电工学实验――三相交流电路电压、电流的测量

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、实验仪器：

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（DGJ-04）。

三、实验原理：

 三相负载可接成星形（又称“Y”接）或三角形 ( 又称 " " 接 ) 。

1、当三相对称负载作 Y 形联接时，线电压 UL 是相电压 Up 的倍。线电流 IL 等于相电流 I p ，即 UL ＝UP，IL ＝ I p

当采用三相四线制连接法时，流过中线的电流IO=0，所以可以省去中线。

 当对称三相负载作形连接时，有：IL=IP，UL=UP。

2、不对称三相负载作Y行连接时，必须采用三相四线制接法。而且中线必须牢固连接，以保证满足三相负载中每相负载额定电压的要求。

四、实验步骤及内容：

1、三相负载星形连接

按如下图线路组接实验电路，即三相灯负载经三相自耦调压器接通三相对称电源，并将三相调压器的旋柄置于三相电压输出为0V的位置，合上三相电源开关后调节调压器的输出，使输出的三相电压为220V。按数据表格所列各项要求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，记录数据。观察各相灯组亮暗的变化程度，特别注意观察中线的作用。

（1）三相负载星形连接且采用三相四线制供电

按图（a）线路组接实验电路，是输出的三相线电压为220V。

（2）按数据表格所列各项要求分别测量三相负载的线电压、相电压、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。

（3）三相负载星形连接且采用三相三线制供电

按图（b）线路连接实验电路，是输出的三相线电压为220V。

（4）按数据表格所列各项要求分别测量三相负载的线电压、相电压、相电流、中线电流与负载中点间的电压，记录数据。

2、三相负载三角形连接（三相三线制供电）

按图（c）改接电路，接通三相电源，调节调压器，使其输出线电压为220V，按数据表格的内容进行测试。

(c)

四、实验数据：见附表。

五、思考题：

1、三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？

答：三相负载星形或三角形连接，是根据绕组（如电动机）或用电器的额定电压连接的。负载额定电压是220V的星形连接；额定电压是380V的三角形连接

2、复习三相交流电路有关内容，分析三相星形连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？

答：无中线情况下要有一相短路相当于把线电压380V直接加在另外两相负载上，结果就是把这两相负载也烧掉，若是开路的话因两相都是不对称负载，分得电压不同一样要烧。总之星形接法且不对称，那么负载中线断开肯定会烧坏负载。接上中线不会烧坏负载。

3、本次实验中为何要通过三相调压器将380V的市电线电压降为220V的线电压时用？

答：380v / 220v是线电压和相电压的关系，如果用电器是三相电的话，就用380伏，如果是单相电的用220伏。如果三相用电器额定电压是220伏，则要用到变压器进行变压。

六、实验结论：

通过实验证明三相负载作Y型连接时，UL ＝UP，IL＝IP。而不对称三相负载进行Y形连接时，必须采用三相四线制接法，其中，中线有其重要的作用，保证二相不对称负载的每相电压维持对称不变。当对称负载进行星形连接时，有IL=IP，UL=UP。当不对称负载进行三角形连接时，IL≠IP。但只要电源的线电压不对称，加在三相负载上的电压仍然是对称的，对各相负载工作没有影响。

哈哈、b两端电压测量的准确性。

电流表的内阻越小越好，以减小其上的电压，以保证a、b支路电流测量的准确性。

实验4 RLC串联交流电路的研究

七、实验报告要求及思考题

2列表整理实验数据，通过实验总结串联交流电路的特点。

答：当XL ＜XC时，电路呈电容性，此时电容上的电压大于电感上的电压，且电流超前电压。

当XL＞XC时，电路呈电感性，此时电感上的电压大于电容上的电压，且电压超前电流。

当XL＝XC时，电路发生串联谐振，电路呈电阻性，此时电感上的电压与电容上的电压近似相等，且大于输入电压。电路中的电流最大，电压与电流同相位。

4从表4.1~4.3中任取一组数据（感性、容性、电阻性），说明总电压与分电压的关系。

答：取f=11kHz时的数据：U=6V，UR=3.15V，ULr=13.06V，UC=8.09V，将以上数据代入公式＝5.88V，近似等于输入电压6V。

6实验数据中部分电压大于电源电压，为什么？

答：因为按实验中所给出的频率，XL及XC的值均大于电路中的总阻抗。

9本实验中固定R、L、C参数，改变信号源的频率，可改变电路的性质。还有其它改变电路性质的方法吗？

答：也可固定频率，而改变电路中的参数(R、L、C)来改变电路的性质。

实验5 感性负载与功率因数的提高

七、实验报告要求及思考题

6根据表5.2所测数据和计算值，在坐标纸上作出I=f(C)及cos= f(C)两条曲线。说明日光灯电路要提高功率因数，并联多大的电容器比较合理，电容量越大，是否越高？

