[工学]电工原理4第4章

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1、技能训练九 示波器、 信号发生器的认识 技能训练十 交流电路元件(R、 L、 C)电压与电流关系的测试 技能训练十一 RL、 RC串联电路的研究 技能训练十二 提高感性负载功率因数的研究 4.1 正弦交流电的基本概念 4.2 正弦量的相量表示法 4.3 单一参数正弦交流电路的分析 4.4 基尔霍夫定律的相量形式 4.5 RLC串联电路及复阻抗 4.6 RLC并联电路及复导纳 4.7 阻抗的串联与并联 4.8 功率因数的提高 小结 习题四,1. 训练目的 (1) 通过本训练，熟悉信号发生器、示波器等常用仪器设备的结构、使用方法。 (2) 通过本训练，能够会用常用的仪器仪表测量交直流电流、交直流电

2、压、非正弦波的波形及峰值(Up-p)等。,技能训练九 示波器、信号发生器的认识,2. 原理说明 1) 示波器 示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问 题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器的组成如训练图9-1所示。,训练图9-1 示波器组成框图,示波器使用前的注意事项： (1) 电源电压应为220 V10。 (2) 环境温度为0+40，湿度90(+40)，工作环境无强烈的电磁场干扰。 (3) 不应输入超过技术参数所规定的电压。 (4) 辉度不宜过亮，以免损坏屏幕。 下面介绍双踪示

3、波器的主要用途。 (1) 电压测量。 该仪器可以对被测波形进行电压测量，正确的测量方法虽因测试波形的不同有所差异，但测量的基本原理是相同的。在一般情况下，被测试波形同时含有交流和直流分量，有时需测量两种分量的合成值，有时只需测量其中一种分量。,(2) 时间测量。 用示波器可精确测量各种信号的时间参数。这是因为示波器在荧光屏X轴方向上的扫描速度是定量的，即格(div)代表的时间是定量的。 (3) 相位测量。 利用双踪示波器的双迹功能可测量两个同频率信号间的相位差。 这种测量可能使用到垂直系统的频率极限。可用下列步骤来进行相位比较。,相位测量的步骤如下： 预置仪器控制件获得光迹基线，然后将垂直方式

4、开关置于“ALT”(频率低时可用“CHOP”)，触发源置于“垂直”。 根据耦合要求，两个“耦合方式”开关应置于相同位置。 用两根具有相同时间延迟的探极或同轴电缆，将两个被测信号输入CH1和CH2，并使波形稳定。, 调整CH1和CH2的信号，使两踪波形均移到上下对称于00轴上，读出A、B，则相位差=(A/B)360，如训练图9-2所示。,训练图9-2 相位测试图,2) 函数信号发生器 函数信号发生器面板如训练图9-3所示。其使用方法如下： (1) 打开电源开关(LINE)，函数信号发生器开始工作，数码管显示屏(LED)显示当前状态下输出信号的频率。,训练图9-3 函数信号发生器面板,注意： 显示

5、的频率单位是kHz。 (2) 将波形选择开关打到欲使用的波形位置(正弦波、三角波或方波)。 (3) 通过频率调节旋钮和挡位选择开关进行频率调节。如果挡位开关打在10 Hz挡位上，那么调节上面的频率调节旋钮(FREQ)，可在(2102210 Hz)的范围调整输出信号的频率。在不同的挡位，得到的频率范围也不同。,(4) 通过幅值调节旋钮(AMP)调节输出信号的幅值。本发生器最大输出信号电压为空载20 V。 (5) 右下角的信号衰减开关一般放在“0”的位置上。当打到“20”或“40”位置上时，输出信号的幅值衰减20 dB或40 dB。 (6) 占空比调节旋钮仅在产生方波时才起作用。 (7) 函数信号

