电工技术实验指导书.doc

电工技术课程配套教辅材料电工技术实验指导书吴成康 王健 朱义强 编写阜阳师范学院物理系2004年2月目 录第一部分 基础知识1、电工学实验室安全知识12、电工学实验概述23、电工测量8第二部分 基础实验1、实验一 交流电路参数测定实验 182、实验二 改善功率因数实验 223、实验三 三相电路及功率的测量 274、实验四 单相变压器实验 345、实验五 三相异步电动机的使用和起动 416、实验六 异步电动机继电一一接触控制的基本电路实验 497、实验七 三相异步电动机Y一起动实验 57第三部分 设计实验8、实验八 交替工作控制电路的设计与组装639、实验九 “水塔”（水箱）自动抽水电路设计与组装64电工学实验室安全用电知识电工学实验一般都是用市电进行，若作用于人体就可以引起生命危险，所以安全用电是实验中始终都要注意的大问题，千万不可麻痹大意。1、接线、拆线或改接线路时，均应先切断电路，接线时应最后连接电源线，拆线时应最先拆除电源线、所有接线均要牢固，以防碰线、掉线、短接、断线等。2、要正确选用保险丝，不能随便用粗保险丝或导线代替。3、接通电路应在指导教师检查线路后进行，改接电路也要经教师检查。4、接通电源应通知全组同学，以防不注意而触电。5、当接通电源后，以及在整个实验过程中，应注意仪表及机器有无异常现象发生，如电表指针指示是否正常，有无反转或超满刻度等；变压器有无过热、发臭、电机转速是否过高，有无怪声音或冒火花等现象，如有异常现象应立即断电检查原因。6、接通电源后，应养成单手操作的习惯，能用单手操作的尽量不用双手操作，不要用手去接触电路中不绝缘导线或接触点。7、保持身体不与旋转部位接触、禁止用手或脚使电动机制动，测量转速时应格外小心。8、万一发生任何事故，应立即迅速断开本组电源开关及实验室电源总开关压下，实验台上红色“急停”按钮。正常情况下不要压此按钮，以免影响正常实验。电工学实验概述一、实验前的准备工作1、认真预习实验指导书及教材中的有关部分，通过预习，充分了解本次实验的目的、原理、步骤和仪器的使用方法，并将实验目的、基本原理、实验电路、填写实验数据的表格认真写画在实验预习报告上。2、进入实验室后，要熟悉TS-B型通用电工实验台的结构及电源配备情况，选中本实验所用电源及接通电源时各开关动作顺序。按指导书所列仪器清单，挑选所用实验电路板及测量仪表单元板并将它们安放在实验框架便于接线的位置上；检查所用其他仪器设备是否齐全和符合实验要求。二、根据实验电路图，联接实验电路1、导线的长短和两端接头种类的选择要合适，联接导线应尽可能少用，并力求简捷、清楚，尽量避免导线间的交叉。接头要插紧，每个接线柱上最好不要多于二个插头。图0-1画出了实验电路图及两种不同的接线方法，显然0-1（c）接线方法较好。(a) 电路图 (b) 布线不好 (c) 布线较好图0-1 两种接线方式的比较2、一般应先接串联电路，后接并联回路；或先接主电路，后接辅助电路，最后接通电源电路。3、任何负载应先经过开关和保险丝才能和电源联接，并根据负载电流的大小选择保险丝。4、线路接好后，先由同组同学做好复查工作，再经教师检查，方可接通电源。5、实验过程中，如需改变接线，必须先切断电源，待改完线路并再次进行检查后，方可接通电源继续进行实验。6、为避免电路过渡冲击电流表和功率表电流线圈而损坏仪表，一般电流表和功率表电流线圈并不接死在电路中，而是通过电流测量插口来代替它。这样既可以保护仪表不受意外损坏，又可以提高仪表的利用率。电流测量的插口是专门为电流表方便地串入电路而设计的。插口两极是用弹性铜片制成，平时两极是闭合的；测量插头是由互相绝缘的双面复铜板制成，焊接在两面的二根引线接电流表。当将电流表插头插入插口时，插头的绝缘层将电路切断，又通过电流表将电路接通，从而达到测量电路电流的目的。