当前位置:文档之家› 电路实验报告-正弦稳态交流电路相量的研究-20170221

电路实验报告-正弦稳态交流电路相量的研究-20170221

电路实验报告-正弦稳态交流电路相量的研究-20170221
电路实验报告-正弦稳态交流电路相量的研究-20170221

《电路与模电》实验报告

实验题目:正弦稳态交流电路相量的研究

姓名: 学号: 实验时间: 实验地点: 指导老师: 班级:

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.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、实验原理

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值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即

1. 实验线路如图7-1所示,图中 A 是日光灯管,L 是镇流器, S 是启辉器,C 是一组可由开关切换的补偿电容器,有多种容量可供选择,用以改善电路的功率因数(COS φ值)。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

2. 普通日光灯由于使用了镇流器,因而是一个感性负载。在感性负载的交流电路中,电流相量落后于电压相量,两者在时间有一定的滞后关系。在感性负载两端并联电容,可以改变电路总的电流的大小,影响电路的功率因数。若以并联电路的电压为参考相量,可画出相量图如图7-2所示。

由相量图,并联适当的电容,可以减少电路总电流和电压之间的相位角,提高电路的功率因数,从而提高电源的利用率以及电能的传输效率。

4.实验电路中使用了功率(功率因数)表来测量电路总的有功功率和功率因数。这种表无论是指针式的模拟或者直接读数的数字表,都必须同时采集

,0==∑∑?

?U I S

装订线

电路中电流、电压两种信息,其工作原理可参考相关教材。使用中需注意仪表

的正确接法及功能选择,特别是用“*”标注的同名端的接法。

图7-2 相量图

三、实验内容

1. 按图7-1组成实验线路。

2.经指导老师检查后,接通市电,将自耦调压器的输出调至220V ,先不接电容,记录功率(功率因数)表,电压表读数,并通过一只电流表和电流插座测出各支路的电流。

3.并联三种不同的电容,重复测量并记录上述各电压、电流、功率、功率因数,填入下表。

4.并联电容后,要注意观察电路消耗的有功功率有无变化,负载支路的电流、电压是否变化,哪些支路的电流发生了改变,哪些不变。

四、注意事项

1. 本实验直接使用220V 交流市电,务必注意用电和人身安全!

U

装订线

2.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以及灯丝附近的熔断器是否完好。

六、注意事项

1. 本实验直接使用220V 交流市电,务必注意用电和人身安全!

2.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以及灯丝附近的熔断器是否完好。

七、实验结果分析(实验数据是否能验证实验原理)

订线

课件-第4章 正弦稳态电路分析--例题

第4章 正弦稳态电路分析 --例题 √【例4.1】已知两个同频正弦电流分别为 ()A 3314cos 2101π+=t i ,()A 65314cos 2222π-=t i 。求(1) 21i i +;(2)dt di 1;(3)?dt i 2。 【解】 (1)设()i t I i i i ψω+=+=cos 221,其相量为i I I ψ∠=? (待求),可得: ()()()()A 54.170314cos 224.14A 54.17014.24A 34.205.14 A 1105.19A j8.665 A 15022A 601021?-=?-∠=--=--++=?-∠+?∠=+=? ? t i j j I I I (2)求 dt di 1可直接用时域形式求解,也可以用相量求解 () () ?+?+=?+?-=9060314cos 23140 60314sin 3142101 t t dt di 用相量形式求解,设dt di 1的相量为K K ψ∠,则有 )9060(31406010314K 1K ?+?∠=?∠?==∠? j I j ωψ 两者结果相同。 (3)?dt i 2的相量为 ?∠=? ∠?-∠=? 12007.0903********ωj I

【例4.2】 图4-9所示电路中的仪表为交流电流表,其仪表所指示的读数为电流的有效值,其中电流表A 1的读数为5 A ,电流表A 2的读数为20 A ,电流表A 3的读数为25 A 。求电流表A 和A 4的读数。 图4-9 例4.2图 【解】 图中各交流电流表的读数就是仪表所在支路的电流相量的模(有效值)。显然,如果选择并联支路的电压相量为参考相量,即令 V 0?∠=? S S U U ,根据元件的VCR 就能很方便地确定这些并联支路中电流 的相量。它们分别为: A 25 ,A 20 ,A 053 21j I j I I =-=?∠= 根据KCL ,有: ()A 095A 5A 457.07A 553 2 4 321?∠==+=?∠=+=++=j I I I j I I I I 所求电流表的读数为:表A :7.07 A ;表A 4:5 A

正弦稳态交流电路及谐振电路仿真实验

实验报告三 一、实验目的 1.通过仿真电路理解相量形式的欧姆定律、基尔霍夫定律。 2.通过仿真实验理解谐振电路工作特点。 二、实验内容 1. 建立仿真电路验证相量形式欧姆定律、基尔霍夫定律; 2. 建立仿真电路验证RLC 串联、并联谐振电路工作特点; 三、实验环境 计算机、MULTISIM 仿真软件 四、实验电路 2.3.1欧姆定律的向量形式仿真实验 1.实验电路 2.理论分析计算 由向量发和欧姆定律可知, ωω=+-≈∠Ω。1 1040.416Z R j L j C = =∠. . 。9.6116m V I A Z

= ≈13.59Rm V V ω= ≈0.43Lm V L V ω=≈1 4.33Cm V V C 3.实验结果 2.3.1欧姆定律的向量形式仿真实 1.实验电路

