电路出现并联谐振现象。若电容C值继续增加,cosφ反而降低,成过补偿,总电流又会增加。三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)数字万用表一个(3)自耦变压器一台(4)日光灯一盏(5)镇流器一个(6)功率表、电压表、电流表各一个(7)电容器一个(8)导线一卷以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。

四、实训内容和步骤

(1)按原理图14.1组成实验电路,先不并联电容器。调压器先置0位。

(2)接通电路,转动调压器旋钮,把电压升至220V,在调动过程中若出现指针反偏或超量程情况,应迅速将电压调至0,切断电源后,检查接线错误。

图

14.1日光灯电路测量图

(3)日光灯点亮后,调整电压至220V,记录下此时U、I、P

的值,填入表14－1中,并计算功率因数cosφ和交流阻抗|Z|、R、L。

(4)测量完毕后,先把调压器调至0,再切断电源。切勿直接断电,以防调压器产生很高的感应电动势,对人身或设备造成伤害。

(5)在日光灯电路的电源输入端并联电容,重复步骤(2)、(3)、(4),记录新的U′、I′、P′,并计算功率因数cosφ，填入表14-1中。表14-1日光灯电路实验数据

五、注意事项

(1)正确选择仪表的量程,电流表量程要大于或等于计算电流的最大值;电压表量程要大于或等于计算电压的最大值,而且电流表与功率表电流量程要一致,电压表与功率表电压量程要一致。

(2)电容的电压不能超过允许值,否则极易损坏元器件。

(3)正确连接与使用调压器,为了实验的安全,调压器输出端与输入端绝对不能接反,并且要始终保证调压器从0起调和使用后退回0位。

六、分析思考(1)对感性负载并联电容后,对以下问题进行讨论:①感性负载中的电流改变了吗？②线路总电流改变了吗？③整个电路的有功功率P改变了吗？④整个电路的无功功率Q改变了吗？⑤C能否串联在电路中？⑥

cosφ能否提高到1？

(2)能不能用串联电容的方法提高功率因数？

(3)启辉器实际上相当于一个自动开关。如果不用启辉器,可用什么简易方法点亮日光灯？

(4)想一想功率因数与哪些因素有关？

(5)交流电压表有150V、300V、500V三个量程,日光灯电路额定电压为220V,选________________量程最合适。

(6)若功率表所选电压量程为300V,电流量程为0.5A。功率表满偏刻度为1500,当指针指在50处时表示功率为________________W。

(7)平常我们说的20W日光灯指的是________________(灯管／镇流器／灯管加上镇流器)的功率。

(8)交流电压表应________________(串联／并联)在电路中,交流电流表应(串联／并联)在电路中。

实训项目15

RC选频网络特性测试一、实训目的

(1)熟悉文氏电桥电路的结构特点及其应用。

(2)学会用交流毫伏表和示波器测定文氏电桥电路的幅频特性和相频特性。

(3)根据电路参数,能估算电路两组参数时的特定频率。

二、原理说明文氏电桥电路是一个RC的串、并联电路,如图15.1所示。该电路结构简单,被广泛地应用于低频振荡电路中作为选频环节,可以获得很高纯度的正弦波电压。图

15.1文氏电桥电路

(1)用信号发生器的正弦输出信号作为图15.1的激励信号ui,并保持ui的有效值ui不变的情况下,改变输入信号的频率f,用交流毫伏表或示波器测出输出端相应于各个频率点下的输出电压Uo值,将这些数据画在以频率f为横轴、Uo为纵轴的坐标纸上,用一条光滑的曲线连接这些点,该曲线就是上述电路的幅频特性曲线。文氏桥路的一个特点是其输出电压幅度不仅会随输入信号的频率而变,而且还会出现一个与输入电压同相位的最大值,如图15.2所示,其中,|β|=Uo／Ui。图

