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1、实验二十 三相交流电路电压电流的测量实验二十八 三相交流电路电压、电流的测量 一、实验目的 1. 掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法， 验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。 2. 充分理解三相四线供电系统中中线的作用。 二、原理说明 1. 三相负载可接成星形或三角形(又称接)。当三相对称负载作Y形联接时，线电压Ul是相电压Up的3倍。线电流Il等于相电流Ip，即 Ul3UP， IlIp 在这种情况下，流过中线的电流I00， 所以可以省去中线。 当对称三相负载作形联接时，有Il3Ip， UlUp。 2. 不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法，即Yo接法。而且中线必
2、须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。 倘若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。 3. 当不对称负载作接时，Il3Ip，但只要电源的线电压Ul对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。 三、实验设备 序号 名 称 1 2 3 4 5 6 四、实验内容 1. 三相负载星形联接 按图28-1线路组接实验电路。即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源。将三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置。经指导教师检查合格后，
3、方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。将所测得的数据记入表28-1中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。 交流电压表 交流电流表 万用表 三相自耦调压器 三相灯组负载 电门插座 型号与规格 0450V 05A 220V，15W白炽灯 数量 1 1 1 1 9 3 备注 自备 HE-17 屏上 380V380V0 图28-1 表28-1 测量数据 实验内容 Y0接平衡负载 Y接平衡负载 Y0接不平衡负载 Y接不平衡负载 2. 负载三
4、角形联接 按图28-2改接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出线电压为220V，并按表28-2的内容进行测试。 开灯盏数 线电流 IB IC 中线电流UAB UBC UCA UA0 UB0 UC0 I0 (A) 线电压 相电压 中点电压UN0 (V) A B C IA 相 相 相 3 3 1 1 3 3 2 2 3 3 3 3 380V QSFU 380V 图 28-2 表28-2 测量数据 负载情况 三相平衡 三相不平衡 A-B相 B-C相 C-A相 开 灯 盏 数 线电压=相电压 线电流 相电流 UAB UBC UCA IA IB IC IAB IBC ICA 3
5、 1 3 2 3 3 五、实验注意事项 1. 本实验采用三相交流市电，线电压为380V， 应穿绝缘鞋进实验室。实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。 2. 每次接线完毕，同组同学应自查一遍， 然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。 3. 星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。 4为避免烧坏灯泡，HE-17实验箱内设有过压保护装置。当任一相电压245250V时，即声光报警并跳闸。因此，在做Y接不平衡负载或缺相实验时，所加线 电压应以最高相电压240V为宜。 六、预习思考题 1. 三相负载根据什
6、么条件作星形或三角形连接？ 2. 复习三相交流电路有关内容， 试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？ 3. 本次实验中为什么要通过三相调压器将 380V 的市电线电压降为220V的线电压使用？ 七、实验报告 1. 用实验测得的数据验证对称三相电路中的3关系。 2. 用实验数据和观察到的现象， 总结三相四线供电系统中中线的作用。 3. 不对称三角形联接的负载，能否正常工作？ 实验是否能证明这一点？ 4. 根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图， 并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。 5. 心得体会及其他
7、。 实验二十九 三相电路功率的测量 一、实验目的 1. 掌握用一瓦特表法、 二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法 2. 进一步熟练掌握功率表的接线和使用方法 二、原理说明 1对于三相四线制供电的三相星形联接的负载，可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC，则三相功率之和即为三相负载的总有功功率值。这就是一瓦特表法，如图29-1所示。若三相负载是对称的，则只需测量一相的功率，再乘以3 即得三相总的有功功率。 *U*WP1 *V*WP2 W三相负载图29-1 图 29-2 2. 三相三线制供电系统中，不论三相负载是否对称，也不论负载是Y接还是接，都可用二瓦特表法测量三相负载的总有
8、功功率。测量线路如图29-2所示。若负载为感性或容性，且当相位差60时，线路中的一只功率表指针将反偏(数字式功率表将出现负读数), 这时应将功率表电流线圈的两个端子调换，其读数应记为负值。而三相总功率P=P1+P2。 3. 对于三相三线制供电的三 相对称负载，可用一瓦特表法测得 三相负载的总无功功率Q，测试原 理线路如图29-3所示。 图示功率表读数的3倍，即为 对称三相电路总的无功功率。 除了 此图给出的一种连接法 外，还有另外两种连接法，即接成 图 29-3 或。 三、实验设备 序号 1 2 3 4 5 名 称 交流电压表 交流电流表 单相功率表 万用表 三相自耦调压器 型号与规格 045
9、0V 05A 数量 2 2 2 1 1 备注 自备 6 7 四、实验内容 三相灯组负载 三相电容负载 220V，15W 白炽灯 1F，2.2F，4.7F/ 500V 9 各3 HE-17 HE-20 1. 用一瓦特表法测定三相对称Y0接以及不对称Y0接负载的总功率P。实验按图29-4线路接线。线路中的电流表和电压表用以监视该相的电流和电压，不要超过功率表电压和电流的量程。 380V 380V ABCA*W*图 29-4 的要求进行测量及计算。 表 29-1 开灯盏数 负载情况 A相 3 1 B相 3 2 C相 3 3 测量数据 PAPBPC V三相Y0接负载经指导教师检查后，接通三相电源， 调