2.理论分析计算 (1)相量形式的基尔霍夫电压定律 由向量法和欧姆定律可知, ωω=+-1 Z R j L j C = =. . 0.329V I A Z = ≈32.91Rm V V ω= ≈10.34Lm V L V ω=≈1 104.72Cm V V C (2)相量形式的基尔霍夫电流定律: 1.实验电路

2.理论分析计算 . . . . R C L I I I I =++ . . . . R C L U U U U === ... //I U R U L U C ωω=++ 代入数据得: 假设: . 。0U U =∠ 则 1R I A = 3.183L I A = 0.314C I A = . 。。。0-9090=3.038R C L I I I I A =∠+∠+∠ 2.5.1 RLC 串联电路仿真 (R=1Ω): 1.实验电路

第9章 正弦稳态电路的分析(答案)

第9章 正弦稳态电路的分析 答案 例 如图所示正弦稳态电路,已知I1=I2=10A,电阻R 上电压的初相位为零,求相量? I 和 ? S U 。 解: 电路中电阻R 和电容C 并联,且两端电压的初相为0。由电阻和电容傻姑娘的电压与电流的相位关系可知:电阻电流?1I 与电压?R U 同相,电容电流?2I 超前电压? R U 相角90○ ,故 ο 0101∠=? I A ο90102∠=? I A 由KCL 方程,有 ()101021j I I I +=+=? ??A 由KVL 方程,有 ? ? ? ? ∠==++-=+=9010010010010010010101 j j I I j U S V 例 如图所示正弦稳态电路,R 1=R 2=1Ω。 (1)当电源频率为f 0时,X C2=1Ω,理想电压表读数V 1=3V ,V 2=6V ,V 3=2V,求I S 。 (2)电路中电阻、电容和电感的值不变,现将电源的频率提高一倍,即为2 f 0,若想维持V 1的读数不变,I S 问应变为多少

如果把电源的频率提高一倍,而维持V1的读数不变,即R1上的电压有效值U R1=3V,那么R1 上的电流的有效值I也不变,此时仍把? I设置为参考相量,故? ? ∠ =0 3 I A。由于L和C 1上的 电流? I不变,根据电感和电容上电压有效值与频率的关系,电源的频率提高一倍,电感上电 压表的读数增大一倍,而电容上电压表的读数降为原来的一半,故 电源得频率提高一倍,X C2也降为原来得一半,即 所以 例如图所示正弦稳态电路,已知I1=10A,I2=20A,R2=5Ω,U=220V,并且总电压 ? U与总 电流? I同相。求电流I和R,X2,X C的值。

正弦稳态电路的分析

x 第九章 正弦稳态电路 的分析 本章重点: 1. 阻抗,导纳及的概念 2. 正弦电路的分析方法 3. 正弦电路功率的计算 4. 谐振的概念及谐振的特点 本章难点:如何求电路的参数 主要内容 X arctg 为阻抗角(辐角); R 1 1 可见,当X.>0,即L 一时,Z 是感性; 当X<0,即卩L 一时,Z 呈容性。 c c (3)阻抗三角形: 1 ?阻抗 (1)复阻抗:Z § 9-1 阻抗和导纳 R jX R=Re[Z] Z cos z 称为电阻; X=Im[Z]= ⑵RLC 串联电路的阻抗: 称电抗。 Z sin z j( L j(X L 丄) c X C ) R jX 式中X L L 称为感抗;X C 称为容抗; X X L X C L — c 式中Z 为阻抗的模; Z R

2 ?导纳 x

1 (1)复导纳:丫 一 Z ⑵RLC 并联电路的导纳: (3)导纳三角形: 3.阻抗和导纳的等效互换 § 9-2 阻抗(导纳)的串联和并联 1. 阻抗串联: (1) 等效阻抗:Z e q 乙Z 2川Z n (2) 分压作用:U |K 互U, k 1,2,|||,n Z eq 2. 导纳并联 (1) 等效导纳:Y eq 丫1 丫2 |||Y n (2) 分流作用:|[ 丫M 〔, k 1,2,|||, n 3. 两个阻抗并联: 式中Y I 一 「.G 2 B 2称为导纳的模; B Y arCtan G 称为导纳角; G Re[Y] 丫 cos 丫称为电导; lm[Y] Y sin 丫称为电纳。 Y G jB 1 c 飞) j(B c B L ) G jB Y 式中B L —称为感纳; L L 可见,当B 0,即c —时, L B c C 称为容纳; B B c B L Y 呈容性;当B 0,即c 1 —,丫呈感性 (1)RLC 串联电路的等效导纳: ⑵RLC 并联电路的等效阻抗: Y R R 2 X 2 G j 一 G B G X J " R 2 X 2 B B B G Y