15.2文氏电桥电路的幅频特性曲线

由电路分析得知,该网络的传递函数为

(15-1)当角频率

此时Uo与Ui同相。

由图15.2可见RC串、

并联电路具有带通特性。

(2)将上述电路的输入和输出分别接到双踪示波器的YA和YB两个输入端,改变输入正弦信号的频率,观测相应的输入和输出波形间的时延τ及信号的周期T,则两波形间的相位差为(输出相位与输入相位之差)将各个不同频率下的相位差φ画在以f为横轴,φ为纵轴的坐标纸上,用光滑的曲线将这些点连接起来,即是被测电路的相频特性曲线,如图15.3所示。图

15.3文氏电桥电路的相频特性曲线

由电路分析理论得知,当

即

时,φ=0,即Uo与Ui同相位。三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)数字万用表一个(3)1kΩ、200Ω电阻各二个(4)0.1μF、2μF电容各二个(5)小面包板一块(6)音频信号发生器一台(7)示波器一台(8)导线一卷(9)尖嘴钳、剥线钳各一把以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。

四、实训内容和步骤

1.测量RC串、并联电路的幅频特性。

(1)在实训板上按图15.1电路选R=1kΩ,C=0.1μF。

(2)调节低频信号源的输出电压为3V的正弦波,接入图15.1的输入端。

(3)改变信号源的频率f(由频率计读得),并保持Ui=3V不变,测量输出电压Uo(可先测量β=1／3时的频率f0,然后再在f0左右设置其它频率点,测量Uo),将对应不同频率的输出电压值填入表15-1中。

(4)另选一组参数(如令R=200Ω,C=2μF),重复测量一组数据，也填入表15-1中。表15-1文氏电路幅频特性测试表

2.测定RC串、并联电路的相频特性按实训原理说明(2)的内容、方法步骤进行,选定两组电路参数进行测量,测量数据填入表15-2中。

表15-2文氏电路相频特性测试表

五、注意事项

由于低频信号源内阻的影响,在调节输出频率时,应同时调节输出幅度,使实训电路的输入电压保持不变。

六、分析思考

(1)根据所给R、C参数,绘制幅频特性和相频特性曲线,找出输出电压最大值、最大值对应的频率值以及输入和输出同相位时对应的频率值,并与理论计算值比较。

(2)将根据实训数据作出的幅频特性与理论计算结果相比较。

实训项目16R、L、C串联谐振电路特性的研究

一、实训目的(1)观察R、L、C串联谐振现象,加深对谐振电路特性的认识。(2)研究电路参数对串联谐振电路特性的影响。(3)学会寻找谐振频率。理解谐振电路的选频特性及应用。(4)进一步熟悉信号发生器及示波器的使用方法。

二、原理说明

在R、L、C串联电路中,由于电源频率的不同,电感和电容所呈现的电抗也不相同。当 时,UL＜UC,电路呈容性;当时,UL>UC,电路呈感性;

当 时,UL=UC,电路呈阻性。我们把处于这一状态下的串联电路称为串联谐振电路或电压谐振电路,谐振频率为 ,谐振角频率为 。当电路处于谐振状态时,阻抗最小,Z0=R。当电压大小一定时,电路中电流最大,I0=UR／R。而频率偏离谐振频率时,电流则变小。电流随频率的变化关系曲线如图16.1所示。图中ω0为R、L、C串联谐振时电路的角频率。可见在发生谐振时阻抗最小,电流最大。谐振电路具有选频特性。工程上把谐振时线圈电感上的电压(或电容上的电压)与电源电压的比称为电路的品质因数Ｑ。(16-1)图

16.1R、L、C串联电路电流与角频率的关系

可见要使电路满足谐振条件,可以通过改变L、C或f来实现,本实训是采用改变外加正弦交流电压的频率来使电路达到谐振的。谐振时,电路的复阻抗 是一个纯电阻,这时阻抗为最小值,阻抗角φ=0。若外加电压的有效值U及电路中的电阻R为定值,则谐振时电路中电流的有效值达到最大值，即I0=U／R。三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)交流毫伏表一台(3)低频函数信号发生器一台(4)双踪示波器一台(5)谐振电路实验电路板(HE-15)一块(6)连接导线几根(7)小面包板一块(8)0.1μF电容 几个(9)100Ω电阻几个(10)4mH电感几个以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。