当将插头拔出插口时，电路又自动闭合。测量原理如图0-2所示。（a）插口 （b）测量电流图0-2 电流测量插口三、数据的观测与记录观测并记录实验中的现象和数据是实验过程中最主要的步骤，必须认真仔细地进行。1、测量数据前的试做检查为保证实验结果的正确，接通电路以后，不要忙于马上测量数据，而要先大致试做一遍，主要观察各被测量的变化情况和出现的现象是否与理论预料结果相符，如果出现非正常情况，应及时找出原因进行处理。试做过程还可以发现仪表种类的量程选择是否合适，设备的放置及操作是否方便等。若有问题都应在正式实验之前解决。2、数据的测量与记录。试做无问题就可以读取数据，如果要测某一变化曲线，测量点的数目和间隔应选得合适。被测量的最大值或最小值相应的点一定要测出；在变化曲线的较弯曲处，测量点应选得密一些，变化曲线较平滑处，测量点可取得稀一些，测量点要分布在所研究的整个范围内，不要仅局限于某一小部分。测量点的选择，在试做时就要给予考虑。图0-3是合理选择测量点的一个例子。图0-3 测量点的选择fI0利用指针式仪表测量数据时，目光应正对仪表（对有反射镜的仪表，在看到指针与它在镜中的影像重合时方可读数）。一般指针式仪表可读出三位有效数字，末位数字根据指针在小格中的位置来估计。实验数据应记在事先列好的数据表格中，一定要注明被测量的名称、单位。保持定值的量可单独记录。四、安全用电1、实验中应严肃、认真、细心地进行测试，因电压一般在220380伏左右，所以不得用手触及未经绝缘的电源或电路中的裸露部分。在接线、拆线和改接线路时均应切断电源。2、闭合或断开闸刀开关时应迅速果断，同时用目光监视仪表和电机设备有无异常现象。例如，有无指针反偏或超量程现象；有无发热、冒烟、电机转速过高现象。如果有这些现象应立即切断电源，停止实验，并进行检查。3、电源接通后，应培养单手操作习惯，能用单手操作的尽量不用双手操作，以防双手触及线电压电路。4、万一出现某种事故，应迅速切断电源。本实验台上有一桔红色：“急停”按钮，按下此钮将会迅速切断电源（在正常情况下不要随便动此按钮，以免影响实验的正常进行）。五、实验总结与报告1、实验后，应先核对实验数据是否齐全、合理，并经教师审核，以便在电路拆除前有核对和重新测量的机会。拆除线路前应首先切断所有电源，然后逐一拆除线路，并将仪器、工具、导线放置整齐。2、实验报告的内容应包括：（1）实验目的与要求。（2）实验原理（主要画出实验电路及写出计算公式）。（3）整理实验数据，计算实验结果及绘制特性曲线。实验曲线应绘制在坐标纸上，并标明坐标所代表的物理量、单位。绘制曲线时，应用光滑细线条连接，不用曲折线连接，不要强求曲线通过所有实验数据点。图0-4给出了二种绘制实验曲线的方法，其中图0-4（a）的绘制方法是正确的。（4）回答实验指导书中提出的问题；总结实验中的心得体会和对实验的改进意见。3、实验报告与上述要求相差较大时，指导教师可退还学生，并指定学生重做。实验报告应在做下一个实验前交给指导教师批阅，逾期不交者应停止参加下一个实验。（a） （b）图0-4 实验曲线的绘图六、关于有效数字及实验数据的运算处理在许多情况下，测量仪表的指示位置不一定恰好与表盘刻度线相符合，这就需要用估计法来读取最后一位数，这个估计出来的数字称为存疑数字（或欠准数字），超过一位存疑数字的估计是没有意义的。存疑数字前面的几位数字称为可靠数字。可靠数字加上末位的存疑数字称为有效数字。在记录有效数字时应注意以下几点：1、有效数字的位数与小数点无关。例如1326与13.26都是四位有效数字。2、“0”在数字之间或数字之末,均算作有效数字,在数字之前不算是有效数字。例如1.05、4.50都是三位有效数字，而0.45、0.015只是二位有效数字。还要注意3.5和3.50的意义是不同的，前者中的“3”是可靠数字，“5”是存疑数字；后者“3”和“5”均是可靠数字，“0”是存疑数字。