10、节调压器输出， 使输出线电压为220V，按表29-1计算值 P Y0接对称负载 Y0接不对称负载 首先将三只表按图29-4接入B相进行测量，然后分别将三只表换接到A相和C相，再进行测量。 2. 用二瓦特表法测定三相负载的总功率 (1) 按图29-5接线，将三相灯组负载接成Y形接法。 图 29-5 经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器的输出线电压为220V，按表29-2的内容进行测量。 (2) 将三相灯组负载改成形接法，重复(1)的测量步骤， 数据记入表29-2中。 表 29-2 开灯盏数 负载情况 A相 Y接平衡负载 3 相 3 2 2 3 相 3 3 3 3 测量数据 P P 计算值
11、P Y接不平衡负载 1 接不平衡负载 1 接平衡负载 五、实验注意事项 3 1. 每次实验完毕，均需将三相调压器旋柄调回零位。 每次改变接线，均需断开三相电源，以确保人身安全。 六、预习思考题 1. 复习二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理。 2. 复习一瓦特表法测量三相对称负载无功功率的原理。 3. 测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表？ 七、实验报告 1. 完成数据表格中的各项测量和计算任务。 比较一瓦特表和二瓦特表法的测量结果。 2. 总结、分析三相电路功率测量的方法与结果。 3. 心得体会及其他。 实验十三 RC一阶电路的响应测试 一、实验目的 1. 测定RC一阶电路的零输
12、入响应、零状态响应及完全响应。 2. 学习电路时间常数的测量方法。 3. 掌握有关微分电路和积分电路的概念。 4. 进一步学会用示波器观测波形。 二、原理说明 1. 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。 2.图13-1
13、所示的 RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数。 3. 时间常数的测定方法: 用示波器测量零输入响应的波形如图13-1(a)所示。 根据一阶微分方程的求解得知ucUme-t/RCUme-t/。当t时，Uc()0.368Um。此时所对应的时间就等于。亦可用零状态响应波形增加到0.632 Um所对应的时间测得，如图13-1(c)所示。 (a) 零输入响应 (b) RC一阶电路 (c) 零状态响应 图 13-1 4. 微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路， 它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。一个简单的 RC串联电路，
14、在方波序列脉冲的重复激励下， 当满足RCT时，且由R两端的电压作为响应输出，这就2是一个微分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。如图13-2(a)所示。利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。 CRRR T/2cuc(a) 微分电路 (b) 积分电路 图13-2 若将图13-2(a)中的R与C位置调换一下，如图13-2(b)所示，由 C两端的电压作为响应输出。当电路的参数满足RCT条件时，即称为积分电路。因为此时电路的输出信2号电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可以将方波转变成三角波。 从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记
15、录。 三、实验设备 序号 1 2 3 四、实验内容 实验线路板采用HE-14实验挂箱的“一阶、二阶动态电路”，如图13-3所示，请认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等等。 1. 从电路板上选R10K，C6800pF组成如图13-1(b)所示的RC充放电电路。u为脉冲信号发生器输出的Um3V、f1KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源u和响应uc的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB。这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数，并用方格纸按1:1 的比例描绘波形。 少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。 2.
16、令R10K，C0.1F，观察并描绘响应的波形，继续增大C 之值，定性地观察对响应的影响。 0.01u1000p30K10K名 称 脉冲信号发生器 双踪示波器 动态电路实验板 型号与规格 数量 1 1 1 备注 HE-14 3. 令C0.01F，R100，组成 如图13-2(a)所示的微分电路。在同样的方 波激励信号作用下， 观测并描绘激励与响应的波形。 增减R之值，定性地观察对响应的影响， 并作记录。当R增至1M时，输入输出波 形有何本质上的区别？ 五、实验注意事项 1. 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、 10K1001000p0.01u10mH4.7mH6800p0.1u过猛。实验前，需
17、熟读双踪示波器的使用说明 图13-3 动态电路、选频电路实验板 书。观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮 的操作与调节。 2. 信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起， 以防外界干扰而影响测量的准确性。 3. 示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。 六、预习思考题 1. 什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、 零状态响应和完全响应的激励信号？ 2. 已知RC一阶电路R10K，C0.1F，试计算时间常数，并根据值的物理意义，拟定测量的方案。 3. 何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？ 它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用？ 4. 预习要求：熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。 七、实验报告 10K0.1u1M1K 1. 根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时化曲线，由曲线测得值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。 uc的变 2. 根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。 3. 心得体会及其他 C u i R cR T uR T/2