四、实训内容和步骤

1.按图16.2所示电路实验

(1)按原理图16.2组成R、L、C串联电路,以信号发生器作电源,使Ui=4V;图

16.2R、L、C串联电路实训图

(2)调节信号发生器的频率(因信号发生器不是稳压电源,在调节过程中应注意保持信号发生器输出电压Ui=4V),分别测出不同频率时的UR、UL、UC,将值填入表16-1中。

表16-1R、L、C串联谐振数据表

(3)当UL≈UC且UR最接近Ui=4V时(因电感上存在微小电阻及电容,有泄漏电流存在,使UR与Ui之间有误差存在),记录谐振频率f0。

(4)双踪示波器两探头分别接,频率变化时观察两波形的超前、滞后情况,当的波形同相时,即可认为此时电路发生串联谐振,记录此时谐振频率f0,进一步精确第(3)步的实验结果。

2.按图16.3所示电路实验

(1)利用R、L、C串联谐振电路实验电路板,按图16.3组成监视、测量电路。选C=0.01μF。用交流毫伏表测电压,用示波器监视信号源输出。令信号源输出电压Ui=4V,并保持不变。图

16.3R、L、C串联实验电路图

(2)找出电路的谐振频率f0,其方法是,将毫伏表接在R(200Ω)两端,调节信号源信号发生器的频率由小逐渐变大(注意要维持信号源的输出幅度不变),当Uo的读数为最大时,读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率f0,并测量UC与UL之值(注意及时更换毫伏表的量程)。

(3)在谐振点两侧,按频率递增或递减500Hz或1kHz,依次各取8个测量点,逐点测出Uo,UL,UC之值,填入表16-2中。表中,f2-f1为相临两次频率递减值,Q为品质因数。表16-2R、L、C串联谐振数据表

(4)选C=0.01μF,R=1kΩ,重复步骤(2)、(3)的测量过程,将所得数据填入表16-3中。表16-3R、L、C串联谐振数据表

(5)选C=0.1μF,R=200Ω及C=0.1μF,R=1kΩ,重复(2)、(3)两步。(自制表格)

五、注意事项

(1)在每次调节频率时都应调节信号发生器的输出,注意保持Ui=4V。

(2)用双踪示波器同时观察Ui和UＲ两个波形时,两探头的接地点应接在图16.2中的b点。

(3)完成表16-1后,还可在靠近谐振频率附近多取几点测试频率点,以获得含有较多有效数字的谐振频率。

..

(4)由于电压UL和UC的大小可能超出电源电压Ui,在测量UL和UC时应注意电压量程的选择。

(5)实验中,信号源的外壳应与毫伏表的外壳绝缘(不共地)。如能用浮地式交流毫伏表测量,则效果更佳。六、分析思考

(1)画出三种情况下Ui和UＲ、UL、UC的相量图,并说明电路的性质(即电阻性、电容性、电感性)。

(2)电路发生串联谐振时有哪些特征？

(3)根据表16-1中记录的UL、UC的电压大小,回答:串联揩振为何又叫电压谐振？

(4)根据实验线路板给出的元件参数值,估算电路的谐振频率。

....

(5)改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振,电路中R的数值是否影响谐振频率值？

(6)判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些？

(7)电路发生串联谐振时,为什么输入电压不能太大?如果信号源给出3V的电压,电路谐振时,用交流毫伏表测UL和UC,应该选择用多大的量程？

(8)要提高R、L、C串联电路的品质因数,电路参数应如何改变？

(9)本实验在谐振时,对应的UL和UC是否相等？

如有差异,原因何在？

3.2三

相

电

路

家用电器用的都是220V的单相交流电,而工厂车间、实训室等动力用电却几乎都是380V的三相交流电,这是因为:从负载方看,世界上75%的用电设备都是三相交流异步电动机,三相交流电动机需要三相交流电作为电源产生旋转磁场,来带动电动机转动;从电源方看,三相输电比单相输电节省导线的材料;而且三相电路能提供两种电压:380V及220V。

