實驗四正弦交流電路分析

1、實驗四 正弦交流電路分析一、實驗目的1. 測定RLC串聯(lián)交流電路各元件的參數(shù)。2. 觀察RLC串聯(lián)交流電路中電壓與電流的波形及相位關(guān)系，并測定相位差。3. 加強正弦交流電路中電壓、電流相量的概念。二、實驗原理正弦交流可用三角函數(shù)表示，即由最大值Um或Im，頻率f（或角頻率=2f）和初相這三要素來決定。在正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析中，由于電路中各處電壓、電流都是同頻率的交流電，所以電流、電壓可用相量表示。在頻率較低的情況下，電阻元件通常略去其電感及分布電容而看成是純電阻。此時其端電壓與電流可用復數(shù)歐姆定律來描述：U=RI式中R為線性電阻元件，U與I之間無相角差。因為略去附加電感和分布電容，所以電阻元件的

2、阻值與頻率無關(guān)。電容元件在低頻也可略去其附加電感及電容極板間介質(zhì)的功率損耗，因而可認為只具有電容C。在正弦電壓作用下流過電容的電流之間也可用復數(shù)歐姆定律來表示：U=XCI式中XC是電容的容抗，物理意義和電阻的阻值相同，其值為XC=1jC。所以有U=1jCI=IC（i-90）即電壓滯后電流90。電感元件因其由導線繞成，導線有電阻，在低頻時如略去其分布電容則它僅由電阻和電感組成，在電路分析中，經(jīng)常會忽略電阻值，作為純電感來分析。在正弦電壓作用下流過電感的電流之間也可用復數(shù)歐姆定律來表示：U=XLI式中XL是電感的感抗，物理意義和電阻、容抗相同，其值為XL=jL。所以有U=jLI=LI（i+90）即

3、電壓超前電流90。RLC串聯(lián)電路中，各元件的電流相同，電源電壓和各元件電壓之間的關(guān)系是：US=UR+UL+UC=R+jXL+1jXCI=(R+jXL-XC)I三、實驗內(nèi)容1.測試電阻、電感和電容元件在正弦交流電路中的伏安特性 信號源要求選用正弦交流電壓源，工頻電壓，幅值為120V。（1）電阻元件的伏安特性測試。電路連接如圖2.27，其中交流電壓源的添加，可以單擊工具欄的信號源，選擇SIGNAL_VOLTAGE_SOURCE系列中的AC_VOLTAGE，放置在工作區(qū)后，雙擊圖標即可在快捷菜單的參數(shù)欄修改交流電壓源的參數(shù)。圖2.27 電阻元件伏安特性測量電路圖2.28 選取交流電壓源圖2.29 修

4、改電壓源參數(shù)由于示波器只能觀察電壓，所以電路中串聯(lián)一個1m的電阻，電阻上的電壓波形也就是電流波形。點擊仿真按鈕后，雙擊示波器，用時間軸找到電壓和電流峰值的時間差t，則兩者的相位差=tT2，T為正弦交流電的周期。觀察電阻R1的電壓和電流，填寫表2-4-1。表2-4-1電阻元件理論值測量值相位差電壓電流（2）電感元件的伏安特性測試。將2.27圖中的R1電阻元件替換成電感，就是電感元件伏安特性測量電路。具體替換的方法是雙擊電阻元件，點擊菜單左下角的“替換”按鈕，就可以選擇替換后的元件了。添加電感后，將參數(shù)L設(shè)置為318mH。重復（1）中的步驟，利用示波器測量電感的電壓和電流，要求保留截圖，填寫表2-

5、4-2。圖2.30 電感元件伏安特性測量電路表2-4-2電感元件理論值測量值相位差電壓電流（3）電容電路將2.27圖中的R1電阻元件替換成電容，就是電容元件伏安特性測量電路。電容參數(shù)值C設(shè)置為31.8F。重復（1）中的步驟，利用示波器測量電容的電壓和電流，要求保留截圖，填寫表2-4-3。圖2.31電容元件伏安特性測量電路表2-4-3電容元件理論值測量值相位差電壓電流2.RLC串聯(lián)電路分析。連接一個RLC串聯(lián)電路如圖2.32，其中電阻阻值為60，電容的容抗為XC=20, 電感的感抗為XL=100。利用虛擬儀器工具欄中的萬用表測量各元件的電壓，要求保留截圖，并填寫下表。圖2.32 RLC串聯(lián)電路分析表2-4-4 RLC串聯(lián)電路計算值測量值誤差URULUCU總四、思考題1.電阻、電感和電容元件的電壓和電流的相位關(guān)系如何？從示波器如何判斷？2.RLC串聯(lián)電路的總電壓的有效值是各元件電壓有效值的代數(shù)和嗎？如果