Multisim 10-正弦稳态交流电路仿真实验

暨南大学本科实验报告专用纸 课程名称电路分析CAI 成绩评定 实验项目名称正弦稳态交流电路仿真实验指导教师 实验项目编号05实验项目类型验证型实验地点计算机中心C305 学生姓学号 学院电气信息学院专业实验时间 2013 年5月28日 一、实验目的 1.分析和验证欧姆定律的相量形式和相量法。 2.分析和验证基尔霍夫定律的相量形式和相量法。 二、实验环境定律 1.联想微机,windows XP,Microsoft office, 2.电路仿真设计工具Multisim10 三、实验原理 1在线性电路中,当电路的激励源是正弦电流(或电压)时,电路的响应也是同频的正弦向量,称为正弦稳态电路。正弦稳态电路中的KCL和KVL适用于所有的瞬时值和向量形式。 2.基尔霍夫电流定律(KCL)的向量模式为:具有相同频率的正弦电流电路中的任一结点,流出该结点的全部支路电流向量的代数和等于零。 3. 基尔霍夫电压定律(KVL)的向量模式为:具有相同频率的正弦电流电路中的任一回路,沿该回路全部的支路电压向量的代数和等于零。 四、实验内容与步骤 1. 欧姆定律相量形式仿真 ①在Multisim 10中,搭建如图(1)所示正弦稳态交流实 验电路图。打开仿真开关,用示波器经行仿真测量,分别测

量电阻R、电感L、电容C两端的电压幅值,并用电流表测 出电路电流,记录数据于下表 ②改变电路参数进行测试。电路元件R、L和C参数不变, 使电源电压有效值不变使其频率分别为f=25Hz和f=1kHz 参照①仿真测试方法,对分别对参数改变后的电路进行相同 内容的仿真测试。 ③将三次测试结果数据整理记录,总结分析比较电路电源频 率参数变化后对电路特性影响,研究、分析和验证欧姆定律 相量形式和相量法。 暨南大学本科实验报告专用纸(附页) 欧姆定律向量形式数据 V Rm/V V Lm/V V Cm/V I/mA 理论计算值 仿真值(f=50Hz) 理论计算值 仿真值(f=25Hz) 理论计算值 仿真值(f=1kHz) 2.基尔霍夫电压定律向量形式 在Multisim10中建立如图(2)所示仿真电路图。 打开仿真开关,用并接在各元件两端的电压表经行 仿真测量,分别测出电阻R、电感L、电容C两端 的电压值。用窜连在电路中的电流表测出电路中流 过的电流I,将测的数记录在下表。 ②改变电路参数进行测试。电路元件R=300Ω、L=

第九章正弦稳态电路的分析

第九章 正弦稳态电路的分析 本章重点: 1.阻抗,导纳及的概念 2.正弦电路的分析方法 3.正弦电路功率的计算 4.谐振的概念及谐振的特点 本章难点:如何求电路的参数 主要内容 §9-1阻抗和导纳 1.阻抗 (1)复阻抗:u i Z U U Z Z R jX I I ψψ?==-=∠=+&& 式中22U Z R X I ==+为阻抗的模; Z u i X arctg R ?ψψ=-=为阻抗角(辐角); R=Re[Z]cos z Z ?=称为电阻; X=Im[Z]=sin z Z ?称电抗。 (2)RLC 串联电路的阻抗: 1 U Z R j L I j c ωω==++ =&& 1 ()()L C Z R j L c R j X X R jX Z ωω?+- = ++=+=∠ 式中L X L ω=称为感抗;1C X c ω=- 称为容抗;1L C X X X L c ωω=+=- 可见,当X.>0,即1L c ωω>时,Z 是感性; 当X<0,即1L c ωω<时,Z 呈容性。 (3)阻抗三角形: 2.导纳 Z ?Z R X Z &U &+ — I &U &+ — C L

(1)复导纳:1i u Y I I Y Y G jB Z U U ψψ?===∠-=∠=+&& 式中I Y U = =称为导纳的模;arctan Y B G ψ=称为导纳角; Re[]cos Y G Y Y ψ==称为电导; Im[]sin Y B Y Y ψ==称为电纳。 (2)RLC 并联电路的导纳: 1111 ()I Y j c j c U R j L R L ωωωω==++=+-=&& ()C L Y G j B B G jB Y ψ++=+=∠ 式中1L B L ω=- 称为感纳;C B C ω=称为容纳;1C L B B B c L ωω=+=-;1 G R =。 可见,当0,B >即1c L ωω>时,Y 呈容性;当0,B <即1 ,c L ωω

电路基础-实验2 正弦稳态交流电路(操作实验)

实验二正弦稳态交流电路相量的研究 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.掌握日光灯线路的接线。 3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 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 电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即∑?=0和∑? =0. 2.图2-1所示的RC串联电路,在正弦稳态信号?的激励下, ?R与?C保持有900的相位差,即当R 阻值改变时,?R的相量轨迹是一个半圆。?、?R与?C三者形成一个直角形的电压三角形,如图2-2所示。R值改变时,可改变?角的大小,从而达到移相的目的。 图2-1 图2-2 3.日光灯线路如图2-3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 Cos值)。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。 改善电路的功率因数(? 图2-3 三、实验设备

四、实验内容 1、按图16-1接线。R 为220V 、15W 的白炽灯,电容器为4.7Uf/450V 。经指导教师检查后,接通实验电源,将自耦调压器输出(即U )调制220V 。记录U 、U R 、U C 值,验证电压三角形关系。 2、日光灯线路接线与测量。 按图2-4接线。经指导教师检查后接通实验台电源,调节自耦调压器的输出,使其输出电压缓缓增大, 直到日光灯刚启辉点亮为止,记下三表得指示值。然后将电压调节至220V ,测量功率P ,电流I ,电压U ,U L ,U A 等值,验证电压、电流向量关系。 图2-4