故3.50中的“0”是不能省略的。3、对于较大的数，有效数字的记法采用指数形式，以10的方次前面的数字代表有效数字。例如：4.5×103，5.80×103等分别为2位和3位有效数字，5.80×103不能写成5.8×103。对于很小的数，例如：0.0036可写成3.6×10-3。4、进行数字计算时，应注意只保留一位存疑数字，它后面数字完全可以省去，在去掉第二位存疑数字时要用四舍五入的方法。例1 44.6+3.67=?式中第一个数的“6”是存疑数字，第二个数的“7”是存疑数字（在数字下面加一横表示），做加法时有因为44.6中的“6”是存疑数字，所以“6”加“6”进位后的“2”也一定是存疑的，而它后面的“7”更是存疑数了。舍去第二位存疑数字时，按四舍五入的原则，“7”应进上一位，故44.6+3.67=48.3。例2 12.36×1.35=?式中存疑数字有四位，应只保留一位，去掉第二位存疑数字“8”时，应进上一位故12.36×1.35=16.7一般说来，几个数相乘或相除时，最后结果的有效数字位数与几个数中有效数字位数最少的那数相同。电 工 测 量电工测量的主要任务是应用适当的电工仪器、仪表对电流、电压、功率、电阻等各种电量和电路参数进行测量。各种电工、电子产品的生产、调式、鉴定和各种电气设备的使用、检测、维修都离不开电工测量。电工测量仪表和电工测量技术的发展，保证了生产过程的顺利进行，也为科学研究提供了有利条件。一、电工仪表分类和技术指标电工仪表的种类繁多，有各种指示仪表、比较式仪表、数字式仪表、图示仪器等等，本指导书主要介绍几种常用的直读式指示仪表。这类仪表的特点是将被测量变换为仪表指针的偏转角，直接读出被测量的值。（一）指示仪表的分类和符号1、按被测量的种类分类，有电流表（又分为安培表、毫安表、微安表等）、电压表（又分为伏特表、毫伏表等）、功率表（瓦特表、千瓦表等）、以及电度表、欧姆表等，如表0-1所示。2、按工作原理分类指示仪表按工作原理分类主要有磁电式仪表、电磁式仪表、电动式仪表等，如表0-2所示。表0-1 常用指示仪表按被测量的种类分类被 测 量仪表名称仪表符号电 流安培表A毫安表mA续表微安表A检流表电 压伏特表V千伏表KV毫伏表mV电 功 率瓦特表W千瓦表KW电 阻欧姆表兆欧表M表0-2 按工作原理电测仪表分类 性能分类名称代号代号符号应用范围工作电流测量范围制成仪表类型电 流安（A）电 压伏（V）频 率赫(Hz)磁电系C直流电表，与多种变换器配合后可扩大使用范围，作比率表直流10-1110210-3103电流表电压表欧姆表兆欧表检流计钳形表电磁系T安装式电表及一般实验室用交（直）流表交直流10-31021102一般用于工频，可扩频到5千赫（kHz）电流表电压表频率表功率因数表、同步表、钳形表电动系D作交直流标准表及一般实验室用表交直流10-31021102一般用于工频，有的可达10千赫（kHz）电流表电压表功率表功率因数表、同步表3、按准确度分类根据国家标准（GB776-76）电工仪表按准确度分为七级：0.1,0.2，0.5,1.0,1.5,2.5,5.0。通常0.1和0.2级仪表作为标准表；0.5至1.5级仪表用于实验；1.5至5.0级仪表用于工程。如表0-3表0-3 指示仪表的准确度和基本相对误差准确度等级基本相对误差符 号0.1±0.1%0.10.2±0.2%0.20.5±0.5%0.51.0±1.0%1.0续表1.5±1.5%1.52.5±2.5%2.55.0±5.0%5.0（二）电工仪表的主要技术指标1、误差不论仪表的质量如何，它的指示值与被测量的实际值总是有误差的，因此“误差”是衡量仪表准确性的标准。它有以下三种表达形式：（1）绝对误差：即电工仪表指示值AX与实际值A0的代数差，用A表示。表达式为A =AX-A0。