实验二十八 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（又称“Ｙ”接）或三角形(又称" △" 接) 。当三相对称负载作Y 形联接时，线电压U l 是相电压U p 的3倍。线电流I l 等于相电流I p ，即 U l ＝3U P ， I l ＝I p

在这种情况下，流过中线的电流I 0＝0， 所以可以省去中线。 当对称三相负载作△形联接时，有I l ＝3I p ， U l ＝U p 。

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Y o 接法。而且中线必须牢固联接，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Y 0接法。

3. 当不对称负载作△接时，I l ≠I p ，但只要电源的线电压U l 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。

四、实验内容

1. 三相负载星形联接（三相四线制供电）

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（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后，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。

图28-1

2. 负载三角形联接（三相三线制供电）

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。

图 28-2

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＞245~250V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。

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（即Y o 接法），可用一只功率表测量各相的有功功率P A 、P B 、P C ，则三相功率之和（ΣP ＝P A ＋P B ＋P C ）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。

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φ＞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（不能调换电压线圈端子），其读数应记为负值。而三相总功率∑P=P1+P2（P 1、P 2本身不含任何意义）。

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（I U 、U VW ）

外，还有另外两种连接法，即接成 图 29-3 （I V 、U UW ）或（I W 、U UV ）。 三、实验设备

四、实验内容

1. 用一瓦特表法测定三相对称Y 0接以及不对称Y 0接负载的总功率ΣP 。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。

图 29-4

的要求进行测量及计算。

经指导教师检查后，接通三相电源， 调节调压器输出， 使输出线电压为220V ，按表29-1

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

五、实验注意事项

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τ，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（b ）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τ。 3. 时间常数τ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u c ＝U m e -t/RC＝U m e -t/。当t ＝τ时，Uc(τ) ＝0.368U m 。

τ

此时所对应的时间就等于τ。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， 在方波序列脉冲的重复激励下， 当满足τ＝RC

T

时（T 为方波脉冲的重复周期），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。

(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τ＝RC>>

T

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

记录。

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R ＝10K Ω，C ＝6800pF 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U m ＝3V 、f ＝1KHz 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u c 的信号分别连至示波器的两个输入口Y A 和Y B 。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τ，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. 令R ＝10K Ω，C ＝0.1μF ，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。

3. 令C ＝0.01μF ，R ＝100Ω，组成 如图13-2(a)所示的微分电路。在同样的方 波激励信号（Um ＝3V ，f ＝1KHz ）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 Ω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、

100

过猛。实验前，需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（称共地）， 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R ＝10K Ω，C ＝0.1μF ，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ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

10K

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τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。

u c

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

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