3、并联电路——电路功率因数的改善。按图2-5组成实验电路。 图2-5 经指导老师检查后,接通实验台电源,将自耦调压器输出调制220V,记录功率表、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之路的电流,改变电容值,进行三次重复测量。数据计入下页表中。 五、实验注意事项 1、本实验用交流市电220V,务必注意用电合人身安全。 2、功率表要真确接入电路。 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。

正弦稳态交流电路相量的研究

实验二 正弦稳态交流电路相量的研究 一、实验目的 1.掌握正弦交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2.掌握功率的概念及感性负载电路提高功率因数的方法。 3.了解日光灯电路的工作原理,学会日光灯电路的连接。 4.学会使用功率表。 二、实验原理 1.R 、C 串联电路 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值,它们之间的关系应满足相量形式的基尔霍夫定律,即 ∑=0I 和 0=∑U 实验电路为RC串联电路,如图1(a )所示,在正弦稳态信号U 的激励下,则有: )(C C R jX R I U U U -?=+= U 、R U 与C U 相量图为一个直角电压三角形。当阻值R 改变时,R U 与C U 始终保持着 90°的相位差,所以R U 的相量轨迹是一个半圆,如图1(b )所示。从图中我们可知,改变C 或R 值可改变φ角的大小,从而达到移相的目的。 (a )原理图 (b )向量图 图(c )Multisim 仿真电路图 图1 RC 串联电路及相量图 C R U U I

2.日光灯电路及其功率因数的提高 日光灯实验电路如图3(a)所示,日光灯电路由灯管、镇流器和启动器三部分组成。 灯管是一根普通的真空玻璃管,管内壁涂上荧光粉,管两端各有一根灯丝,用以发射电子。管内抽真空后充氩气和少量水银。在一定电压下,管内产生弧光放电,发射一种波长很短的不可见光,这种光被荧光粉吸收后转换成近似日光的可见光。 镇流器是一个带铁芯的电感线圈,启动时产生瞬时高电压,促使灯管放电,点燃日光灯。在点燃后又限制了灯管的电流。 启动器(如图2(a)所示)是一个充有氖气的玻璃泡,其中装有一个不动的静触片和一个用双金属片制成的U形可动触片,其作用是使电路自动接通和断开。在两电极间并联一个电容器,用以消除两触片断开时产生的火花对附近无线电设备的干扰。 (a) (b) (c) 图2启动器示意图和日光灯灯点燃过程 日光灯的点燃过程如下:当日光灯刚接通电源时,灯管尚未通电,启动器两极也处于断开位置。这时电路中没有电流,电源电压全部加在启动器的两电极上,使氖管产生辉光放电而发热,可动电极受热变形,于是两触片闭合,灯管灯丝通过启动器和镇流器构成回路,如图2(b)所示。灯丝通电加热发射电子,当氖管内两个触片接通后,触片间不存在电压,辉光放电停止,双金属片冷却复原,两触片脱开,回路中的电流瞬间被切断。这时镇流器产生相当高的自感电动势,它和电源电压串联后加在灯管两端,促使管内氩气首先电离,氩气放电产生的热量又使管内水银蒸发,变成水银蒸气。当水银蒸气电离导电时,激励管壁上的荧光粉而发出近似日光的可见光。 灯管点燃后,镇流器和灯管串联接入电源,如图2(c)所示。由于电源电压部分降落在镇流器上,使灯管两端电压(也就是启动器两触片间的电压)较低,不足以引起启动器氖管再次产生辉光放电,两触片仍保持断开状态。因此,日光灯正常工作后,启动器在日光灯电路中不再起作用。 日光灯点燃后的等效电路如图3(b)所示,其中灯管相当于纯电阻负载R,镇流器可用 静触片

电路 第9章习题2 正弦稳态电路的分析

9-001、 已知图示正弦电路中,电压表的读数为V 1 :6V ;V 2 :2V ; U S =10V 。求: (1)、图中电压表V 3、V 4的读数; (2)、若A I 1.0=,求电路的等效复阻抗; (3)、该电路呈何性质 答案 (1)V U U U 32.62 2 214=+= V 4的读数为 ; 2322 1)(U U U U S -+= 64)(212 232=-=-U U U U s 832±=-U U 取 V U 10823=+=,所以V 3的读数为10 V 。 (2)、A I 1.0=,电路的等效复阻抗: Ω===1001 .010I U Z ?-=-=-=1.536 8 arctan arctan 132U U U ? Ω-=?-+?=)8060()1.53sin(1.53cos 100j j Z (3)、由于复阻抗虚部为负值,故该电路呈电容性。 9-002、 答案 V 1 - R V 3 L u V 2 + C V 4

9-003、 求图示电路的等效阻抗,已知ω=105 rad/s 。 例9 — 3 图解:感抗和容抗为: 所以电路的等效阻抗为 9-004、 例9-4图示电路对外呈现感性还是容性 例9 — 4 图解:图示电路的等效阻抗为:

所以 电路对外呈现容性。 9-005、3-9日光灯电源电压为V 220,频率为Hz 50,灯管相当于Ω300的电阻,与灯管串联的镇流器(电阻忽略不计)的感抗为Ω500,试求灯管两端电压与工作电流的有效值。 解:电路的总阻抗为 Ω≈+=58350030022Z 此时电路中流过的电流: A Z U I 377.0583 220=== 灯管两端电压为: V RI U R 113377.0300=?== 9-006、5、 与上题类似 今有一个40W 的日光灯,使用时灯管与镇流器(可近似把镇流器看作纯电感)串联在电压为220V ,频率为50Hz 的电源上。已知灯管工作时属于纯电阻负载,灯管两端的电压等于110V ,试求镇流器上的感抗和电感。这时电路的功率因数等于多少 解:∵P =40W U R =110(V) ω=314rad/s ∴36.0110 40=== =R L R U P I I (A) ∵U U U L R 2 22+= ∴5.1901102202222=-= -=U U U R L (V) ∴529 36.05.190=== I U X L L L (Ω) 69.1314 529 ===ωX L L (H) 这时电路的功率因数为: 5.0220 110 cos cos ===U U R ?

