單相正弦交流電路的實(shí)驗(yàn)研究

高宏偉

正弦量隨時(shí)間變化、對(duì)應(yīng)每一時(shí)刻的數(shù)值稱為瞬時(shí)值，正弦量的瞬時(shí)值表示形式一般為解析式或波形圖。正弦量的最大值反映了正弦量振蕩的正向最高點(diǎn)，也稱為振幅。正弦量的最大值和瞬時(shí)值都不能正確反映它的作功能力，因此引入有效值的概念：與一個(gè)交流電熱效應(yīng)相同的直流電的數(shù)值定義為這個(gè)交流電的有效值。正弦交流電的有效值與它的最大值之間具有確定的數(shù)量關(guān)系，即Im=2I，理解正弦交流電量中用相量形式表達(dá)的相位關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】正弦交流電 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證 相位差

1 實(shí)驗(yàn)線路及原理

本實(shí)驗(yàn)采用KCO5晶閘管集成移相觸發(fā)器。該觸發(fā)器適用于雙向晶閘管或兩個(gè)反向并聯(lián)晶閘管電路的交流相位控制，具有鋸齒波線性好、移相范圍寬、控制方式簡(jiǎn)單、易于集中控制、有失交保護(hù)、輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)。

單相晶閘管交流調(diào)壓器的主電路由兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管組成，如圖3-15所示。

圖1中電阻R用D42三相可調(diào)電阻，將兩個(gè)900Ω接成并聯(lián)接法，晶閘管則利用DJK02上的反橋元件，交流電壓、電流表由DJK01控制屏上得到，電抗器Ld從DJK02上得到，用700mH。

2 實(shí)驗(yàn)方法及目的

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

2.1.1 KCO5集成晶閘管移相觸發(fā)電路調(diào)試

將DJK01電源控制屏的電源選擇開(kāi)關(guān)打到“直流調(diào)速”側(cè)使輸出線電壓為200V，用兩根導(dǎo)線將200V交流電壓接到DJK03的“外接220V”端，按下“啟動(dòng)”按鈕，打開(kāi)DJK03電源開(kāi)關(guān)，用示波器觀察“1”～“5”端及脈沖輸出的波形。調(diào)節(jié)電位器RP1，觀察鋸齒波斜率是否變化，調(diào)節(jié)RP2，觀察輸出脈沖的移相范圍如何變化，移相能否達(dá)到170°，記錄上述過(guò)程中觀察到的各點(diǎn)電壓波形。

2.1.2 單相交流調(diào)壓帶電阻性負(fù)載

將DJKO2面板上的兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)而構(gòu)成交流調(diào)壓器，將觸發(fā)器的輸出脈沖端“G1”、“K1”、“G2”和“K2”分別接至主電路相應(yīng)晶閘管的門(mén)極和陰極。接上電阻性負(fù)載，用示波器觀察負(fù)載電壓、晶閘管兩端電壓UvT的波形。調(diào)節(jié)“單相調(diào)壓觸發(fā)電路”上的電位器RP2，觀察在不同α角時(shí)各點(diǎn)波形的變化，并記錄α=60°、60°、90°、120°時(shí)的波形。

2.1.3 單相交流調(diào)壓接電阻電感性負(fù)載

（1）在進(jìn)行電阻電感性負(fù)載實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要調(diào)節(jié)負(fù)載阻抗角的大小，因此應(yīng)該知道電抗器的內(nèi)阻和電感量。常采用直流伏安法來(lái)測(cè)量?jī)?nèi)阻。電抗器的內(nèi)阻為

RL=UL/I （1）

電抗器的電感量可采用交流伏安法測(cè)量，如圖2所示。由于電流大時(shí)，對(duì)電抗器的電感量影響較大，采用自耦調(diào)壓器調(diào)壓，多測(cè)幾次取其平均值，從而可得到交流阻抗。

（2）

電抗器的電感為

（3）

這樣，即可求得負(fù)載阻抗角

在實(shí)驗(yàn)中，欲改變阻抗角，只需改變滑線變阻器R的電阻值即可。

（2）切斷電源，將L與R串聯(lián)，改接為電阻電感性負(fù)載。按下“啟動(dòng)”按鈕，用雙蹤示波器同時(shí)觀察負(fù)載電壓U1和負(fù)載電流I1的波形。調(diào)節(jié)R的數(shù)值，使阻抗角為一定值，觀察在不同α角時(shí)波形的變化情況，記錄α>φ、α=φ、α<φ三種情況下負(fù)載兩端的電壓U1和流過(guò)負(fù)載的電流I1波形。

2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）學(xué)習(xí)交流儀表及功率表的使用方法。

（2）驗(yàn)證單相正弦交流電路總電壓、電流與各元件電壓、電流的相量關(guān)系。

（3）日光燈電路的連接。

（4）熟悉功率因數(shù)提高的方法及功率的測(cè)量方法。

2.3 需要注意的事項(xiàng)

（1）觸發(fā)脈沖是從外部接入DJKO2面板上晶閘管的門(mén)極和陰極，此時(shí)，應(yīng)將所用晶閘管對(duì)應(yīng)的正橋觸發(fā)脈沖或反橋觸發(fā)脈沖的開(kāi)關(guān)撥向“斷”的位置，并將Ulf及Ulr懸空，避免誤觸發(fā)。

（2）可以用DJK02-1上的觸發(fā)電路來(lái)觸發(fā)晶閘管。

（3）由于“G”、“K“輸出端有電容影響，故觀察觸發(fā)脈沖電壓波形時(shí)，需將輸出端“G”和“K”分別接到晶閘管的門(mén)極和陰極（或者也可用約100Ω左右阻值的電阻接到“G”、“K”兩端，來(lái)模擬晶閘管門(mén)極與陰極的阻值），否則，無(wú)法觀察到正確的脈沖波形。

3 結(jié)果分析

（1）在交流電路中，基爾霍夫的兩大定律中直流電流在任何時(shí)刻，流入任一結(jié)點(diǎn)的電流（電壓）代數(shù)和恒為零，交流電流在任何時(shí)刻，流入任一結(jié)點(diǎn)的電流（電壓）矢量和恒為零。

（2）啟輝器由雙金屬片組成，電路接通后，供電電壓 通過(guò)填充氣體引起輝光放電。由于兩種金屬片熱膨脹系數(shù)不同，緩慢加熱的接觸片產(chǎn)生了相對(duì)彎曲，當(dāng)接觸片碰在一起時(shí)，通過(guò)鎮(zhèn)流器和燈絲形成了串聯(lián)電路，使一個(gè)相當(dāng)強(qiáng)的電流將燈絲迅速加熱。金屬片接觸后，輝光放電結(jié)束，金屬片開(kāi)始冷卻，接觸點(diǎn)彈開(kāi)，電路斷開(kāi)連接，燈光點(diǎn)燃

（3）電感和電容的無(wú)功功率是異號(hào)的，在感性電路中并聯(lián)電容，可以降低無(wú)功功率，提高功率因數(shù)； 串聯(lián)電容也可以提高功率因數(shù)，因?yàn)榇?lián)電容也可以降低無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，但是負(fù)載上的電壓改變流入。

（4）并聯(lián)電容后，燈管兩端的電壓不變，電流也不改變，消耗的功率不變；總功率因數(shù)會(huì)因?yàn)榭偀o(wú)功功率減小而提高。

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[4]宋衛(wèi)星.單相正弦交流電路中電量相差的測(cè)量[J].大眾科技，2012（10）：82-84.

作者單位

威海技師學(xué)院 山東省榮成市 264300