（2）相对误差：即绝对误差与实际值A0之比的百分数，用r0表示。表达式为r0=。（3）引用误差：即绝对误差与仪表测量上限（满标值）Am之比的百分数，用rm表示。表达式为。它是用来表示仪表的基本误差，即仪表的准确度等级。根据仪表的准确度可以确定测量的误差。例如在正常情况下用0.5级量程为10A的安培表来测量电流时，可能产生的最大绝对误差为在正常工作条件下，可以认为最大绝对误差是不变的。如用上述安培表来测量8A电流时，相对误差为（±0.05/8）×100%=±0.525%，而用它来测量1A电流时，则相对误差为（±0.05/1）×100%=±5%。可见，对于一只确定的仪表，测量值越小，其测量时准确性越低。因此在选用仪表的量程时，希望被测量的值接近满标值，但要防止超出满标值使仪表受损，通常以使被测量值为满标值的2/3左右为宜。2、仪表灵敏度和仪表常数在测量中被测量变化一个很小的X值与其引起仪表可动部分偏转角的变化量的比值，称为仪表的灵敏度，用S表示。它反映仪表能够测量的最小被测量。S=/灵敏度的倒数称为仪表常数，用C表示。C=1/S在直读仪表中，若刻度均匀，C常用安/格或伏/格来表示。（三）电工仪表面板上的符号电工仪表面板上的符号及意义见表0-4：表0-4 电工仪表面板上的符号及其意义符号意义符号意义磁电系IV4级防外界磁场，允许产生误差5.0%电磁系直流电动系交流铁磁电动系交直流静电系3 三相交流感应系5050赫热电系仪表绝缘试验电压2000伏续表整流系仪表垂直安放使用电子系仪表倾斜600安放使用C工作环境一40+600C湿度98% 以下仪表水平安放使用I1级防外界磁场，允许产生误差0.5%3+N三相电平II2级防外界磁场，允许产生误差1.0%工作环境0中400C湿度85%以下III3级防外界磁场，允许产生误差2.5%工作环境200C+500C湿度85%以下1.0*准确度1.0级，最大相对误差1.0%0.5*准确度0.5级最大相对误差0.5%1.5*准确度1.5级，最大相对误差1.5%2.5.55*准确角2.5级，最大相对误差2.5%注：*表示在200C、位置正常，没有外磁场的影响下。二、几种常用电工仪表电学量的测量1、电流的测量测量电路中的电流值要按被测电流的种类及量值的大小选择合适量程的交流电流表或直流电流表，要将电流表串联在被测电流的电路中，以使被测电流通过电流表，如图0-5所示。AREI+图0-5 电流的测量由于电流表本身内阻很小，切不可将电流表误接在某一有电压的元件两端，以免烧坏电流表。测量直流电流时还应注意电流表的正、负极性，应使被测电流由电流表的正极流向电流表的负极。本实验台为测量电流方便，配有电流测量插口和插头。使用时将各插口分别串入各被测电路，将插头两端引线接到电流表两端，需要测量某电路电流时，只要将插头分别插入各电路插口，即可测出各电路中的电流。2、电压的测量。测量电路中的电压值时，可按被测电压的种类和大小来选择合适量限的直流电压表或交流电压表。测量电压时，要将电压表接至a、b两点，见图0-6。VaUbR图0-6 电压的测量电压表本身内阻很大，不可将电压表串接入某一支路，以免影响整个电路的正常工作。测量直流电压时还应注意电压表的正、负极性，应将电压表的正极接到被测电压的高电位端。3、功率的测量测量电路功率的功率表一般是电动式仪表。电动式功率表既可测量直流功率，也可用来测量交流功率（有功功率）。直流电路中的功率可以用测量的直流电流和直流电压的乘积求得，而交流电路中的功率一般要用功率表进行测量。使用功率表应根据功率表上所注明的电压、电流量限，将电流线圈（固定线圈）串联在被测电路中，电压线圈（可动线圈）并联在被测电路的两端。为了减少测量误差，对于高阻抗负载，应按图0-7接线，功率表的电压线圈所反映的电压值包括了负载的电压和功率表电流线圈的电压。