实验四单相交流电路.docx
实验四 单相交流电路实验四 单相交流电路 一、实验目的 1 掌握交流电压表, 交流电流表和万用表的使用。 2 掌握交流电路各元件电压的相量关系。 3 熟悉日光灯电路接线与工作原理，测量和研究日光灯各部分电压、电流的关系。 二、实验设备 1EEL实验台 1台 2 万用表 1块 3EEL52、EEL55A组件 三、实验原理 RLC串联电路 如图1所示，总电压与各元件的电压相量关系为： U=UR+UL+UC=RI+jXLI-jXCI 如图2所示，各个电压的相量构成“电压三角形”，各电压和有效值关系为： 222 U=UR+(UL-UC) 本实验需验证电压三角形。 图1 RLC串联电路 图2 电压相量图 日光灯电路 日光灯电路如图3，在日光灯正常发光后可等效为一个电阻和一个电感的串联电路，如图4。 图3 日光灯电路 电路由日光灯管、镇流器、启辉器及开关组成。 1 日光灯管 灯管是内壁涂有荧光粉的玻璃管，两端有钨丝，钨丝上涂有易发射电子的氧化物。玻璃管抽成真空后充入一定量的氩气和少量水银，氩气具有使灯管易发光和保护电极延长灯管寿命的作用。 2 镇流器 镇流器是一个具有铁心的线圈。在日光灯启动时，它和启辉器配合产生瞬间高压促使灯管导通，管壁荧光粉发光。灯管发光后镇流器在电路中起降压作用，使灯管电压降为约130V。 3 启辉器 启辉器的外壳是用铝或塑料制成，壳内有一个充有氖气的小玻璃泡和一个纸质电容器，玻璃泡内有两个电极，其中弯曲的触片是由热膨胀系数不同的双金属片制成。电容器作用是避免启辉器触片断开时产生的火花将触片烧坏，也防止管内气体放电时产生的电磁波辐射对收音机、电视机的干扰。 (三) 并联电容器提高功率因素 日光灯属于电感性负载，由于有电感L的存在, 功率因素cosf都较低， 一般为0.5左右，因此必须设法提高其功率因素。常用的方法是在电感性负载的两端并联电容器, 如图5所示的电路图。若电容取值适当，功率因素可大为提高(cosf可提高到0.9左右)。 有功功率表简介 有功功率表是测量有功功率的仪表，其需要输入电压U和电流I两个参数。所以功率表可有1、2、3、4四个接线柱，如图6。接线柱1和2为内部电压线圈，与负载并联；接线柱3和4为内部电流线圈，与负载串联。 250V 5A 1 2 3 4 图6功率表接线柱示意图 四、实验内容与步骤 验证RC串联交流电路的电压三角形 按图7接线，R为40W白炽灯，C为耐压400V以上的电容器，按表1测量数据，取第一行数据验证RC电压三角形。 表1，RC串联交流电路数据表 C 电容器C 4.3F 5.3F U 100V 100V UR UC 预习时画出U、UR和UC相量关系示意图。 RL串联交流电路的研究 1. 日光灯电路的安装 按图8连接电路，检查接线无误后，通电点亮日光灯，并注意观察起动过程。 2. 电流、电压和功率的测量 在日光灯正常发光情况下，测量以下数据并填入表2的第一行。 电压测量：用交流电压表分别测量端电压.U、灯管两端的电压U1和镇流器两端的电压U2。 电流测量：用交流电流表测量电流I。 功率测量：用功率表W测功率P。 功率因素的测量：读取功率表的读数。 S 220V * W * I IC I1 C U1 U2 U S 图8 日光灯实验电路 3. 并联电容器后的测量 并联电容，第2步的基础上，并联不同的电容, 用功率表测功率P, 用交流电流表表测量电路电流I、流过灯管及整流器的电流I1及流过电容器的电流Ic，用交流电压表分别测量端电压U、灯管两端的电压U1和镇流器两端的电压U2。将测量的数据填入表2。并用计算功率因素cosj。 表2：RL串联交流电路数据表 =cosj 并联电测容I I1 Ic U(V) U1(V) U2(V) P(W) 计算量(F) 值 值 0 0 0.47 1 2.2 2.67 4.3 5.3 6.5 7.5 预习时画出图4日光灯等效电路的U、UR和UL相量关系示意图 日光灯实验电路图8中，总电流I、日光灯电流I1和电容器电流IC的相量关系如图9。在并联电容时，总电压U与日光灯电流I1的相位差j1不变，且日光灯电流I1也不变。 预习时分析：说明为什么在并联电容时总电压U与日光灯电流I1的相位差j1不变，且日光灯电流I1也不变？当并联电容从0逐渐变大时，总电流如何变化？ 图9 电流相量关系 五、实验注意事项 1. 日光灯起动电流较大，起动时要小心电流表的量程，以防损坏电流表。 2. 不能将220V的交流电源不经过镇流器而直接接在灯管两端，否则将损坏灯管。 3. 在拆除实验线路时，应先切断电源，然后再拆线。 4. 线路接好后，必须经敉师检查允许后方可接通电源，在操作过程中要注意人身及设备安全。 六、实验报告要求 1.利用表1第一行数据验证RC串联交流电路的电压三角形。 2.利用表2第一行数据验证RL串联交流电路的电压三角形。 3.根据附表实验数据 ，绘制I=f(c), I1=f(c) ,IC=f(c) ,cosj=f(c)的曲线。并对曲线进行理论说明。 4. 确定功率因素最大时的最佳电容值。 5. 回答思考题。 七、思考题: 1日光灯点亮后，启辉器还会有作用吗？为什么？如果在日光灯点亮前启辉器损坏，此时有何应急措施可以点亮日光灯？ 2为什么用并联电容的方法可以提高感性负载的功率因数？串联电容行不行？为什么？ 3增加电容C可以提高cosj，是否C越大cosj越高？为什么？ 4验证RL串联交流电路的电压三角形时，会发现误差较大，网上查阅资料，说明为什么？
