正弦稳态交流电路的研究

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连

小草也长不出来的。

实验七 正弦稳态交流电路的研究

一、实验目的

1. 研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系； 2. 掌握交流参数的测量方法； 3. 学会日光灯线路的接线；

4. 理解改善电路功率因数的意义，提高功率因数的方法。 二、原理说明 1. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支

路的电流值， 用交流电压表测得回路各元件两端的电压 图7-1 RC串联电路 值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律， 即 ΣI＝0和ΣU＝0 。

2. 图7-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信 号U的激励下，UR与UC保持有90º的相位差，即当 R阻值改变时，UR的相量轨迹是一个半园。 角形，如图7-2所示。R值改变时，可改变φ角的大 小，从而达到移相的目的。

3. 图7-1所示的电容元件电路中，电压值与电流 值的比值为

URIUjXcIRURUcφUUcU、UC与UR三者形成一个直角形的电压三 图7-2 RC串联电路电压相量图

1，称为容抗，用XC代表。当电压U C11 图7-3 RL串联电路 C2fC一定时，容抗愈大，则电流愈小。

XC 容抗XC与电容C，频率f成反比。

图7-3所示的电感元件电路中，电压值与电流值 的比值为L，称为感抗，用XL代表。当电压U 一定时，感抗愈大，则电流愈小。

SALC220VXLL2fL

感抗XL与电感L，频率f成正比。

4. 日光灯线路如图7-4所示，图中 A 是日光 灯管，L 是镇流器， S是启辉器，C 是补偿

电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ值）。 图7-4 日光灯电路 三、实验设备

序号 1 名称 交流电压表 型号与规格 0～500V 数量 1 备注 屏内 1 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连

小草也长不出来的。

2 3 4 5 6 7 8 9 交流电流表 功率表 自耦调压器 镇流器、启辉器 日光灯灯管 电容器 白炽灯及灯座 电流插座 ０～5A 0-5A 0-450V 0-450V 与40W灯管配用 220V， 40W 1μF,2.2μF,4.7μF/500V 220V，15W 1 1 1 各1 1 各1 1~3 3 屏内 D34 DG01 DG09 屏内 DG09 DG08 DG09 图

四、实验内容及步骤

经指导教师检查后，接通实验台电源（注意：自耦调压器输出220V）。记录I、U、UR、UC值，验证相量形式的基尔霍夫定律。

表7-1 RC串联电路测量数据

测 量 值 U（V） UR（V） UC（V） I（A） 计 算 值 △U（V） C（μF） 1. 按图7-1 接线。R为15W/220V的白炽灯泡，电容器为4.7μF/450V。

2. 按图7-3 接线。R为15W/220V的白炽灯泡，电感为镇流器。 经指导教师检查允许后，通电实验，记录I、U、UR、UL值。

表7-2 RL串联电路测量数据

测 量 值 U（V） UR（V） UL（V） I（A） 计 算 值 △U（V） L（H） 3. 日光灯线路连接及电路功率因数的改善。

按图7-5组成实验线路。经指导老师检查允许后，通电实验，记录功率表、

ic

图7-5 日光灯电路功率因数的改善

电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行

2 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，那上面连

小草也长不出来的。

三次重复测量。数据记入表7-3中。

表7-3 日光灯线路测量数据 电容值 C(μF) 0 1 2.2 4.7 P(W) cosφ 测 量 数 值 I（A） IL(A) IC(A) U(V) UA(V) UL(V) 五、注意事项

1. 本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。 2. 功率表要正确接入电路。

3. 线路接线正确，日光灯不能启辉时， 应检查启辉器及其接触是否良好。

六、思考题

1. 参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

2. 在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮（DG09实验挂箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做一下试验。）或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

3. 为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器， 此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性负载上的电流和功率是否改变？

4. 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？所并的电容器是否越大越好？

七、实验报告要求

本实验是综合性实验请按综合实验报告格式完成。 1. 完成数据表格中的计算，。

2. 根据实验1和实验2数据，分别绘出电压相量图， 验证相量形式的基尔霍夫电压定律，如果数据误差较大，应进行误差分析

3. 根据实验1和实验2数据分别计算电容值C、电感值L。 3. 根据实验3数据讨论改善电路功率因数的意义和方法。

4. 装接日光灯线路的心得体会及其他。

3 人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。