功率表的读数中除了负载功率之外，还包含有仪表本身电流线圈上的功率损耗。对于低阻抗负载，应按图0-8接线，功率表电流线圈中的电流，包括了负载电流和功率表电压线圈中的电流。功率表的读数中除了负载功率之外，还包括仪表本身电压线圈的功率损耗。ZLUUAUVULUIVIVILIZL一般由功率表本身损耗引起的测量误差是很小的，但在测量小功率和要求精确的测量数值时，选择合适的接线方式是很重要的。功率表一般有两个电流量限，两个或多个电压量限，以适应测量不同负载功率的需要，表内有两个完全相同的电流线圈（定圈），其接线端分别引出到表面上，可通过金属片将两个电流线圈串联或并联如图0-9所示，并联时允许通过的电流值是串联的二倍图0-9（b）。电压线圈通过串联不同的附加电阻以扩大电压量限，如图0-10所示，其中有“*”号的为公共端。IIIIII2I2II（a）两个线圈串联 （b）两个电流线圈并联图0-9由于功率表是多量限的，所以它的标度尺上只标有分格数。在选用不同电流量限和电压量限时，每一分格代表不同的瓦数。在读数时要注意实际值与指针示数间的换算关系。功率表每格表示的功率为瓦/格=图0-10式中：Um电压线圈的量限值 Im电流线圈的量限值 Nm功率表满刻度格数被测功率的数值为P=×N式中：N功率表指示格数。在被测电路功率因数cos很低时，应选用低功率因数功率表。低功率因数功率表的使用方法与普通功率表相同。其每格瓦特数为：瓦/格=式中cos表示仪表在满刻度时的额定功率因数。此值标注在表盘面上。4、万用表的使用（电阻的测量）。万用表是一种可以测量直流电压、交流电压、直流电流和电阻等电量的多功能电表，一般万用表有一转换开关，以选择测量项目和量程；有两个测量端钮，接上表笔以输入被测电量：有一个欧姆零位调节旋钮，用以测量电阻时校准欧姆零位；表头上有表盘指示被测电量的数值。用万用表测量交流电压、直流电压、直流电流的方法与电压表、电流表的使用方法相同，只需要使用时注意测量项目和量程的选择即可，此处仅重点介绍用万用表测量电阻的方法。用万用表测量电阻时，应将转换开关旋至欧姆档的某一档位（如×10档，×1K档），在测量电阻之前，应进行调零，即将两支表笔短接（外测电阻为零），调节“零位调节”旋钮，使表头指针对准电阻为零的刻度处，然后把表笔分别接到被测电阻的两端，从“”刻度尺上读取数值，将读数乘以电阻倍率，即可得到被测电阻的值。测量线路电阻时还应注意：（）测量电阻的每一档位测量电阻的范围都是0-，但各档位有不同的欧姆中心值，即指针指在表盘中央位置时所测量的电阻值（亦即此档万用表的内阻值）。测量电阻时要选择合适的倍率，应尽量使所选档位的欧姆中心值接近被测电阻值。也就是说尽量使指针指在表头中央位置附近，以提高测量精度。（）被测电阻不能带电，否则容易损坏电表。（）测量电路中的电阻时，一定要将其一端从电路断开，以防电路中还并有电阻。（）测量电阻时，不要用手同时触及电阻两端，以防将人体电阻并在被测电阻上。实验一 交流电路参数的测定一、实验目的1、学习用交流电流表、交流电压表和功率表测定交流电路中未知阻抗元件参数的方法。2、学习用三电压表法测量未知阻抗元件参数的方法。3、掌握功率表的使用方法。二、实验原理交流电路中未知阻抗元件参数可以用交流电桥直接进行测量，在没有交流电桥的情况下，可以用下面两个方法测定：1、交流电流表、交流电压表和功率表法。在正弦交流电路中，一个未知阻抗，当测量出通过它的电流I、两端电压U和消耗的有功功率P之后，就可以计算出其电阻r、电抗X和阻抗Z。其关系式为 （1-1）测量线路如图1-1所示。VNU220VFUXJI*UWI*rlrc图1-1 交流电路参数测定如果待测阻抗是一个带有铁芯的电感线圈，则r为铁芯线圈的等值电阻，其中除包括电感线圈导线直流电阻外，还包括了铁芯损耗（磁滞和涡流损耗）的等值电阻。