实验二 正弦稳态交流电路相量的研究.doc

实验二正弦稳态交流电路相量的研究
一、实验目的
、电流相量之间的关系。
。
,学会日光灯电路的连接。
。
二、实验原理
、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
和
实验电路为RC串联电路,如图1(a)所示,在正弦稳态信号的激励下,则有:

、与相量图为一个直角电压三角形。当阻值改变时,与始终保持着 90°的相位差,所以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。
R
-jXC
φ
(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

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。
220V
启动时电流路径
2
1
220V
点亮后电流路径
2
1

玻璃泡
电容器
外壳
静触片
动触片

(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,镇流器可用小电阻
r和电感L串联来等效。
若用低功率因数表测得镇流器所消耗的功率,也就是等效电阻r所消耗的功率,又用电流表测得通过镇流器的电流,则可求得镇流器的等效电阻r