電工電子實驗1第五次課ppt課件

1、電工電子實驗電工電子實驗1第五次課第五次課l串聯(lián)諧振電路P68 l互感和變壓器參數(shù)測量P74一、串聯(lián)諧振電路一、串聯(lián)諧振電路P68右圖是右圖是RLC串聯(lián)電路的頻串聯(lián)電路的頻域表示。域表示。VS是正弦交流電壓，是正弦交流電壓，作為電源的負(fù)載阻抗作為電源的負(fù)載阻抗 Z=R+jL1/(C)，它是，它是角頻率角頻率的函數(shù)。其中的函數(shù)。其中 R=Rt+Rr，Rr為電感的等效為電感的等效電阻。電阻。 Rt20RrjLj1 CVsRLC串聯(lián)電路串聯(lián)電路CL回路電流回路電流 I 與輸入信號的頻率關(guān)系曲線稱為串與輸入信號的頻率關(guān)系曲線稱為串聯(lián)諧振特性曲線，如圖下圖所示。聯(lián)諧振特性曲線，如圖下圖所示。f0fR大大

2、R小小II00.707I0f1f2特性曲線特性曲線可見，回路電流可見，回路電流 I 隨輸隨輸入信號頻率的改變而變?nèi)胄盘栴l率的改變而變化?；?。RLC串聯(lián)電路諧振串聯(lián)電路諧振時時=0），），I 達到最達到最大值大值 I =I0，且與輸入電，且與輸入電壓同相。此時的頻率壓同相。此時的頻率f0稱稱為諧振頻率。為諧振頻率。 對應(yīng)對應(yīng) I= 0.707I0的頻率稱為半功的頻率稱為半功率點頻率，分別為率點頻率，分別為f1 ，f2 。半功率。半功率點的電壓與電流相位差為點的電壓與電流相位差為45 串聯(lián)諧振電路原理串聯(lián)諧振電路原理電路串聯(lián)諧振時有如下特點：電路串聯(lián)諧振時有如下特點： 1感抗等于容抗：感抗等于容抗

3、： XL0XC0=02諧振頻率：諧振頻率： 0=1 / f0=1/(2 ) 3等效阻抗最小且為純電阻：等效阻抗最小且為純電阻： Z0=R=Rt+Rr4回路電流最大：回路電流最大： I0=VS/R5L和和C上的電壓：上的電壓： VC0=VL0=QVS6電路電路Q值：值： Q = 0L/R = 1/(0RC) = /R= f0 / (f2f1) 7通頻帶：通頻帶： B = f2f1 = f0 / Q = R / (2L)LCLC/L C串聯(lián)諧振電路原理串聯(lián)諧振電路原理1、測量諧振頻率、測量諧振頻率f0: 調(diào)整信號源頻率，根據(jù)諧振時調(diào)整信號源頻率，根據(jù)諧振時回路電流最大，即電阻回路電流最大，即電阻R

4、t上電上電壓壓VRt最大，找出諧振頻率最大，找出諧振頻率f0。即：即： 正弦波正弦波 監(jiān)測監(jiān)測VS=1V測量接線圖一測量接線圖一調(diào)整信號源頻率時調(diào)整信號源頻率時一方面注意觀察毫一方面注意觀察毫伏表讀數(shù)是否為最伏表讀數(shù)是否為最大值，同時注意保大值，同時注意保持調(diào)信號源電壓持調(diào)信號源電壓幅度示波器讀數(shù)幅度示波器讀數(shù)VSPP=2.8V。串聯(lián)諧振電路測量串聯(lián)諧振電路測量2、測量諧振頻率、測量諧振頻率f 0和電阻和電阻Rt的電壓的電壓VRt0 : 調(diào)整信號源頻率，根據(jù)諧振時回路電流與輸調(diào)整信號源頻率，根據(jù)諧振時回路電流與輸入電壓同相，找出諧振頻率入電壓同相，找出諧振頻率f 0。即：。即：正弦波正弦波 監(jiān)

5、測監(jiān)測VS=1V測量接線圖二測量接線圖二連接示波器連接示波器CH2。調(diào)整。調(diào)整信號源頻率時一方面注信號源頻率時一方面注意觀察示波器顯示的兩意觀察示波器顯示的兩路正弦波是否同相，同路正弦波是否同相，同時注意保持示波器讀數(shù)時注意保持示波器讀數(shù)VSPP=2.8V。兩條件同。兩條件同時滿足時，信號發(fā)生器時滿足時，信號發(fā)生器的頻率即為的頻率即為f 0 ，毫伏，毫伏表的讀數(shù)即為表的讀數(shù)即為VRt0 。串聯(lián)諧振電路測量串聯(lián)諧振電路測量正弦波正弦波 監(jiān)測監(jiān)測VS=1V測量接線圖三測量接線圖三3、測量諧振時電容、測量諧振時電容C的電壓的電壓VC0:將測量接線圖二將測量接線圖二改接三根連線改接三根連線如測量接線圖