正弦稳态交流电路相量的研究含数据处理

实验十三正弦稳态交流电路相量的研究 专业 学号姓名实验日期 、实验目的 1. 2. 3?理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 1?在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,用交流电压表测得回路各元件两端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律, ' i =0 2?如图13-1所示的RC串联电路,在正弦稳态信号 相位差,即当阻值R改变时,U R的相量轨迹是一个半圆 的电压三角形。R值改变时,可改变0角的大小, 图13-1 器,用以改善电路的功率因数(COS?值)。 有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。 U的激励下,U R与U c保持有90°的 ,U、U C与U R三者形成一个直角形3?日光灯线路如图13-2所示,图中A是日光灯管,1是镇流器,S是启辉器,C是补偿电容 图13-2

序号 名称型号与规格数量备注 1 单相交流电源0~220V 1 2 三相自耦调压器 1 3 交流电压表 1 4 交流电流表 1 5 功率因数表 1 DGJ-07 6 白炽灯组15W/220V 2 DGJ-04 7 镇流器与30W灯管配用 1 DGJ-04 8 电容器1uf,2.2uf, 4.7 〃450V DGJ-04 9 启辉器与30W灯管配用 1 DGJ-04 10 日光灯灯管30W 1 DGJ-04 11 电门插座 3 DGJ-04 四、实验内容 (1)用两只15W /220V的白炽灯泡和4.7^/450V电容器组成加图13-1所示的实验电路,经指导老师检查后,接通市电220V电源,将自藕调压器输出调至220V。记录U、U R、U C 值, 白炽灯盏数测量值计算值 U(V) U R(V) U C(V) U 'V) 0 2 220 200 84 217 22.8 1 220 213 45 218 11.9 图13-3 按图13-3组成线路,经指导教师检查后按下闭合按钮开关,调节自耦调压器的输出,使其 输出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为止,记下三表的指示值。然后将电压调至220 V,

正弦稳态电路的分析

第九章 正弦稳态电路的分析 1内容提要 正弦稳态电路的分析应用相量法。通过引入相量法,建立了阻抗和导纳的概 念,给出了 KCL 、KVL 和欧姆定律的相量形式,山于它们与直流电路分析中所 用的同一公式在形式上完全相同,因此能够把分析直流电路的方法、原理、定律, 例如,网孔法(回路法)、结点法、叠加定理、戴维宇定理、等效电源原理等等 直接应用于分析正弦电路的相量模型,其区别在于:⑴不直接引用电压电流的瞬 时表达式来表征各种关系,而是用对应的相量形式来表征各种关系;⑵相应的运 算不是代数运算,而是复数的运算,因而运算比直流复杂。根据复数运算的特点, 可画岀相量图,利用相量图的儿何关系来帮助分析和简化计算,从而扩大了求解 问题的思路和方法。⑶引入了一些新的概念,如平均功率、无功功率、视在功率、 复功率、最大功率传输、谐振等。认识以上区别,对正弦稳态电路的分析是有益 的。 2例题 例1求图示电路中各支路电流i :, L, i 5 il 1 - R 5Q 解:①画运 算电路模型,取网孔电流 L 、L 如图。 (5-/2)/. -5/. =100 ② 列网孔方程: ' 「. -571+(5 + J 5)/2=-J 1OO 可用行列式求解: i 一人=29.23 + J6.16 = 29.87Z11.90 ③ :.i,(r) = 27.73V2cos(^-56.31°) A i 2(r) = 32.35^2 c os 伽 -115.35°) A i() = 29.87血 cos 伽 + 11.90。)A 当然此题也可以用结点电压法、或貝它 方法。 例2图中电流i 和Uzi 。 已知:Usi = IOO5/2 COS6X V q 2 =100V2COS (6X + 90°) V y 100^0° i\ = 100 -5 -ylOO 5 + j5 5-)2 一5 ?()() =15.38- J23.07 = 27.73Z - 56.31° A 10+ J15 5 + )5 i 2 = 5-)2 一5 100 一 J100 300-J500 5-J2 -5 -5 5 + )5 io+ ,i5 =-13.85-;29.23 = 32.35Z-H5.35? A 2 U 2=100Z90°

