电工学4个实验教程doc

1实验一戴维宁定理——有源二端网络等效参数的测定一．实验目的1．验证戴维宁定理、诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解；2．掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二．实验原理1．戴维宁定理戴维宁定理指出：任何一个有源二端网络，总可以用一个电压源US和一个电阻RS串联组成的实际电压源来代替，其中：电压源US等于这个有源二端网络的开路电压UOC,内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零(电压源短接，电流源开路)后的等效电阻RO。US、RS和IS、RS称为有源二端网络的等效参数。2．有源二端网络等效参数的测量方法(1)开路电压、短路电流法在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压UOC,然后再将其输出端短路，测其短路电流ISＣ，且内阻为：SCOCSIUR。若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。(2)伏安法一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图1-1所示。开路电压为UOC，根据外特性曲线求出斜率tg，则内阻为：IURtgS。另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UOC，以及额定电流IN和对应的输出端额定电压UN，如图1-1所示，则内阻为：NNOCSIUUR。(3)半电压法如图1-2所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻RL的大小（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。(4)零示法在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，UOCUNINUIUISC图6-1V图6-2USUOCUOC有源网络V图6-3USUS电压源有源网络图1-1图1-22为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图1-3所示。零示法测量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较，当恒压源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”，然后将电路断开，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。三．实验设备1．直流数字电压表、直流数字电流表2．恒压源（双路0～30V可调。）3．恒源流（0～200mA可调）4．NEEL－11下组件或EEL－51、EEL－52、EEL－53或MEEL—05、MEEL—06四．实验内容被测有源二端网络如图1-4所示.1．图1-4线路接入恒压源US＝15V和恒流源IS＝9mA及可变电阻RL。测开路电压UOC：在图1-4电路中，断开负载RL，用电压表测量开路电压UOC，将数据记入表1-1中。测短路电流ISＣ：在图1-5电路中，将负载RL短路，用电流表测量短路电流ISＣ，将数据记入表1-1中。表1-1Uoc(V)Isc(mA)Rs=Uoc/Isc2．负载实验测量有源二端网络的外特性：在图1-4电路中，改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表1-2中。并计算有源二端网络的等效参数US和RS51010+USIS330510RLS2S1图6-4通断图1-43表1-2RL()990900800700600500400300200100U(V)I(mA)3．验证戴维宁定理测量有源二端网络等效电压源的外特性：图1-5(a)电路是图1-4的等效电压源电路，图中，电压源US用恒压源的可调稳压输出端，调整到表1-1中的UOC数值，内阻RS按表1-1中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。然后，用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表1-3中。表1-有源二端网络等效电流源的外特性数据RL()990900800700600500400300200100U(V)I(mA)五．实验注意事项1．测量时，注意电流表量程的更换2．改接线路时，要关掉电源。六．预习与思考题1．如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流，在什么情况下不能直接测量开路电压和短路电流？2．说明测量有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。七．实验报告要求1．回答思考题；2．根据表1-1和表1-2的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS；3．根据半电压法和零示法测量的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS；4．实验中用各种方法测得的UOC和RS是否相等？试分析其原因；5．根据表1-2、表1-3和表1-4的数据，绘出有源二端网络和有源二端网络等效电路的外特性曲线,验证戴维宁定理和诺顿定理的正确性；6．说明戴维宁定理和诺顿定理的应用场合。V图6-5USV(b)mAIS有源网络mA(a)有源网络图1-54实验三交流电路的研究一、实验目的1、学会使用交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器；2、学习用交流数字仪表测量交流电路的电压、电流和功率；3、学会用交流数字仪表测定交流电路参数的方法；4、加深对阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。5、研究提高感性负载功率因数的方法和意义；二、实验原理1、交流电路的电压、电流和功率的测量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，流过该元件的电流I和它所消耗的功率P，然后通过计算得到所求的各值，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。计算的基本公电阻元件的电阻：IURR或2IPR电感元件的感抗IUXLL，电感fXL2L电容元件的容抗IUXCC，电容C21fXC串联电路复阻抗的模IUZ，阻抗角RXarctg其中：等效电阻2IPR，等效电抗22RZX在R、L、C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相量和，而不能用它们的有效值直接相加。