6、发生器下方的端子VCO为压控振荡器的输入，TTL为信号同步输出，OUTPUT为信号输出。 (8) 在使用过程中，要避免输出端短路，并且在改变信号输出频率的同时，也应检测信号的幅值是否发生变化，若有变化应调到要求的数值。,3. 训练设备 (1) 数字万用表 (2) 函数信号发生器 (3) 双踪示波器 4. 训练内容 (1) 了解函数信号发生器的结构、使用方法及注意事项。(2) 了解双踪示波器的结构、使用方法及注意事项。,(3) 进行下列练习： 调出函数信号发生器一个信号，用双踪示波器观察：正弦波，Up-p=500 mV， f=1kHz；用万用表测其电压的有效值。 调出函数信号发生器一个信号，用双

7、踪示波器观察：方波，Up-p=100 mV， f=5 kHz，占空比25%。 调出函数信号发生器一个信号，用双踪示波器观察：三角波，Up-p=2 V， f=10 kHz，用示波器读出其周期，与计算值进行比较。,5. 训练注意事项 双踪示波器新购或久置复用时，应使用机器内部校准信号进行自身检查。 6. 思考题 (1) 使用函数信号发生器与双踪示波器信号探头的两个夹子(或一钩一夹)时应注意什么？ (2) 尽可能多地分析一下在双踪示波器上观察不到波形时的原因。 7. 训练报告内容 (1) 整理训练数据，分析误差产生的原因。 (2) 画出由双踪示波器看到的各种波形图。,1. 训练目的 (1) 掌握交流

8、电压表、交流电流表和单相调压器的使用。 (2) 测定电感、电阻和电容元件的伏安特性。,技能训练十 交流电路元件(R、L、C) 电压与电流关系的测试,2. 原理说明 (1) 在交流电路中，通过元件的电流有效值和加于该元件两端电压有效值之间的关系U=f(I)，称为交流伏安特性。交流伏安特性应在固定的电源频率下测定。技能训练中使用的是电压为220 V、频率为50 Hz的交流电源。利用单相调压器可调整交流电源的输出电压。,(2) 当元件的参数为常数时称该元件为线性元件，如电阻元件、电容元件和空芯电感线圈等。线性元件的交流伏安特性曲线是通过坐标原点的一直线。 (3) 具有铁芯的线圈(如交流电磁铁和变压器

9、)，由于铁磁材料的磁化特性，当线圈中通过电流时，铁芯中将产生很强的附加磁场，其磁感应强度(B)和磁通()均大大增强，根据电感定义，L=I=NI。,可见具有铁芯线圈的电感，将大于空芯线圈的电感。 铁芯材料具有磁饱和特性，其磁化曲线B=f(H)如训练图10-1所示。因为铁芯线圈的电流I和磁通之间必须满足铁芯的磁化曲线所确定的关系，而且铁芯线圈的外加电压的有效值U和磁通最大值M是成正比的，所以铁芯线圈的伏安特性曲线与磁化特性曲线一样，也呈饱和特性，如训练图10-2所示。因此铁芯线圈的电感量并非常数，它与通过线圈的电流大小有关，是非线性元件。,训练图10-1 磁化曲线图,训练图10-2 伏安关系图,3

10、. 训练设备 (1) 单相调压器 R600型 (2) 交流电压表T19V型 (3) 交流电流表 T25A 型 (4) 滑线变阻器BX713型 (5) 电容元件 C=10 F (6) 铁芯线圈(镇流器) (7) 空芯线圈 4. 训练内容 按训练图10-3接线，分别测出电阻、空芯线圈(内阻55)、铁芯线圈(内阻50 )和电容元件上的电压和电流。,训练图10-3 接线图,(1) 电阻性电路：调节单相调压器的输出电压分别为30V、35 V、40 V、45 V和50 V，测出电阻两端的电压和通过电阻支路的电流，分别记入自拟的表格中。 (2) 空芯线圈电感性电路：调节单相调压器的输出电压分别为30 V、3

11、5 V、40 V、45 V和50 V，测出电感两端的电压和通过电感支路的电流，分别记入自拟的表格中。,(3) 铁芯线圈电感性电路：先用万用表的欧姆挡测出铁芯线圈内阻，再调节单相调压器的输出电压分别为100 V、150 V、200 V、220 V和250 V，测出电感两端的电压和通过电感支路的电流，分别记入自拟的表格中。 (4) 电容性电路：调节单相调压器的输出电压分别为100 V、150 V、200 V、220 V和250 V，测出电容两端的电压和通过电容支路的电流，分别记入自拟的表格中。,5. 训练注意事项 数据测量完毕后，应切断电源，但不要急于拆除线路。首先检查有无遗漏和分析操作是否正确，