因此,在生产实际中,动力用电普遍是三相交流电。

实训项目17三相电路的测量

一、实训目的

(1)了解三相负载的星形接法和三角形接法。

(2)掌握三相负载在星形连接和三角形连接时线电压、相电压、线电流、相电流之间的关系。

(3)明确三相四线制中“中性线”的作用。

(4)学习测量三相功率的三瓦计法和二瓦计法。

(5)观察负载星形连接无中性线时中性点的位移情况。

二、原理说明

1.三相负载的连接方式三相电路中,负载的连接方式有星形连接和三角形连接两种。星形连接时根据需要可以采用三相三线制或三相四线制供电,三角形连接时只能用三相三线制供电。三相电路的电源和负载有对称和不对称两种情况。本实训研究三相电源对称、负载作星形和三角形连接时的电路工作情况。

1)三相负载的星形连接三相负载星形连接的三相电路,可分为三相三线制(没有中性线的)和三相四线制(有中性线的),如图17.1、17.2所示。三相负载不对称,必须使用中性线,否则会造成各相负载电压不平衡。在有中性线时,不论负载对称与否,都可保证各相负载电压恒等于电源相电压,故三相三线制一定用于对称负载。

对于不对称负载,只能用三相四线制。

图

17.1负载星形连接的三相三线制电路

图

17.2负载星形连接的三相四线制电路

(1)三相负载对称。如图17.3所示为三相负载对称的情况,当接于三相对称电源时有如下关系:①相电流等于相应的线电流,即Ip=Il。②线电压是相电压的倍,即 。③

有中性线时,中性线电流IN=0。

图

17.3三相负载对称

(2)三相负载不对称。如图17.4所示为三相负载不对称的情况,当接于三相对称电源时有如下关系:①相电流等于相应的线电流,即Ip=Il。②线电压不等于相电压的倍。③

有中性线时,中性线电流IN不等于0。

图

17.4三相负载不对称

2)三相负载的三角形连接三相负载首尾相连,再将三相连接点与三相电源端线U、V、W相接,即构成负载三角形连接的三相三线制电路,如图17.5所示。

图

17.5三相负载的三角形连接

(1)三相负载对称。对于三相负载对称的情况,当接于三相对称电源时有如下关系:①相电压等于相应的线电压,即Up=Ul。②

线电流是相电流的倍,即。

(2)三相负载不对称。对于三相负载不对称的情况,当接于三相对称电源时有如下关系:①相电压等于相应的线电压,即Up=Ul。②线电流不等于相电流的倍 。在对称三相电路中,根据理论分析可知:在星形连接时,其线电压Ul与相电压Up之间的数量关系为;在三角形连接时,其线电流Il与相电流Ip之间的数量关系为。

在负载不对称的三相电路中,都采用三相四线制。这是因为,不对称三相负载连接成星形,当不接中性线时,各相电压不对称,严重时会使负载的工作状态不正常。所以,在不对称三相电路中,中性线有其重要作用,它强迫保证各相负载电压对称,并且使各相负载间互不影响。

2.三相电路功率的计算

根据电动系单相功率表的基本原理,在测量交流电路中负载所消耗的功率时,其读数P决定于式:P=UIcosφ。其中，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为电压和电流之间的相位差角。单相功率表也可以用来测量三相电路的功率,只是各功率表应采用适当的接法。三相负载所吸收的功率等于各相负载功率之和。在对称三相电路中,因各相负载所吸收的功率相等,故用一只功率表测出任一相的功率,三倍即得三相负载的功率;在不对称三相电路中,各相负载功率不等,可用一只功率表分别测出各相功率,然后相加即得三相负载的总功率。