正弦稳态交流电路相量的研究实验报告

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. 掌握日光灯线路的接线。 3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 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 端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔 霍夫定律,即。 图4-1 RC 串联电路 2. 图4-1所示的RC 串联电路,在正弦稳态信 号U 的激励下,U R 与U C 保持有90o的相位差,即当 R 阻值改变时,U R 的相量轨迹是一个半园。U 、U C 与 U R 三者形成一个直角形的电压三角形,如图4-2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. 日光灯线路如图4-3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(cos φ值)。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。 图4-3 日光灯线路 序号 名称 数量 备注 1 电源控制屏(调压器、日光灯管) 1 DG01或GDS-01 2 交流电压表 1 D36或GDS-11 3 交流电流表 1 D35或GDS-12 4 三相负载 1 DG08或GDS-06B 5 荧光灯、可变电容 1 DG09或GDS-09 6 起辉器、镇流器、电容、电门插座 DG09或GDS-09 7 功率表 1 D34或GDS-13 220V L S A C R jXc Uc U R I U R U U c I φ

四、实验内容 1. 按图4-1接线。R为220V、15W的白炽灯泡,电容器为4.7μF/450V。经指导教师检查后,接通实验台电源,将自耦调压器输出(即U)调至220V。记录 U、U R 、U C 值,验证电压三角形关系。 2. 日光灯线路接线与测量。 图4-4 (1)按图4-4接线。 (2)经指导教师检查后接通实验台电源,调节自耦调压器的输出,使其输 出电压缓慢增大,直到日光灯刚刚启辉点亮为止,记下三表的指示值。 (3)将电压调至220V,测量功率P,电流I,电压U,U L ,U A 等值,验证电压、电流相量关系。 测量值P(W)CosφI(A)U(V)U L (V)U A (V)启辉值 正常工作值48.80.540.393237.7184.7102.1 3. 并联电路──电路功率因数的改善。 测量值计算值 U(V)U R (V)U C (V) U′(与U R ,U C 组成Rt△) (U′=2 2 C R U U ) △U = U′-U (V) △U/U(%)240.3234.151.4 239.6 0.62 0.26

正弦稳态电路的分析

第九章 正弦稳态电路的分析 第一节 用相量法分析R 、L 、C 串联电路 — 阻抗 一、R 、L 、C 串联电路中电流与电压的大小、相位关系: 电路如图9-1-1。设)t (ISin 2)t (Sin I i i i m ?+ω=?+ω= 则电路中各元件的电压及总电压均为与电流同频率的正弦量。由KVL ,C L R u u u u ++= 用相量表示: 其中: )(I U I U I U Z z R x tg x R jx R )x x j R C 1L j R Z i u i u .. 122C L ?-?∠=?∠?∠= = ?∠=∠+=+=-+=ω-ω+=-或()( z 称为阻抗的模,?称为阻抗的幅角,由于阻抗本身不是正弦量,是一个纯复数,因此不用“.” 表示。?又称为阻抗角。 复阻抗与元件的参数和激励的角频率有关,而与电压、电流相量无关,阻抗角是由于储能元件L 、C 造成的。 当00x x 0x x 0x i u C L C L >?-?>?>>->,时即,电压超前电流一个角度?,电路 为感性; 当00x x 0x x 0x i u C L C L 0)为例,如图9-1-2。 .... . . C . L .R ..I Z I ]C 1 L j R [I C 1j I L j I R U C L R U U U U =ω-ω+=ω-ω+=++=)(量关系表达式 的电压、电流之间的相、、 带入

正弦稳态交流电路相量的研究(含数据处理)

实验十三 正弦稳态交流电路相量的研究 1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系 2.掌握日光灯线路的接线。 3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,用交流电压表测得回路各元件两端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即 i =∑0 和 U =∑ 0 2.如图13-1 所示的RC 串联电路,在正弦稳态信号 U 的激励下,R U 与 U C 保持有90°的 相位差,即当阻值R改变时, U R 的相量轨迹是一个半圆, U 、 U C 与 U R 三者形成一个直角形的电压三角形。R值改变时,可改变φ角的大小,从而达到移相的目的。 图 13-1 3.日光灯线路如图13-2 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(cos φ值)。 图 13-2 有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

三、实验设备 四、实验内容 (1)用两只15W /220V的白炽灯泡和4.7μf/450V电容器组成加图13-1所示的实验电路,经指导老师检查后,接通市电220V电源,将自藕调压器输出调至220V。记录U、U R、U C 值,验证电压三角形关系。 (2)日光灯线路接线与测量 图13-3 按图13-3组成线路,经指导教师检查后按下闭合按钮开关,调节自耦调压器的输出,使其输出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为止,记下三表的指示值。然后将电压调至220V,

测量功率P,电流I,电压 U U U L A ,,等值,验证电压、电流相量关系。 (3)并联电路——电路功率因数的改善 按图13-4组成实验线路 图 13-4 经指导老师检查后,按下绿色按钮开关调节自耦调压器的输出调至220V,记录功率表,电压表读数,通过一只电流表和三个电流取样插座分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行三次重复测量。 五、实验注意事项 1.本实验用交流市电220V ,务必注意用电和人身安全。 2.在接通电源前,应将自藕调压器手柄置在零位上。 3.功率表要正确接入电路,读数时要注意量程和实际读数的折算关系。 4..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。 七、实验报告 1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。 误差分析: 1、仪表精确度; 2、读数时存在误差 2.根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基尔霍夫定律。

正弦稳态交流电路相量的研究实验报告

一、实验目的 1.通过测量,计算变压器的各项参数。 2. 学会测绘变压器的空载特性与外特性 二、原理说明 1. 图6-1为测试变压器参数的电路。由各仪表读得变压器原边 (AX,低压侧)的U1、I1、P1及付边(ax,高压侧)的U2、I2,并用万用表R×1档测出原、副绕组的电阻R1和R2,即可算得变压器的以下各项参数值: 2. 铁芯变压器是一个非线性元件,铁心中的磁感应强度B决定于 外加电压的有效值U。当副边开路(即空载)时,原边的励磁电