12、然后将测量数据送老师检查，经老师检查无误后方可拆除线路进行整理工作。 6. 思考题 比较空芯线圈电感性电路和铁芯线圈电感性电路的不同。 7. 训练报告内容 (1) 根据表格中的数据在同一坐标系做出R、L、C元件的伏安特性，即U=f(I)曲线。 (2) 根据表格中的数据计算R、XL、XC。 (3) 分析、总结实验结果。,1. 训练目的 (1) 通过训练进一步理解电阻、电感和电容的频率特性； (2) 学会用双踪示波器观察电压和电流波形，并会利用波形图计算两个正弦量之间的相位差。,技能训练十一 RL、RC串联电路的研究,2. 原理说明 正弦交流电可用三角函数来表示，即由幅值(有效值或最大值Im)、频

13、率(或角频率=2f)和初相位三要素来决定。 在正弦稳态电路的分析中，由于电路中各处的电压和电流都是同频率的交流电，所以电流和电压可用相量 =Uu、 =i来表示(U、I有效值，u、i初相位)。,电路中端口电流和电压的关系用阻抗Z描述，即Z= / =|Z|Z=R+jX，是一个复数，所以又称为复阻抗。阻抗的模|Z|=U/I； 阻抗的辐角Z=u-i为此端口电压与电流的相位差。,3. 训练设备 (1) 函数信号发生器 1台 (2) 电阻 1个 51 (3) 220 电位器 1只 (4) 电感 1个 20 mH (5) 数字万用表 1只 (6) 电容 1个 1 F (7) 双踪示波器 1台 (8) 桥形连

14、接插头和导线 若干,4. 训练内容 1) R、L串联电路 (1) 按训练图11-1接线，调节信号发生的输出电压，使输出US=1 V，f=2500 Hz (信号电压以示波器测量的为准)。,训练图11-1 接线图,(2) 接通双踪示波器，将Y1的光标定在离显示屏顶部2 cm处，将Y1的波段开关调至0.5 V/cm，将Y2的光标定在离显示屏底部2 cm处，将Y2的波段开关调至0.5 V/cm。 注意：凡今后技能训练中需要使用示波器时，应首先将所需通路的光标定位。 (3) 用双踪示波器观察UR1、UL，将观察到的波形绘制在坐标纸上，从波形上测出UL与I的相位差(即UL1与UR1的时间差t)= ms，折

15、算成相位差= 。将相关数据填入训练表11-1中。,训练表11-1,2) R、C串联电路 (1) 按训练图11-2接线，调节信号发生器的输出电压，使输出US=1 V，f=2500 Hz (信号电压以示波器测量的为准)。 (2) 接通双踪示波器，将Y1的光标定在离显示屏顶部2cm处，将Y1的波段开关调至0.5 V/cm，将Y2的光标定在离显示屏底部2 cm处，将Y2的波段开关调至0.5 V/cm。,训练图11-2 接线图,(3) 用双踪示波器观察UR1、UC，将观察到的波形绘制在坐标纸上。从波形上测出：UC与I的相位差(即UC与UR1的时间差t)= ms，折算成相位差= 。将相关数据填入训练表11-2中。,训练表11-2,5. 训练注意事项 (1) 数字万用表、函数信号发生器与双踪示波器是常用电工仪器仪表，对其应达到熟练使用的程度。 (2) 由双踪示波器读出的电压是信号的峰值电压，万用表测出的电压是信号的有效值，根据所学的知识，看一下它们之间的关系是否与测量的数据一致。,6. 思考题 根据本训练中给定的电路各参数，将计算结果与测量数据进行比较，看看误差大不大？分析一下是什么原因。 7. 训练报告内容 (1) 根据训练数据计算L、C的值，计算结果与标定值是否一致？ (2) 整理训练数据，分析误差产生的原因。 (3) 画出由双踪示波器看到的各种波形图。,