这种测量方法,称为三瓦计法,其接线如图17.6所示。

图

17.6三瓦计法测功率

图

17.7两瓦计法测三相功率

在三相三线制电路中,不论对称与否,可使用两只功率表来测量三相功率。其接线如图17.7所示。两只功率表的电流线圈分别接入任意两条端线中(图示为U、W线,它们的电压线圈的非对应端(即无星号*端)共同接到第三条端线上(图示为V线)。可以看出,在这种测量方法中功率表的接线与负载及电源的连接方式无关。这时,两只功率表读数的代数和等于待测的三相功率,这种测量方法称为二瓦计法。如果按上述规定接线,功率表的指针作反向偏转时,应把功率表电流线圈的接头对调(电流插板翻面),并把读数记作负值。用二瓦计法测量三相功率时应注意,每一只功率表的读数与负载不存在对应关系(即没有任何实际意义)。三、实训设备和器件(1)实训工作台(含三相电源、常用仪表等)一台(2)功率表一个(3)单钮开关一个(4)白炽灯七盏(5)电流表三个(6)导线一卷(7)万用表一个(8)螺丝刀、剥线钳、尖嘴钳各一把以上设备和器件的技术参数可按实训室的要求进行选取。

四、实训内容和步骤1.负载星形连接(1)按图17.8连接实训电路。(2)经教师检查后合闸通电,观察三相灯泡是否正常发光。

图

17.8白炽灯负载星形连接

(3)测出接通与断开中性线,负载对称与不对称时的线电压、相电压、线电流、中性线电流值,记录数值,填入表17-1中。注意观察无中性线、负载不对称时灯泡亮度的变化。

表17-1负载星形连接测量数据

(4)用二瓦计法和三瓦计法测星形对称电路三相总功率(可用一只功率表测两次或三次代替两个或三个功率表),将结果填入表17-2中。

表17-2功

率

测

量

2.负载三角形连接

(1)按图17.9接线,经教师检查同意后,接通电源,测量各电压、电流值,填入表17-3中。

图

17.9白炽灯负载三角形连接

表17-3负载三角形连接测量数据

(2)合上开关S,增加U相负载,观测灯泡亮度变化,重测电压、电流值,填入表17-3中。

五、注意事项

(1)本实训采用三相交流市电,线电压为380V,实训室应铺绝缘垫。实训时要注意人身安全,不可触及导电部件,防止意外事故发生。

(2)每次接线完毕后,必须由指导老师检查后方可通电,改动任何线路都应先断电。

(3)每个白炽灯为普通的耐压220V的灯泡。为防止不对称负载造成相电压升高,使灯泡上的电压有可能超过额定值,故本实训电路中的每相由两个白炽灯串联而成。

(4)测量功率时,应在负载对称方式下测量,并注意功率表的电压量程选择以及电流线圈的串并联选择。

(5)实训中注意人体不要触及带电的金属部位,以免触电。

六、分析思考

(1)为什么三相四线制照明电路的零线不准安装保险丝,而单相照明线路又必须安装保险丝？

(2)三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？

(3)复习三相交流电路有关内容,试分析三相星形连接不对称负载在无中性线情况下,当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如接上中性线,情况又如何？

(4)星形无中性线接法中,当U相负载增加时,各相电压是如何变化的？电源中性点与负载中性点之间的电压UN‘N又有什么改变？

(5)一表法、

二表法、

三表法测三相功率时各适用于什么电路？

.实训项目18三相四线有功电度表的装接

一、实训目的(1)了解电度表的用途、结构。(2)理解三相四线有功电度表的原理。(3)重点掌握三相四线有功电度表的装接。

二、原理说明有功电度表是一种感应仪表,用作电能消耗计量,其单位是kW·h,俗称“度”。有功电度表有单相及三相之分。

常用的单相及三相交流有功电度表外形如图18.1所示。

图

18.1单相及三相交流有功电度表

三相四线有功电度表由三个驱动元件组成,称三元件电度表,对外共有11个接线端,用于动力和照明混合的供电电路