流I10与磁场强度H成正比。在变压器中,副边空载时,原边电压与电流的关系称为变压器的空载特性,这与铁芯的磁化曲线(B-H曲线)是一致的。空载实验通常是将高压侧开路,由低压侧通电进行测量,又因空载时功率因数很低,故测量功率时应采用低功率因数瓦特表。此外因变压器空载时阻抗很大,故电压表应接在电流表外侧。 3. 变压器外特性测试。 为了满足三组灯泡负载额定电压为220V的要求,故以变压器 的低压(36V)绕组作为原边,220V 的高压绕组作为副边,即 当作一台升压变压器使用。 在保持原边电压U1(=36V)不变时,逐次增加灯泡负载(每只灯为15W),测定U1、U2、I1和I2,即可绘出变压器 的外特性,即负载特性曲线U2=f(I2)。 三、实验设备

四、实验内容 1. 按图6-1线路接线。其中A、X为变压器的低压绕组,a、x 为 变压器的高压绕组。即电源经屏内调压器接至低压绕组,高压绕组220V接ZL即15W的灯组负载(3只灯泡并联),经指导教师检查后方可进行实验。 2. 将调压器手柄置于输出电压为零的位置(逆时针旋到底),合上 电源开关,并调节调压器,使其输出电压为36V。令负载开路及逐次增加负载。实验完毕将调压器调回零位,断开电源。 3 调节调压器输出电压,使U1从零逐次上升到1.2倍的额定电压 (1.2×36V),分别记下各次测得的U1,U20和I10数据,记入 自拟的数据表格,用U1和I10绘制变压器的空载特性曲线。 五、实验注意事项 1. 本实验是将变压器作为升压变压器使用,并用调节调压器提供 原边电压U1,故使用调压器时应首先调至零位,然后才可合上电源。此外,必须用电压表监视调压器的输出电压,防止被测变压器输出过高电压而损坏实验设备,且要注意安全,以防高压触电。 2. 由负载实验转到空载实验时,要注意及时变更仪表量程。 3. 遇异常情况,应立即断开电源,待处理好故障后,再继续实验。 六、预习思考题 为什么本实验将低压绕组作为原边进行通电实验? 七、实验报告

Multisim 10-正弦稳态交流电路仿真实验

暨南大学本科实验报告专用纸 课程名称 电路分析CAI 成绩评定 实验项目名称 正弦稳态交流电路仿真实验 指导教师 实验项目编号0806109705实验项目类型 验证型 实验地点 计算机中心C305 学生姓 学号 学院 电气信息学院 专业实验时间 2013 年5月28日 一、 实验目的 1.分析和验证欧姆定律的相量形式和相量法。 2.分析和验证基尔霍夫定律的相量形式和相量法。 二、实验环境定律 1.联想微机,windows XP ,Microsoft office , 2.电路仿真设计工具Multisim10 三、实验原理 1在线性电路中,当电路的激励源是正弦电流(或电压)时,电路的响应也是同频的正弦向量,称为正弦稳态电路。正弦稳态电路中的KCL 和KVL 适用于所有的瞬时值和向量形式。 2.基尔霍夫电流定律(KCL )的向量模式为:具有相同频率的正弦电流电路中的任一结点,流出该结点的全部支路电流向量的代数和等于零。 3. 基尔霍夫电压定律(KVL )的向量模式为:具有相同频率的正弦电流电路中的 任一回路,沿该回路全部的支路电压向量的代数和等于零。 四、实验内容与步骤 1. 欧姆定律相量形式仿真 ①在Multisim 10中,搭建如图(1)所示正弦稳态交流实 验电路图。打开仿真开关,用示波器经行仿真测量,分别测 量电阻R 、电感L 、电容C 两端的电压幅值,并用电流表测 出电路电流,记录数据于下表 ②改变电路参数进行测试。电路元件R 、L 和C 参数不变, 使电源电压有效值不变使其频率分别为f =25Hz 和f =1kHz 参照①仿真测试方法,对分别对参数改变后的电路进行相同 内容的仿真测试。 ③将三次测试结果数据整理记录,总结分析比较电路电源频 率参数变化后对电路特性影响,研究、分析和验证欧姆定律 相量形式和相量法。

正弦稳态交流电路相量的研究(含数据处理)

实验十三 正弦稳态交流电路相量的研究 专业 学号 姓名 实验日期 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.掌握日光灯线路的接线。 3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,用交流电压表测得回路各元件两端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即 i =∑0 和 &U =∑02.如图13-1 所示的RC 串联电路,在正弦稳态信号的激励下,与保持有90°&U R U &&U C 的相位差,即当阻值R改变时,的相量轨迹是一个半圆,、与三者形成一个直角 &U R &U &U C &U R 形的电压三角形。R值改变时,可改变φ角的大小,从而达到移相的目的。 图 13-1 3.日光灯线路如图13-2 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(cos φ值)。 图 13-2 有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

