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
1．EEL－Ⅶ实验台      1台
    2  万用表                  1块
3．EEL－52、EEL－55A组件
三、实验原理
（一）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：
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：
　
本实验需验证电压三角形。
（二）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。
         
 
 
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（500V以上电压）促使灯管导通（高电压启动），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（低电压工作）。
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（冷态常开触头）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(可提高到0.9左右)。
C
                     
                             
（四）有功功率表（功率因素表）简介
　有功功率表是测量有功功率（）的仪表，其需要输入电压和电流两个参数（在表内部对和的相位进行比较自动得出）。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。
四、实验内容与步骤
（一）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
电容器C
U
UR
UC
4.3μF
100V
5.3μF
100V
预习时画出U、UR和UC相量关系示意图。
（二）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（暂不接电容器），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。
（1）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。
（2）电流测量：用交流电流表测量电流I（此时I1＝I，Ic＝0）。
（3）功率测量：用功率表W测功率P。
（4）功率因素的测量：读取功率表（功率因素表）的读数。
*
W
*
C
 
                             
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。
表2：RL串联交流电路数据表
并联电容()
I（A）
I1（A）
Ic（A）
U(V)
U1(V)
U2(V)
P(W)
λ=
计算值
测量值
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I万用表测交流电流1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的相位差不变，且日光灯电流I1也不变。（参见教材第151页）。
预习时分析：（1）说明为什么在并联电容时总电压U与日光灯电流I1的相位差不变，且日光灯电流I1也不变？（2）当并联电容从0逐渐变大（IC从0逐渐变大）时，总电流如何变化？
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，是否C越大越高？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？

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。