电路功率用功率表测量，功率表（又称为瓦特表）是一种电动式仪表，其中电流线圈与负载串联，（具有两个电流线圈，可串联或并联，以便得到两个电流量程），而电压线圈与电源并联，电流线圈和电压线圈的同名端（标有*号端）必须连在一起，如图3-1所示。本实验使用数字式功率表，连接方法与电动式功率表相同，电压、电流量程分别选500V和3A。2、提高感性负载功率因数的研究供电系统由电源（发电机或变压器）通过输电线路向负载供电。负载通常有电阻负载，如白炽灯、电阻加热器等，也有电感性负载，如电动机、变压器、线圈等，一般情况下，这两种负载会同时存在。由于电感性负载有较大的感抗，因而功率因数较低。UIu图3-15若电源向负载传送的功率cosUIP，当功率P和供电电压U一定时，功率因数cos越低，线路电流I就越大，从而增加了线路电压降和线路功率损耗,若线路总电阻为lR，则线路电压降和线路功率损耗分别为llIRU和llRIP2；另外，负载的功率因数越低，表明无功功率就越大，电源就必须用较大的容量和负载电感进行能量交换，电源向负载提供有功功率的能力就必然下降，从而降低了电源容量的利用率。因而，从提高供电系统的经济效益和供电质量，必须采取措施提高电感性负载的功率因数。通常提高电感性负载功率因数的方法是在负载两端并联适当数量的电容器，使负载的总无功功率Q＝QL－QC减小，在传送的有功率功率P不变时，使得功率因数提高，线路电流减小。当并联电容器的QC＝QL时，总无功功率Q＝0，此时功率因数cos＝1，线路电流I最小。若继续并联电容器，将导致功率因数下降，线路电流增大，这种现象称为过补偿。负载功率因数可以用三表法测量电源电压U、负载电流I和功率P，用公式UIPcos计算。本实验的电感性负载用铁心线圈，（日光灯镇流器）电源用220V交流电经自耦调压器调压供电。三．实验设备1．交流电压表、电流表、功率表（在控制屏）2．自耦调压器（输出可调的交流电压）3．NEEL—17（或EEL—52、EEL—55或MEEL—001、MEEL—02）—30W镇流器，630V/4.3μF电容器，电流插头，40W/220V白炽灯，30W日光灯四．实验内容1．测量日光灯电路日光灯电路如图3-2所示，功率表的连接方法见图3-1，交流电源经自耦调压器调压后向负载日光灯供电。将电压U调到220V，测量日光灯管两端电压UR、镇流器电压URL和总电压U以及电流和功率，并记入自拟的数据表格中。2．提高感性负载功率因数实验按图3-2组成实验电路经指导老师检查后，按下按钮开关，调节自耦变压器的输出电压为220V，记录功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，接入电容，从小到大增加电容值，记录不同电容值时的功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，并记入表3-1中。实验中用电流取样插头测量三个支路的电流。在实验过程中，一直要保持负载电压U2等于210V，以便对实验数据进行比较。ULUAUiLiCi图3-26注意：日光灯启动时电流较大（约0.6A），工作时电流约为0.37A，注意仪表量程选择。表3-1提高感性负载功率因数实验数据C(µF)P（W）U（V）UC（V）UL（V）UA（V）I（A）IC（A）IL（A）cos00.4711.472.22.673.23.674.34.7756.476.57.5五．实验注意事项1．通常，功率表不单独使用，要有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不23．自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，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，再断电源。必须严格遵守这一安全操作规程。六．预习与思考题1．自拟实验所需的表格；2．参阅课外资料，了解日光灯的电路连接和工作原理；3．当日光灯上缺少启辉器时，人们常用一根导线将启辉器插座的两端短接一下，然后4．了解功率表的连接方法；5．了解自耦调压器的操作方法。6．电感性的负载为什么功率因数较低？负载较低的功率因数对供电系统有何影响？为什么？7．为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，78．提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？七．实验报告要求1．根据实验1的数据，计算镇流器的参数（电阻R和电感L）；2．根据实验2的数据，画出各个电压和电流的相量图，说明各个电压之间的关系。3．根据实验2数据，计算出日光灯和并联不同电容器时的功率因数，并说明并联电容器对功率因数的影响。绘制出功率因数与所并电容的曲线，所并电容是否越大越好?4．根据表3-1中的电流数据，说明I＝IC＋IRL吗？为什么？7．画出所有电流和电源电压的相量图，说明改变并联电容的大小时，相量图有何变化？8．根据实验2数据，从减小线路电压降、线路功率损耗和充分利用电源容量两个方面说明提高功率因数的经济意义。9．回答思考题6、7、8。8实验四三相电路电压、电流的测量一．实验目的1、练习三相负载的星形联接和三角形联接；2、了解三相电路线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系；3、了解三相四线制供电系统中，中线的作用；4、观察线路故障时的情况；5、学会用功率表测量三相电路功率的方法。二．原理说明1.三相电压、电流的测量电源用三相四线制向负载供电，三相负载可接成星形（又称‘Y’形）或三角形（又称‘Δ’形）。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：PLPLIIUU,3，流过中线的电流ＩN＝０；作‘Δ’形联接时，线电压UL等于相电压UP，线电流IL是相电流IP的3倍，即：PLPLUIIU,3不对称三相负载作‘Y’联接时，必须采用‘YO’接法，中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压（三相对称电压）。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；对于不对称负载作‘Δ’联接时，IL≠3Ip，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。本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组白炽灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。2．三相功率的测量（1）三相四线制供电，负载星形联接（即Y0接法）对于三相不对称负载，用三个单相功率表测量，测量电路