6、如測量接線圖三中綠線），毫三中綠線），毫伏表的讀數(shù)即為伏表的讀數(shù)即為VC0 (留意：毫留意：毫伏表需換檔伏表需換檔) 。串聯(lián)諧振電路測量串聯(lián)諧振電路測量4、測量諧振時電感、測量諧振時電感L的電壓的電壓VL0:正弦波正弦波 監(jiān)測監(jiān)測VS=1V測量接線圖四測量接線圖四將測量接線圖三改將測量接線圖三改接兩根連線如測接兩根連線如測量接線圖四中紫量接線圖四中紫線），毫伏表的讀線），毫伏表的讀數(shù)即為數(shù)即為VL0 。串聯(lián)諧振電路測量串聯(lián)諧振電路測量5、測量半功率點頻率、測量半功率點頻率 f1 和和 f2 :恢復(fù)測量接線圖二，降低信號源頻率小于恢復(fù)測量接線圖二，降低信號源頻率小于f0 ），），一方面使示波器顯

7、示的兩路正弦波相位差為一方面使示波器顯示的兩路正弦波相位差為45，同時注意保持示波器讀數(shù)，同時注意保持示波器讀數(shù)VSPP=2.8V。兩條件同時滿足時，信號發(fā)生器的頻率即為兩條件同時滿足時，信號發(fā)生器的頻率即為f1 ，(此時毫伏表的讀數(shù)應(yīng)為此時毫伏表的讀數(shù)應(yīng)為0.707VRt0 ) 。升高信號源頻率大于升高信號源頻率大于f0 ），一方面使示波器顯），一方面使示波器顯示的兩路正弦波相位差為示的兩路正弦波相位差為45，同時注意保持，同時注意保持示波器讀數(shù)示波器讀數(shù)VSPP=2.8V。兩條件同時滿足時，。兩條件同時滿足時，信號發(fā)生器的頻率即為信號發(fā)生器的頻率即為f 2 ，(此時毫伏表的讀此時毫伏表的讀

8、數(shù)應(yīng)為數(shù)應(yīng)為0.707VRt0 )。串聯(lián)諧振電路測量串聯(lián)諧振電路測量6、驗證、驗證Q值：值： 根據(jù)教材根據(jù)教材P70表表2-11-1中兩個中兩個Q值的計算公值的計算公式，將前面相關(guān)實測數(shù)據(jù)代入公式計算式，將前面相關(guān)實測數(shù)據(jù)代入公式計算Q值，理論上兩個值，理論上兩個Q值應(yīng)相等。若誤差大于值應(yīng)相等。若誤差大于10%，應(yīng)考慮前面的測量數(shù)據(jù)可能有誤，應(yīng)考慮前面的測量數(shù)據(jù)可能有誤，應(yīng)分析出錯的原因并重測數(shù)據(jù)。應(yīng)分析出錯的原因并重測數(shù)據(jù)。串聯(lián)諧振電路測量串聯(lián)諧振電路測量Q = f0 /(f2f1)7、測量并記錄表、測量并記錄表2-11-1各頻率下的各頻率下的VRt： 接線如測量接線圖二，在接線如測量接線圖

9、二，在2kHz 20kHz頻率范圍內(nèi)從低到高依次改變頻率，用毫頻率范圍內(nèi)從低到高依次改變頻率，用毫伏表測量并記錄各頻率下的伏表測量并記錄各頻率下的VRt ，計算，計算 I 值。值。 為了保證測量數(shù)據(jù)有效，每次改變信號源為了保證測量數(shù)據(jù)有效，每次改變信號源頻率后都需重調(diào)信號源輸出電壓幅度，使頻率后都需重調(diào)信號源輸出電壓幅度，使示波器讀數(shù)示波器讀數(shù)VSPP=2.8V。串聯(lián)諧振電路測量串聯(lián)諧振電路測量實實 驗驗 思思 考考 題題2.2.串聯(lián)諧振時，串聯(lián)諧振時，VrtoVrto為什么不等于為什么不等于Vs ? Vs ? 答：理論上是相等的，但是實際上不是，原答：理論上是相等的，但是實際上不是，原因是電

