用三表法测量电路等效参数

一、实验目的

1. 学会用交流电压表、 交流电流表和功率表测量元件的交流等效参数的方法。 2. 学会功率表的接法和使用。 二、原理说明

1. 正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、 交流电流表及功率表分别测量出元件两端的电压U、流过该元件的电流I和它所消耗的功率P，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法， 是用以测量50Hz交流电路参数的基本方法。

计算的基本公式为：

UP， 电路的功率因数 cosφ＝ IUIP等效电阻 R＝ 2＝│Z│cosφ， 等效电抗 X＝│Z│sinφ

I阻抗的模Z或 X＝XL＝2πfL， X＝Xc＝

1 2fC 2. 阻抗性质的判别方法:在被测元件两端并联电容或串联电容的方法来加以判别，方法与原理如下：

(1) 在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容, 若串接在电路中电流表的读数增大，则被测阻抗为容性，电流减小则为感性。

图16-1 并联电容测量法

图16-1(a)中，Z为待测定的元件，C'为试验电容器。(b)图是(a)的等效电路，图中G、B为待测阻抗Z的电导和电纳，B'为并联电容C' 的电纳。在端电压有效值不变的条件下，按下面两种情况进行分析：

① 设B＋B'＝B\"，若B'增大，B\"也增大，则电路中电流I 将单调地上升，故可判断B为容性元件。

② 设B＋B'＝B\"，若B'增大，而B\"先减小而后再增大，电流I 也是先减小后上升，如图16-2所示，则可判断B为感性元件。

由上分析可见，当B为容性元件时， 对并联电容C'值无特殊要求；而当B为感 性元件时，B'<│2B│才有判定为感性的意

(a)(b)..U.U...IIZ,B2BB义。B'>│2B│时，电流单调上升，与B为 容性时相同，并不能说明电路是感性的。因 此B'<│2B│是判断电路性质的可靠条件， 由此得判定条件为C'＜

2B 图16-2

(2) 与被测元件串联一个适当容量的试验电容，若被测阻抗的端电压下降，则判为容性，端压上升则为感性，判定条件为

1＜│2X│式中X为被测阻抗的电抗值，C'为串联试验C'电容值， 此关系式可自行证明。

判断待测元件的性质，除上述借助于试验电容C'测定法外，还可以利用该元件电流、电压间的相位关系，若I超前于U，为容性；I滞后于U，则为感性。

3. 本实验所用的功率表为实验台上的智能交流功率表，其电压接线端应与负载并联，电流接线端应与负载串联。 三、实验设备

四、实验内容

测试线路如图16-3所示

1. 按图16-3接线，并经指导 教师检查后，方可接通市电电源。

2. 分别测量15W白炽灯(R)，

220V序号 1 2 3 4 5 7 8 名称 交流电压表 交流电流表 功率表 自耦调压器 电感线圈 电容器 白炽灯 型号与规格 0～450V ０～5A 数量 1 1 1 1 备注 HE-16 HE-20 HE-17 40W日光灯配用 4.7μF/500V 15W(或25W) /220V 1 2 3 *W*AZV40W日光灯镇流器(L) 和4.7μF 图 16-3

电容器( C)的等效参数。

3. 测量L、C串联与并联后的等效参数。 测量值 被测阻抗 U I P （V） （A） （W） 15W白炽灯R 电感线圈L cosφ 计算值 Z （Ω） cosφ 电路等效参数 R L C （Ω） (mH) (μF) 电容器C L与C串联 L与C并联

4. 验证用串、并试验电容法判别负载性质的正确性。

实验线路同图16-3，但不必接功率表，按下表内容进行测量和记录。 串4.7μF电容 被测元件 R (三只15W白炽灯) C(4.7μF) L(1H) 串前端电压(V) 串后端电压(V) 并4.7μF电容 并前电流(A) 并后电流(A) 5、三表法测定无源单口网络的交流参数。 (1) 实验电路如图16-4所示。

实验电源取自主控屏50Hz三相交流电源中的一相。调节自耦调压器，使单 相交流最大输出电压为150V。

用本实验单元黑匣子上的六只开关，可变换出8种不同的电路： ① K1合（开关投向上方），其它断。 i ② K2、K4合，其它断。 ③ K3、K5合，其它断。 ④ K2合，其它断。 ⑤ K3、K6合，其它断。 ⑥ K2、K3、K6合，其它断。

⑦ K2、K3、K4、K5合，其它断。 图 16-4 ⑧ 所有开关合。

测出以上8种电路的U、I、P及cos的值，并列表记录。 2）按图16-5接线。将自耦调压 器的输出电压调为≤30V。按照第2步 中黑匣子的8种开关组合，观察和记录 u、i（即r上的电压）的相位关系。

五、实验注意事项

1. 本实验直接用市电220V交流电 源供电， 实验中要特别注意人身安全，

不可用手直接触摸通电线路的裸露部分， 图 16-5 以免触电，进实验室应穿绝缘鞋。

2. 自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时， 使其输出电压从零开

A * * W u V 黑匣子 NO 始逐渐升高。每次改接实验线路、换拨黑匣子上的开关及实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必须严格遵守这一安全操作规程。

3. 实验前应详细阅读智能交流功率表的使用说明书，熟悉其使用方法。

六、预习思考题

1. 在50Hz的交流电路中，测得一只铁心线圈的P、I和U，如何算得它的阻值及电感量？

2. 如何用串联电容的方法来判别阻抗的性质？试用I随X'C（串联容抗）的变化关系作定性分析，证明串联试验时，C'满足

七、实验报告

1. 根据实验数据，完成各项计算。

2. 完成预习思考题1、2的任务。

3. 根据实验内容5的观察测量结果，分别作出等效电路图，计算出等效电路 参数并判定负载的性质。

4. 心得体会及其他。

1 ＜│2X│。 C'