三、实验设备 序号名称型号与规格数量备注 1单相交流电源0~220V 12三相自耦调压器13交流电压表14交流电流表15功率因数表1 DGJ-076白炽灯组15W/220V 2DGJ-047镇流器与30W 灯管配用 1 DGJ-048电容器 1uf,2.2uf, 4.7μf/450V DGJ-04 9启辉器与30W 灯管配用 1DGJ-0410日光灯灯管30W 1DGJ-0411电门插座 3 DGJ-04 四、实验内容 (1)用两只15W /220V 的白炽灯泡和4.7μf/450V 电容器组成加图13-1所示的实验电路,经指导老师检查后,接通市电220V 电源,将自藕调压器输出调至220V 。记录U 、U R 、U C 值 ,验证电压三角形关系。 测量值 计算值 白炽灯盏数 U(V) U R (V) U C (V) U’(V) φ2 220 200 84 217 22.8 1 220 213 45 218 11.9 (2)日光灯线路接线与测量 图 13-3 按图13-3组成线路,经指导教师检查后按下闭合按钮开关,调节自耦调压器的输出,使其

正弦稳态电路分析习题讨论课

第3章 正弦稳态电路分析习题讨论课 Ⅰ 本章要奌归纳 1、正弦量的三要素:),(,T f U m ω,?{要求:①由正弦时间函数、由波形会求三个“要 素”;②由三个“要素”会写正弦时间函数、会画波形图。} 有效值:m U U 21= ,m I I 2 1 =;{注意:①交流电流表的读数一般为有效值;②若知有效值写时间函数表达式,一定将有效值换算为振幅值。} 相 量:{要求:①由正弦量u ,i 会写对应的相量I U ,;②由相量再告知(ω或T 或f )会写相应的正弦时间函数。} 2、基本元件VCR 的相量形式 R I R U = L I L j U ω= C C j U ω1-= I KL 相量形式 KCL 相量形式 ∑=0I KVL 相量形式 ∑=0U 3、阻抗与导纳定义及其串并联等效 ?? ? ???????+== jX R e Z I U Z z j ? (1) ?? ????????+==jB G e Y U I Y y j ? (2) 显然二者互为倒数关系:,1Y Z = Z Y 1 = 阻抗串、并联求等效阻抗的公式,串联分压、并联分流公式类同电阻串、并联相应的公式。 导纳串、并联求等效导纳的公式,串联分压、并联分流公式类同电导串、并联相应的公式。 C j ω1-

注意这里的运算都是复数运算。 4.相量用于正弦稳态电路分析 (1)正弦函数激励的线性时不变渐近稳定电路,且电路达到稳态,只求稳态响应,称正弦 稳态电路分析。 (2)若单一频率正弦函数激励源的正弦稳态电路分析,应用相量分析法。 基本思路: 5、正弦稳态电路中的功率 (1)平均功率 )cos(i u UI P ??-= (1) 应用式(1)计算平均功率时,N 内含有电源不含电源均可使用。 若N 内不含电源,则z i u θ??=- 则 z UI P θcos = (2) 式(2)中z θcos 称功率因数,这时P 又称为有功功率。 (2)无功功率 z UI Q θsin = (3)视在功率 UI S = (4)复功率 S ~ =jQ P +I U =* 注意:整体电路与各部分电路间的几种功率关 k m k P P ∑ == 1 ∑==m k k Q Q 1 ∑==m k k S S 1 ~ ~ (S ≠)1 ∑=m k k S 若为简单电路若为复 杂电路:: 利用阻抗、导纳串并联等 效,结合KCL 、KVL 求解。 应用网孔法、节奌法、等 效电源定理求解。

正弦稳态交流电路相量的研究(含数据处理)

实验十三正弦稳态交流电路相量的研究专业学号姓名实验日期 1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系 2.掌握日光灯线路的接线。 3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,用交流电压表测得回路各元件两端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即 i= ∑0 和 U= ∑0 2.如图13-1 所示的RC串联电路,在正弦稳态信号 U的激励下, R U 与 U C 保持有90°的相位差,即当阻值R改变时, U R的相量轨迹是一个半圆, U、 U C与 U R三者形成一个直角形的电压三角形。R值改变时,可改变φ角的大小,从而达到移相的目的。 图13-1 3.日光灯线路如图13-2 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13-2 有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

三、实验设备 序号 名称型号与规格数量备注 1 单相交流电源0~220V 1 2 三相自耦调压器 1 3 交流电压表 1 4 交流电流表 1 5 功率因数表 1 DGJ-07 6 白炽灯组15W/220V 2 DGJ-04 7 镇流器与30W灯管配用 1 DGJ-04 8 电容器1uf,2.2uf, 4.7μf/450V DGJ-04 9 启辉器与30W灯管配用 1 DGJ-04 10 日光灯灯管30W 1 DGJ-04 11 电门插座 3 DGJ-04 四、实验内容 (1)用两只15W /220V的白炽灯泡和4.7μf/450V电容器组成加图13-1所示的实验电路,经指导老师检查后,接通市电220V电源,将自藕调压器输出调至220V。记录U、U R、U C 值,验证电压三角形关系。 白炽灯盏数测量值计算值 U(V) U R(V) U C(V) U’(V) φ 2 220 200 84 217 22.8 1 220 213 45 218 11.9 (2)日光灯线路接线与测量 图13-3 按图13-3组成线路,经指导教师检查后按下闭合按钮开关,调节自耦调压器的输出,使其输出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为止,记下三表的指示值。然后将电压调至220V,

相关主题
相关文档 最新文档