答：并联2.88uF的电容最合理，所得到的功率因数最大．由实验数据看到，并联最大电容4.7uF时所得的功率因数并不是最大的，所以可以得出，并不是电容量越大，功率因数越高．

8说明电容值的改变对负载的有功功率P、总电流I，日光灯支路电流IRL有何影响？

答：电容值的改变并不会影响负载的有功功率及日光灯支路的电流．

11提高电路的功率因数为什么只采用并联电容法，而不采用串联法？

答：因为串联电容虽然也可以提高功率因数，但它会使电路中的电流增大，从而增大日光灯的有功功率，可能会超过它的额定功率而使日光灯损坏．

实验6 三相交流电路

七、实验报告要求及思考题

2根据实验数据分析：负载对称的星形及三角形联接时Ul与Up，Il与Ip之间的关系。分析星形联接中线的作用。按测量的数据计算三相功率。

答：负载对称的星形联接：，Il=Ip

负载对称的三角形联接：Ul=Up，

星形联接中线的作用就是使相电压对称，负载能够正常工作。

5为什么不能在负载星形、负载三角形电路中短接负载？若短接，其后果如何？

答：在负载星形四线制和负载三角形电路中，若短接负载，则相当于将相电压或线电压直接短接，必然会引起电流过大而烧坏保险管。

8在星形联接、三角形联接两种情况下的三相对称负载，若有一相电源线断开了，会有什么情况发生？为什么？

答：在星形联接时，若有中线，则一相电源线断开，则电源断开的这一相负载不能工作，而并不影响其他两相负载的正常工作。

若无中线，则其他两相负载的电压会降低，将不能正常工作。

在三角形联接时，若有一相电源线断开，则接在另外两相电源之间的负载继续正常工作，而另两相负载的工作电压将会降低而导致不能正常工作。

实验7 一阶RC电路的暂态过程

七、实验报告要求及思考题

3坐标纸上描绘各实验内容所要求的波形图，说明其产生条件。

答：RC微分电路产生的条件：（1）τ＜＜tp ，（2）从电阻端输出。

RC积分电路产生的条件：（1）τ＞＞tp ，（2）从电容端输出。

耦合波形产生的条件：（1）τ＞＞tp ，（2）从电阻端输出。

5把电路的时间常数τ值与理论值比较，分析误差原因。

答：误差产生的原因可能有以下几个方面：

（1） 在理论上，（2） 电容器真正充到最大值的时间是无穷大，而（3） 实验中只取5τ，（4） 因此会引起误差。

（5） 元器件标（6） 称值与实际值的误差。

（7） 操作者在波形上读数时的视差。

（8） 仪器本身的误差。

6什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和全响应的激信号？

答：阶跃信号或者是方波信号。

9在电路参数己定的RC微分电路和积分电路中，当输入频率改变时，输出信号波形是否改变？为什么？

答：改变。因为频率改变时，脉宽会发生变化，时间常数与脉宽的关系就会发生变化，所以输出信号的波形也会改变。

实验8 三相异步电动机的直接起动与正反转控制

七、实验报告及思考题

3写出直接起动，正、反转控制的动作程序，说明那些元件起自锁、互锁作用。

答：直接起动时，先按下起动按钮，交流接触器的线圈带电，会带动它的主触点和辅助常开触点闭合，使得主电路接通，电动机起动。辅助常开触点起自锁的作用。

正反转控制中，先按正转起动按钮，电动机开始正转，此时反转起动按钮不起作用。要让电机反转，必须先按停止按钮让电机停止，再按反转起动按钮，电机才可以反转。正转交流接触器的辅助常闭触点接到反转控制电路当中，反转交流接触器的辅助常闭触点接到正转控制电路当中起到互锁的作用。

4画出经实验验证后的图8.2和图8.3控制线路图。说明控制电路的各种保护作用。

答：经实验验证后的控制线路图与上面的电路图完全一致。

控制电路中的保护有：熔断器起短路保护，热继电器起过载保护，交流接触器以及按钮起欠压或失压保护。

5实验过程中有无出现故障？是什么性质的故障？你是如何检查和排除的?