电感线圈的电感L为 （1-2）如果待测阻抗是一个电阻与电容的串联电路，则r中除包括所串联的电阻外，还包括了电容器介质损耗的等值电阻，由于电容器的介质损耗一般是很小的，r可以认为是阻抗中实际串联的电阻。阻抗中的电容C为(1-3)2、三电压表法测量交流电路中元件的参数在仅有电压表的情况下，也可以用称为三电压表法的方法测出。其原理是将待测 元件与一个已知电阻串联，如图1-2（a）所示。若待测元件是一个电感线圈，当通过一个已知频率的正弦交流电流时，用电压表分别测出已知电阻R上的电压U1，待测元件上的电压U2及总电压U，然后将此三个电压用作图法组成一个闭合三角形，如图1-2（b）所示。把待测元件上的电压分解成和U1平行的电压分量Ur,与U1垂直的电压分量Ux。根据三角运算关系，或比例作图的办法，可求得r和X的值，再由X=L，求出L，即(1-4)(1-5)若待测元件为一个电容元件，由于电容介质损耗的等值电阻很小，故U1、U2、U组成的三角形，几乎为一直角三角形，用同样的方法可以求出电容C的大小；UIRU2U1(a)(b)待测元件图1-2 三电压表测交流电路元件参数注：用上述两种方法测量交流电路的参数，均可能造成较大的测量误差，要准确的测量交流电路的参数，应用专门测量仪器“交流电桥”。三、验内容及步骤1、选实验台上的镇流器单元板（TS-B-19）上的镇流器为待测阻抗元件。测量它在额定工作状态下的等值电阻和电感。2、按图1-1接线,调节调压器输出电压,监视电流表的示数,使电流I为镇流器在日光灯电路中的额定电流,即I=0.4A,然后分别测量电压U和功率P。并计算r，X和L。3、按图1-2（a）接线，U为调压器输出电压，R为滑线变阻器电阻，用欧姆表测量使R=200。调节U，使电流I=0.4A，分别测量U、U1、U2。并做好记录。4、用U、U1、U2作封闭三角形，并将U2分解为Ur和Ux。按（1-4）公式和（1-5）公式计算、及L。5、将图1-1中的镇电流器取下，换上电阻r与电容C串联的待测阻抗，其中r可为滑线变阻器上的某一电阻，C为动态电路板上标称值为4F的电容器（以此为待测电阻和电容）取U200V，测量电流I和功率P，并计算r和C的值。6、按图1-3接线，使U=200V，测量U1和U2，并用U、U1和U2组成封闭三角形，计算r和C。Cr图1-3 三电压表法测交流电路参数四、实验仪器1、 交流电流表0500mA（TS-B-31）一只；2、 交流电压表0250V（TS-B-30）一只；3、 低功率因数瓦特表0300V、00.51A、cos=0.2一只;4、 镇流器待测元件（TS-B-19）一只；5、 电容器组（TS-B-27）一只；6、 滑线变阻器01000一只；7、 交流调压器（实验台配置）。五、实验报告要求1、说明实验目的、原理，画出实验电路图。2、整理实验数据，用电压、电流及功率表法和三电压表法分别计算待测镇流器在额定工作状态下的等值电阻和电感值。3、用电压、电流及功率表法和三电压表法分别计算电阻与电容串联阻抗中的电阻和电容值。4、回答问题：（1）图1-1中，哪个表的读数有方法误差？（2）是否能用三电流法测量交流电路中元件的参数？采用什么电路？如何计算？实验二 改善功率因数实验一、实验目的1、掌握日光灯电路的工作原理及电路联接方法。2、通过测量电路功率，进一步掌握功率表的使用方法。3、掌握改善日光灯电路功率因数的方法。二、实验原理1、日光灯电路及工作原理。日光灯电路主要由日光灯管、镇流器、启辉器等元件组成，电路图如图2-1所示。日光灯管 D镇流器 L溶断器FU启辉器UN220VSA图2-1 日光灯电路灯管两端有灯丝，管内充有惰性气体（氩气或氪气）及少量水银，管壁涂有莹光粉。