试验4指导书交流参数的测定电工

交流参数的测定交流参数的测定 一、实验目的 1．研究电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定其随频率变化的特性曲线。 2．掌握交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和交流自耦调压器的使用方法。 3．掌握使用交流电压表、电流表、功率表（即三表法）测量交流电路中的阻抗及元件 参数的方法。 4．学习电抗容性、感性性质的判定方法。 二、实验预习 打印实验指导书，预习实验内容，了解本实验的目的、原理和方法。 三、实验设备与仪器 NEEL-II 型电工电子实验装置。 四、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 U  R I  R0，其中 U R R I  R，电阻 R 与频率无关； R 对于电感元件，根据 U  L I  jX U L ，其中 L X L  2fL，感抗 XL与频率成正比； L I L 对于电容元件，根据 U  C U1 I  jX C ，其中 C X C ，容抗 XC与频率成反比。 C I C 2fC 图 1阻抗频率特性测量电路 1 测量元件阻抗频率特性的电路如图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（I R 、I L 、I C ）则可由 r 两端的电压U r 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、X L 和X C 的数值。 2．交流电路的参数测量方法。 正弦交流电路中各个元件的参数值， 可以用交流电压表、交流电流表及功率表， 分别测 量出元件两端的电压 U，流过该元件的电路I 和其所消耗的功率 P，然后通过计算得到元件 的各参数值，这种方法称为三表法，是用来测量50Hz 交流电路参数的基本方法。计算的基 本公式为： 电阻元件的电阻：R  U R P 或R  2II R U L X ，电感L  L 2fI L U C 1 ，电容C  2fX C I C UX ，阻抗角 arctg IR 电感元件的感抗：X L  电容元件的容抗：X C  串联电路复阻抗的模Z  其中，等效电阻R  功率因数cos  P ，等效电抗X  I2 Z R2 2 P UI 在 RLC 串联电路中，各元件电压之间存在相位差，电源电压应等于各元件电压的向量 和，而不能用它们的有效值直接相加。 电路功率用功率表测量，本实验使用数字式功率表，其电流测量端子与负载串联,电压 测量端子与负载并联，电流测量端子和电压测量端子的同名端 （标有*号）必须连接在一起， 测量电路如图 2 所示，连接方法如图 3 所示。 图 2交流电路参数测量电路 2 图 3交流电路参数测量连接方法 3．负载性质的判定 在被测端口并联一个小电容，若电流增大，则负载性质为容性阻抗，若电流减小， 则负 载性质为感性阻抗。 五、实验内容 １．测量 R、L、C 元件的阻抗频率特性 实验电路如图 1 所示，图中：r＝200Ω，R＝1KΩ、L＝10mH、C＝0.1uF。选择信号源 正弦波输出作为输入电压u，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 ｕ的有效值u RMS ＝2V，并保持不变。 用导线分别接通 R、L、C 三个元件，调节信号源的输出频率，从1kHz 逐渐增至 20kHz （用频率计测量） ，用交流毫伏表分别测量U R 、U L 、U C 和U r ，将实验数据记入表 1 中。 并通过计算得到各频率点的R、X L 和X C 。 3 表 1R、L、C 元件的阻抗频率特性实验数据 频率 f（kHz）151020 U r （V） 计算R U R （V） I R U r r（mA） R U R I R （kΩ） U r （V） 计算X L U L （V） I L U r r（mA） X L U L I L （kΩ） U r （V） 计算X C U C （V） I C U r r（mA） X C U C I C （kΩ） 2．测量交流电路的参数 实验电路如图 2 所示，功率表的连接方法见图3，交流电源经自耦调压器调压后向负载 Z 供电。 测量电流时，使用三相交流负载电路的电流测量插孔，注意断开不用的负载。 （1）测量电感的感抗 将图 3 电路中的负载 Z 换成图 4 中的电感电路（改接电路时必须先关闭交流电源） ，其 中 L 为日光灯镇流器， R 为镇流器内阻。 用交流电压表测量交流调压器输出电压并调至30V， 分别测量电压、电流和功率，记入表2 中，计算出其他各交流参数。 将 2.2uF 电容 C 并联在感性负载两端，观测并记录电流值的变化情况，判定负载性质。 图 4感性负载电路 （2）测量电容的容抗 将图 3 电路中的负载 Z 换成图 5 中的电容电路（改接电路时必须先断开交流电源） ，其 中 C 为 4.7uF，R为 25W 白炽灯。用交流电压表测量交流调压器输出电压并调至30V，分 别测量电压、电流和功率，记入表2 中，计算出其他各交流参数。 将 2.2uF 电容 C 并联在容性负载两端，观测并记录电流值的变化情况，判定负载性质。 4 图 5容性负载电路 表 2交流电路参数测定 被测 元件 电感 电容 测量值（标明单位） UIP 计算值（标明单位） 并联 C 后 的电流值 ZRX coscos L 或 C 六、实验注意事项 1．通常功率表不单独使用，要同时有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数 不超过功率表的电压和电流量程； 2．注意功率表的正确接线，上电前必须经指导教师检查； 3．自耦调压器在接通电源前，应将其旋柄置于零位上，调节时使其输出电压从零开始 逐渐升高。每次改接实验负载或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断开电源。 必须严格遵守这一安全操作规程。 七、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．为什么负载端并接小电容可以判定负载性质？ 3．测量电容的容抗时，为什么不能根据白炽灯的额定工作电压和额定功率计算其电阻 值？ 4．说明用功率表和电流表测量交流电路的等效电阻的原理。 八、实验报告 1．回答思考题。 2．根据表 1 实验数据，在方格纸上绘制R、X L、 X C与频率关系的特性曲线，并分 析它们和频率的关系。 3．根据表1 实验数据，定性画出R、L、C 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。 4．根据实验 2 -（1）的数据，计算电感的感抗和电感值，写出计算过程。 5．根据实验 2 -（2）的数据，计算电容的容抗和电容值，写出计算过程。 5