答；没有出现故障。

6若拆除图8.2控制回路中自锁触头KM1,再接通三相电源,电动机将如何运转情况?

答:电动机将进行点动。

实验9 单相双绕组变压器

七、实验报告要求及思考题

1计算变比K、效率η及电压变化率ΔU。

答：K=U1/U2 =1.9，η=P2/P1，=，

2写出短路实验计算原边等效阻抗Z的公式并计算。

答：Z= U1/ I1

4通过测试的数据，你能否计算变压器的功率损耗？

答：ΔP=P1-P2

5若负载实验中负载为感性负载（例如COS2=0.8）,能否进行变压器负载特性测试？

答：可以。

实验10 单管低频放大电路

七、实验报告要求及思考题

3整理实验数据，分析RL对电压放大倍数的影响。

答：放大电路带上RL会使电路的放大倍数减小。

5根据uo在各种条件下的波形，解释静态工作点对波形失真的影响。

答：静态工作点偏高会使放大电路进入饱和区而产生饱和失真。

静态工作点偏低会使放大电路进入截止区而产生截止失真。

9测量放大电路输出电阻ro时，若电路中负载电阻RL改变，输出电阻ro会改变吗？除了实验介绍的方法，是否还有其它方法测量输入电阻和输出电阻？

答：负载电阻RL改变不会影响输出电阻的大小。

测量输入电阻的方法：在放大电路输入端加一个电压Ui，只要测出输入端的电压Ui和流过输入端的电流Ii，便可求得ri＝Ui/Ii。

测量输出电阻的方法：在放大电路输出端加一个电压U0，只要测出输出端的电压U0和流过输出端的电流I0，便可求得r0＝U0/I0。

12通过示波器对输入信号电压和输出信号电压进行比较，能否测量电压放大倍数？

答：可以测量。

实验11 多级放大电路与负反馈放大电路

七、实验报告要求及思考题

4整理实验数据，分析实验结论，总结多级放大电路放大倍数的计算关系；总结负反馈对放大电路性能的影响。

答：多级放大电路的电压放大倍数等于各级电压放大电路放大倍数的乘积。

负反馈对放大电路性的影响主要有以下几点：

1）扩展通频带：2）提高放大电路的稳定性：3）减小电路的非线性失真：4）电压放大倍数减小。

6如果加到放大电路输入端的信号已经失真，引入负反馈能否改善这种失真？

答：加入负反馈是为了改善放大电路的动态性能，而不是改变放大电路的性质。放大电路的性质是对输入信号进行放大，所以如果加到放大电路输入端的信号已经失真，引入负反馈不能改善这种失真。

7对静态工作点设置与动态性能的测试有何关系？

答：设置合适的静态工作点是为了让放大电路处于线性放大区，如果静态工作点设置不合适有可能引起输出信号失真，从而不能准确地测试出电路的动态性能，所以必须设置合适的静态工作点。