10、感上的繞線電阻與串聯(lián)電路相比不可因是電感上的繞線電阻與串聯(lián)電路相比不可忽略，繞線電阻分壓了。忽略，繞線電阻分壓了。實實 驗驗 思思 考考 題題3.3.分析電路中分析電路中R R 的大小對的大小對Q Q 值的影響。值的影響。Q Q值的大值的大小對通頻帶小對通頻帶B B 及及IfIf串聯(lián)諧振曲線形狀的影響。串聯(lián)諧振曲線形狀的影響。 答：答：R R增大：不影響增大：不影響fofo；Q Q變??；變??；B B變寬；變寬； I If f串聯(lián)諧振曲線變矮胖。串聯(lián)諧振曲線變矮胖。R R減?。翰挥绊憸p?。翰挥绊慺ofo；Q Q變大；變大；B B變窄；變窄； If If串串聯(lián)諧振曲線變瘦高。聯(lián)諧振曲線變瘦高。實實

11、 驗驗 思思 考考 題題4.4.可以根據(jù)半功率點可以根據(jù)半功率點Vrt=0.707VrtoVrt=0.707Vrto的結(jié)論，的結(jié)論，用交流毫伏表測量電壓的方法確定半功率用交流毫伏表測量電壓的方法確定半功率點的頻率。簡要敘述測試方法。點的頻率。簡要敘述測試方法。答：調(diào)節(jié)頻率，保證答：調(diào)節(jié)頻率，保證Vs=1VVs=1V，找到，找到Vrt=0.707VrtoVrt=0.707Vrto的兩個半功率點。的兩個半功率點。實實 驗驗 思思 考考 題題5.5.用一只標(biāo)準(zhǔn)電容器，運用諧振原理設(shè)計測試用一只標(biāo)準(zhǔn)電容器，運用諧振原理設(shè)計測試未知電感的方案。畫出測試電路，簡要說明測未知電感的方案。畫出測試電路，簡要說

12、明測試原理。試原理。 答：調(diào)整信號源，使電路產(chǎn)生諧振。當(dāng)電答：調(diào)整信號源，使電路產(chǎn)生諧振。當(dāng)電路諧振時有路諧振時有oL=1/(oC)oL=1/(oC)，根據(jù)此公式，根據(jù)此公式可求出可求出L L實實 驗驗 思思 考考 題題6.6.帶通電路，設(shè)帶通電路，設(shè)R R、L L、C C均為理想元件，均為理想元件， 知：知：R R的值，諧振點頻率的值，諧振點頻率fofo，兩個半功率點頻率，兩個半功率點頻率 f1f1， f2 f2， 求：求：L L和和C C的值。的值。答：由答：由 Q=oL/R=1/(oRC)=/R=fo/(f2f1)得得 Q值值L=QR/0C=1/Q0R 留意：留意：= 2f實實 驗驗 報

13、報 告告 要要 求求實驗名稱；實驗名稱；實驗?zāi)康?；實驗?zāi)康?；實驗儀表應(yīng)寫明具體型號）；實驗儀表應(yīng)寫明具體型號）；實驗原理及實驗電路圖；實驗原理及實驗電路圖；實驗數(shù)據(jù)：整理各項測試內(nèi)容的實驗數(shù)據(jù)和串聯(lián)諧實驗數(shù)據(jù)：整理各項測試內(nèi)容的實驗數(shù)據(jù)和串聯(lián)諧振曲線，分析實驗結(jié)果和誤差原因；振曲線，分析實驗結(jié)果和誤差原因； 實驗小結(jié)：總結(jié)實驗的情況，實驗的收獲和體會。實驗小結(jié)：總結(jié)實驗的情況，實驗的收獲和體會。實實 驗驗 原原 理理 圖圖2-13-1是電路圖。電路中的互感線圈是是電路圖。電路中的互感線圈是個空芯變壓器。個空芯變壓器。L1，L2分別是初次級的電感分別是初次級的電感量。量。R1，R2是對應(yīng)電感的等