当管内产生弧光放电时，水银蒸气受激发，幅射大量紫外线，管壁上的莹光粉在紫外线的激发下，幅射出接近日光的光线，日光灯的发光效率较白炽灯高一倍多，是目前应用最普遍的光源之一，日光灯管产生弧光放电的条件，一是灯丝要预热并发射热电子，二是灯管两端需要加一个较高的电压使管内气体击穿放电，通常的日光灯管本身不能直接接在220伏电源上使用。启辉器有两个电极，一个是双金属片，另一个是固定片，二极之间并有一个小容量电容器。一定数值的电压加在启辉器两端时，启辉器产生辉光放电，双金属片因放电而受热伸直，并与静片接触，而后启辉器因动片与静片接触，放电停止，冷却且自动分开。镇流器是一个带铁芯的电感线圈。电源接通时，电压同时加到灯管两端和启辉器的两个电极上，对于灯管来说，因电压低不能放电；但对启辉器，此电压则可以起辉、发热、并使双金属片伸直与静片接触。于是有电流流过镇流器、灯丝和启辉器，这样灯丝得到预热并发射电子，经1-3秒后，启辉器因双金属片冷却，使动片与静片分开。由于电路中的电流突然中断，便在镇流器两端产生一个瞬时高电压，此电压与电源电压迭加后在灯管两端，将管内气体击穿而产生弧光放电。灯管点燃后，由于镇流器的作用，灯管两端的电压比电源电压低得很多，一般在50-100V。此电压已不足以使启辉器放电，故双金属片不会再与静片闭合。启辉器在电路中的作用相当于一个自动开关。镇流器在灯管启动时产生高压，有启动前预热灯丝及启动后灯管工作时的限流作用。日光灯电路实质上是一个电阻与电感的串联电路。当然，镇流器本身并不是一个纯电感，而是一个电感和等效电阻相串联的元件。2、功率因数的提高。在正弦交流电路中，只有纯电阻电路，平均功率P和视在功率S是相等的。只要电路中含有电抗元件并处在非谐振状态，平均功率总是小于视在功率。平均功率与视在功率之比称为功率因数，即Pf = 可见功率因数是电路阻抗角的余弦值，并且电路中的阻抗角越大，功率因数越低；反之，电路阻抗角越小，功率因数越高。功率因数的高低反映了电源容量被充分利用的情况。负载的功率因数低，会使电源容量不能被充分利用；同时，无功电流在输电线路中造成损耗，影响整个输电网络的效率。因此，提高功率因数成为电力系统需要解决的重要课题。实际应用电路中，负载多为感性负载，所以提高功率因数通常用电容补偿法，即在负载两端并联补偿电容器。当电容器的电容量C选择合适时，可将功率因数提高到1。日光灯电路中，灯管与一个带有铁芯的电感线圈串联，由于电感量较大，整个电路的功率因数是比较低的，为了提高功率因数，我们可以在灯管与镇流器串联后的两端并联电容器实现。三、实验内容及步骤1、测量日光灯电路中的电压U、UD、UL电流I及功率P在实验台中选择镇流器与开关、启辉器与熔断器、电流测量插口，并联电容器组（或动态电路板中的4电容）等单元板及实验台顶部的日光灯管联接成图2-2所示电路。UNSAU*FUI*WIIl DLICI DDC图2-2 日光灯改善功率因数实验电路220VXJXJXJ2、并联电器改善功率因数实验开始前应经教师检查接线无错误后才闭合开关SA接通电源，等日光灯管正常工作以后，测量和记录电源电压U，灯管两端电压UD，镇流器两端电压UL，总电流I（此时等于通过灯管的电流）及总功率P和灯管所消耗的功率PD，将数据填入表2-1。仍按图2-2连接电路，并联动态电路板上4电容器，除再测量上述数据外，还应测量通过电容器的电流IC和通过灯管中的电流ID，测量日光灯管消功率PD的电路图，如图2-3所示。将数据填入表2-1中，并做相应计算（注：功率表可以利用测电流插头，电流测量插口接入电路）。表2-1测量项目电容器（）IIDICUUDUlPPDcos并联前（0）并联后（4）NXJXJXJFUU220VL*UWI*DCICIl DI图2-3 日光灯电路测量灯管功率四、实验设备1、日光灯管、座40W一套（实验台顶部）；2、镇流器、开关单元板（TS-B-19）一块；3、熔断器、启辉器单元板（TS-B-20）一块；4、动态电路单元板（TS-B-27）一块；5、交流电压表（TS-B-05）一块；6、交流电压表（TS-B-08）一只；7、功率表一块；8、导线若干。