实验13 基本运算电路

七、实验报告及思考题

3整理实验数据，分析实验结论，分析产生误差的原因。说明集成运放的使用应注意哪些问题。

答：误差的产生可能有如下几个原因：

（1） 运算放大器的输入电阻虽然很大，（2） 但并不（3） 是无穷大，（4） 所以会影响到测量的值。

（5） 实验中所使用的元器件的标（6） 称值可能跟实际值有一定的误差，（7） 也会引起测量误差。

（8） 在读数时也可能产生人为误差。

集成运放的使用应注意以下几个问题：

1集成运放工作必须接正负12V双电源。

2必须接调零电路，且实验前必须先调零。

3集成运放绝不允许开环操作。

4集成运放需接有消振电路，若运放内部已自带消振电路，则不必再外接。

5实验中输入信号多为直流，集成运放组成的运算电路能输入交流信号吗？

答：可以。

7比较实验中积分电路（有源）与实验6的积分电路（无源），说明各自的特点。

答：本实验中的积分电路采用了集成运放，得到的三角波更准确，而实验6中的积分电路严格地来说，得到的三角波是按指数函数上升或下降的。

10集成运算放大器作为基本运算单元，就我们所熟悉的，它可完成哪些运算功能？

答：可以完成比例运算，加法运算，减法运算，积分运算

实验16 直流稳压电源

七、实验报告要求及思考题

1．整理实验数据，分析实验结论。比较无稳压电路与有稳压电路的电压稳定程度。

答：若无稳压电路，则负载及输入电压的变化对输出电压的影响较大，输出电压不稳定，而加入了稳压电路以后，只是输出电压稍有变化，稳压器则通过迅速增加或减小流经其的电流来进行调节，将输出电压稳定在一个固定的值。

5从实验数据表16.2中，计算直流稳压电路的输出电阻ro，它的大小有何意义？

答：将整个直流稳压电路等效为一个有源二端网络，由ro=Uo/ I，则计算值如表2。ro的大小对有稳压时的输出电压无影响，只会影响整个电路的输出功率。若无稳压时，则ro的大小将影响输出电压的大小，ro越小，则输出电压越小。

8单相桥式整流电路，接电容滤波，空载时输出电压还满足Uo=1.2U2吗？

答：不满足。因为当RL趋于无穷大时，I也趋于无穷大，则U0=U2

12如果线性直流稳压器78XX的输入端是一个直流脉动电压，器件能否否正常工作？如果不能，应当如何处理？

答：若脉动电压太大，不能很好地稳压，要加合适的滤波电容；若脉动电压太小（即电压平均值太小），可选择较合适的变压器副边电压。总之，稳压输入应在其正常参数的范围内。

实验17 组合逻辑门电路

七、实验报告要求及思考题

1．画出各个实验电路图，列表整理实验结果。

2．小结与非门、与门、或门、异或门、全加器以及所设计逻辑电路的逻辑功能。

答：与非门：有0出1，全1出0

与门：有0出0，全1出1

异或门：相异出1，相同出0

全加器：和位Si：当输入为奇数个1时，输出为1；偶数个1时，输出为0。进位Ci：当输入中有两个或两个以上为1时，输出为1，否则输出为0。

3．TTL集成门电路有何特点，集成门电路的多余端如何处理？

答：集成门电路的多余端有三种处理方法：

（1）空着；

（2）并联后接到正电源；

（3）并联后接到高电平。

4．“与非”门一个输入端接连续脉冲，其余输入端什么状态时允许脉冲通过？什么状态时不允许脉冲通过？

答：其余输入端为高电平“1”时，允许脉冲通过，输入和输出之间呈反相关系。而有一个输入端为低电平“0”时，将“与非”门封锁，不允许脉冲通过。

实验18 双稳态触发器

七、实验报告及思考题

1．记录、整理实验现象及实验所得的有关数据，对实验结果进行分析。

2．触发器的共同特点是什么？

答：触发器都有记忆功能。

3．型触发器与维持阻塞型触发器对触发脉冲各有什么要求？

答：对于主从型触发器CP脉冲的宽度要小于等于输入信号的脉冲宽度，后沿触发，而对于维持阻塞型触发器CP脉冲的上升沿应该滞后于输入信号，前沿触发。

实验19 计数器

七、实验报告要求及思考题

1．画出各个实验电路，列表整理实验结果，并画出有关波形图。

2．组合逻辑电路与时序逻辑电路有何不同？

答：组合逻辑电路没有记忆功能，而时序逻辑电路有记忆功能。

3．总结使用集成触发器、计数器的体会。

实验20 555集成定时器及其应用

七、实验报告及思考题

1．在坐标纸上描绘多谐振荡器电路中电容器C充放电电压uc与uo的波形对应关系，以及单稳态触发器中ui与uo、uc的对应关系波形图。

2．将步骤1、2中测得的周期T以及正脉冲宽度tp与计算值进行比较。

3．单稳态触发器的脉宽等于多少？怎样改变脉宽？

答：因为tp =1.1RC，所以改变R、C即可改变tp。

4．振荡器的脉冲宽度受哪些参数的影响？如何调整？

答：因为T1=0.7(R1+R2)C,所以可通过调节R1、R2可C来改变脉宽

实验二十四三相交流电路电压电流的测量

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