14、效電阻，是對應(yīng)電感的等效電阻，M 是是L1，L2之間的互感。之間的互感。 互感線圈互感線圈 二、互感和變壓器參數(shù)測量二、互感和變壓器參數(shù)測量P74如何判斷互感線圈的好壞？如何判斷互感線圈的好壞？答：方法是用萬用表答：方法是用萬用表測一下，有一定阻值測一下，有一定阻值的是正常的。的是正常的。什么叫同名端？什么叫同名端？答：同名端顧名思義答：同名端顧名思義,指線圈繞法相同的一對指線圈繞法相同的一對端鈕；起的作用相同的一對端鈕：當(dāng)線圈電端鈕；起的作用相同的一對端鈕：當(dāng)線圈電流同時流入流同時流入(或流出或流出)該對端鈕時，各線圈中該對端鈕時，各線圈中產(chǎn)生的磁通方向一致的這對端鈕。產(chǎn)生的磁通方向一致的這

15、對端鈕。名詞解釋：名詞解釋：預(yù)習(xí)要求：預(yù)習(xí)要求：答：答： （1 1若若V13=V12+V34V13=V12+V34，則為順接，則為順接，1 1、4 4為同名為同名端；因為構(gòu)成了一個回路，三者肯定應(yīng)該滿足端；因為構(gòu)成了一個回路，三者肯定應(yīng)該滿足KVLKVL。答：（答：（2 2若若V13=V12-V34V13=V12-V34，則為反接，則為反接，1 1、3 3為同名為同名端。端。預(yù)習(xí)要求：預(yù)習(xí)要求：預(yù)習(xí)要求：預(yù)習(xí)要求：答：不同的變壓器有不同的導(dǎo)磁材料，是有一答：不同的變壓器有不同的導(dǎo)磁材料，是有一定頻率范圍的，實驗中所使用的導(dǎo)磁材料頻率定頻率范圍的，實驗中所使用的導(dǎo)磁材料頻率是音頻即：是音頻即：2

16、K2K20KHz20KHz之間。所以，如把信號之間。所以，如把信號源的頻率改為源的頻率改為200KHz200KHz超出了導(dǎo)磁材料的頻率，超出了導(dǎo)磁材料的頻率，是不行的，原因是磁柱交換太快會導(dǎo)致變壓器是不行的，原因是磁柱交換太快會導(dǎo)致變壓器發(fā)熱從而損壞器件。發(fā)熱從而損壞器件。預(yù)習(xí)要求：預(yù)習(xí)要求：答：為保證相同的測試條件，變壓器的原邊和答：為保證相同的測試條件，變壓器的原邊和負(fù)邊由磁柱構(gòu)成，要保持磁通量，由安匝數(shù)確負(fù)邊由磁柱構(gòu)成，要保持磁通量，由安匝數(shù)確定，安培定，安培匝數(shù)要相同。匝數(shù)要相同。實實 驗驗 原原 理理 若在若在1、2端加一正弦交流電壓端加一正弦交流電壓V1，則有，則有 Z1 = V1

17、/I1 (2-13-1) L1 = / (2-13-2) M = V2/(I1) (2-13-3) 同理，將電壓加于同理，將電壓加于3、4端有端有 Z2 = V2/I2 (2-13-4) L2 = / (2-13-5) M = V1/(I2) (2-13-6) 在所加電壓頻率不很高時，可將萬用表測得的在所加電壓頻率不很高時，可將萬用表測得的線圈直流電阻近似地看成線圈直流電阻近似地看成R1或或R2，這樣就可求得，這樣就可求得L1，L2，M及耦合系數(shù)及耦合系數(shù)K=M / 。2211ZR2222ZR12 LL實實 驗驗 原原 理理 如圖如圖2-13-2所示鐵芯變壓器電路，所示鐵芯變壓器電路，N1、N

18、2分別是初、次級線圈匝數(shù)。分別是初、次級線圈匝數(shù)。V1、V2分別分別是初、次級線圈電壓的有效值。是初、次級線圈電壓的有效值。 鐵芯變壓器鐵芯變壓器 實實 驗驗 原原 理理1 1初、次級的參數(shù)有關(guān)系初、次級的參數(shù)有關(guān)系 N1 / N2 = V1 / V2 = I2 N1 / N2 = V1 / V2 = I2 / I1 = N / I1 = N 2 2圖圖2.13.22.13.2電路，若在電路，若在1 1、2 2端加上一個直流電源端加上一個直流電源(1(1端為正端為正，2 2端為負(fù)端為負(fù)) )，接通瞬間，初級，接通瞬間，初級線圈線圈N1N1中將有從中將有從1 1流向流向2 2的電流的電流建立，該