五、实验报告1、从测量数据中（表2-1），求出日光灯等效电阻，镇流器等效电阻，镇流器电感。2、回答下列问题：（1）UL和UD的代数和为什么大于U？（2）并联电容器后，总功率P是否变化？为什么？（3）为什么并联电容器后总电流会减少？绘相量图说明。实验三 三相电路及功率的测量一、实验目的1、学习三相电路中负载的星形和三角形联接方法。2、通过实验验证对称负载做星形和三角形联接时，负载的线电压UL和相电压UP间的关系。3、了解不对称负载做星形联接时中线的作用。4、学习用三瓦特表法和二瓦特表法测量三相电功率。二、实验原理1、当对称负载做星形连接时，其线电压和相电压，线电流和相电流之间的关系是UL=IL=IP 。 （3-1）做三角形联接时，它们的关系是UL=UP ， （3-2）IL=。三相总有功功率为P=3PP=。 （3-3）2、不对称负载作星形连接时，若不接中线，则负载中点的电位与电源中点N电位不同，负载上各相电压将不相等，线电压与相电压间倍的关系遭到破坏。在三相负载均为白炽灯负载的情况下，灯泡标称功率最少（电路电阻最大）的一相其灯泡最亮，相电压最高；灯泡标称功率最多（电阻最小）的一相其灯泡最暗，相电压最低。在负载极不对称情况下，相电压最高的一相可能将灯泡烧毁。倘若有了中线，由于中线阻抗很小，而使电源中点与负载中点等电位，则因电源各相电压是对称相等的，从而保证了各相负载电压是对称相等的。也就是说，对于不对称负载中线是不可缺少的。3、三相有功功率的测量方法有三瓦特计法和二瓦特计法两种。三瓦特计法，通常用于三相四线制，该方法是用三个瓦特计分别测量出各相消耗的有功功率，其接线图如图3-1所示。三个瓦特计所测功率数的总和，就是三相负载消耗的总功率。W2-VNW1-UNW3-WNZ2Z1NZ3±±UVWWVL±N图3-1 三瓦特计法测量三相电功率二瓦特计法通常用于测量三相三线制负载功率，其接线如图32所示。不论负载对称与否，二个瓦特表的读数分别为：式中为负载的功率因数角。三相总功率为两个瓦特计读数的代数和。当时，二个表读数均为正值，总功率为二瓦特计读数之和；当时，其中一个表读数为负值，总功率为二瓦特计读数之差。本实验负载为白炽灯泡，接近纯电阻性负载，=00。故二瓦特计读数为正值，三相总功率为二个瓦特计读数之和。（b）二瓦特计测三角形接三相功率（a）二瓦特计测星接三相功率W2-UWW1-VWLMMLZUVZVWZUW±±W1-UWW2-VWZ2Z1N'Z3LMMLVUW图3-2 二瓦特计法测量三相电功率三、实验内容及步骤1、星形联接负载。（1）选取灯泡负载单元板，电流测量插口单元板及三相负荷开关单元板，安放在实验台架的合适位置上，按图3-3将电灯泡负载接成星形接法的实验电路。（2）每相均开3盏灯（对称负载）。（3）测量各线电压、线电流、相电压、中线电流及用三瓦特计法和二瓦特计法测量三相电功率，并将所测得的数据填入表3-1中。（注：在实验进行中只提供一只单相瓦特数分别测量）(4)关闭部分灯泡，使每相负载分别改为1、2、3盏灯（非对称负载），接上中线，观察各灯泡亮度是否有差别，然后拆除中线（断开串接在中线上的开关S），再观察各灯亮度是否有差别重复步骤（3）的测量内容并测量无中线时电源中性点N与负载中性点之间的电位差，将测量数据填入表32中。在断开中线时，观察亮度及测量数据，动作要迅速。不平衡负载无中线时，有的相电压太高，容易烧毁灯泡。XJXJXJXJFUFUFUSASAUVWNN380VIUIVIWIN图 3-3 星形接法负载实验电路2、三角形接法负载。（1）按照图3-4联接三角形负载的实验电路，注意此时需要三相调压电源，将线电压调为220V。（2）每相开3盏灯（对称负载），测量各线电压、线电流、相电流及用二