19、電流形成的磁通會使建立，該電流形成的磁通會使次級線圈次級線圈N2N2產(chǎn)生感應(yīng)電壓產(chǎn)生感應(yīng)電壓V2V2，若若V2V2電壓是電壓是3 3端為正，端為正，4 4端為負(fù)端為負(fù)，則稱，則稱1 1、3 3端或端或2 2、4 4端為同名端為同名端。端。實實 驗驗 原原 理理3、若將、若將2、4端短路連接，端短路連接，1、2端加正弦交流端加正弦交流電壓，用毫伏表分別測出電壓，用毫伏表分別測出V12，V34和和1、3端端的電壓的電壓V13(如圖如圖2-13-7所示所示)。根據(jù)這三個電。根據(jù)這三個電壓值亦可判斷出變壓器的同名端。壓值亦可判斷出變壓器的同名端。V13根據(jù)根據(jù)KVL：若若1、3端為同名端，必有端為同名

20、端，必有: V12 =V13 + V34 若若1、4端為同名端，必有端為同名端，必有: V13 =V12 + V34 注：毫伏表測量時區(qū)分不注：毫伏表測量時區(qū)分不了極性，可人為設(shè)定極性。了極性，可人為設(shè)定極性。 （1用萬用表適當(dāng)?shù)碾娮铏n分別測量用萬用表適當(dāng)?shù)碾娮铏n分別測量L1和和L2的直流電阻：的直流電阻： R1=_，R2=_。 互感線圈參數(shù)的測量和計算互感線圈參數(shù)的測量和計算 （2電路如圖電路如圖2-13-3連接，圖中連接，圖中Vs是正弦電是正弦電壓，壓，f =4kHz、R =1k，令，令VR =1V有效值有效值）。丈量：）。丈量： V12=_V， V34 =_V。 由式由式(2-13-2)

21、計算計算 L1 =_mH， 由式由式(2-13-3)計算計算 M =_mH。測VR Z1 = V1/I1 (2-13-1) L1 = / (2-13-2) M = V2/(I1) (2-13-3)2211ZR實實 驗驗 步步 驟驟 （2電路如圖電路如圖2-13-3連接，圖中連接，圖中Vs是正弦電是正弦電壓，壓，f =4kHz、R =1k，令，令VR =1V有效值有效值）。丈量：）。丈量： V12=_V， V34 =_V。 由式由式(2-13-2)計算計算 L1 =_mH， 由式由式(2-13-3)計算計算 M =_mH。測V12測V34注：尖頭所指為紅夾子，注：尖頭所指為紅夾子，另一同色線為黑

22、夾子。另一同色線為黑夾子。實實 驗驗 步步 驟驟（3) 3) 電路如圖電路如圖2-13-42-13-4連接，圖中連接，圖中VsVs是正弦電壓，是正弦電壓，f =4kHzf =4kHz、R =1kR =1k，令，令VR =1VVR =1V有效值）。丈量有效值）。丈量： V12=_V V12=_V， V34 =_V V34 =_V。 由式由式(2-13-5)(2-13-5)計算計算 L2 =_mH L2 =_mH， 由式由式(2-13-6)(2-13-6)計算計算 M =_mH M =_mH。 測VR測V12測V34 （1測量鐵芯變壓器的變比測量鐵芯變壓器的變比N ： 1) 電路按圖電路按圖2-1

23、3-5連接，圖中連接，圖中VS是正弦電壓是正弦電壓，f =1kHz、R =1k，令，令VR =0.1V有效值）。有效值）。丈量：丈量： V12=_V，V34=_V。 計算計算N =V12 / V34=_ 。 鐵芯變壓器參數(shù)的測量和計算鐵芯變壓器參數(shù)的測量和計算 測VR測V12測V34實實 驗驗 步步 驟驟2) 2) 電路按圖電路按圖2-13-62-13-6連接，圖中連接，圖中VsVs是正弦電壓，是正弦電壓，f =1kHzf =1kHz、R =1kR =1k，令，令VR=0.1VR=0.1有效值）有效值）N VN V。丈。丈量：量： V12=_V V12=_V， V34 =_V V34 =_V。 計算計算N =V12/V34=_ N =V12/V34=_ 。應(yīng)有。應(yīng)有N =N N =N 。測VR測V12測V34實實 驗驗 步步 驟驟 （2判斷鐵芯變壓器的同名端：判斷鐵芯變壓器的同名端： 1)電路按圖電路按圖2-13-7連接，圖中連接，圖中VS是正弦電壓，是正弦電壓，f =1kHz、R =1k，令，令VR=0.1V有效值）。丈量有效值）。丈量： V12=_V，V34=_V，V13=_V。據(jù)此判斷據(jù)此判斷_端和端和_端或端或_端和端和_端是同端是同名端。名端。 測V13測V12