【正文】 勵（電壓源和電流源）都同時增大或縮小 K 倍（ K 為實常數(shù)）時，響應（電壓和電流）也將同樣增大或縮小 K 倍。如果電路中只有一個激勵時，響應必與激勵成正比。 （ a） (b) （ c） 圖 21(a) 疊加定理驗證實驗電路圖（ Us 及 Is 共同作用） (b)Us 單獨作用電 路圖 (c)Is 單獨作用電路圖 本實驗采用直流穩(wěn)壓電源，電源內(nèi)阻很小，可以忽略。 R 2R 1R 3R 5R 4U s1 0 V+I s1 5 m A5 1 0 3 3 01 K5 1 05 1 0R 2R 1R 5R 4U s1 0 V+5 1 0 3 3 01 K5 1 0BACDR 2R 1R 5R 41 5 m A5 1 0 3 3 01 K5 1 0BACD 7 三、實驗任務(wù)、步驟與方法 按圖 21(a)接好實驗電路， R R R R R5 均用電路實驗單元中的多功能實驗網(wǎng)絡(luò) 上的元件，或電路實驗單元自由區(qū)接插相應元器件，接線時穩(wěn)壓、穩(wěn)流源應先全部置零。再調(diào)穩(wěn)壓源，使其輸出電壓為 10V，在實驗中也保持此值不變。 A、 B 端通過電路實驗單元上鈕子開關(guān) S1 與一根導線及電壓源 E 接通。測電壓源單獨作用時各支路的電流和電壓，注意儀表量限和測量值的符號，所測數(shù)據(jù)記入表21 中。 將電壓、電流源同時接通，重復以上測量，數(shù)據(jù)記入同一表格中。 （選作） 上圖中 AC 支路的線性電阻 R4 用穩(wěn)壓管代替，按步驟 3，重 復測量各支路電流和電壓，與替代前的數(shù)值進行比較，數(shù)據(jù)記入表 22 中。電壓源的極性和恒流源輸出電流方向必須與實驗電路圖標注的一致。電流表采用電流插頭接入電路，應熟悉電流插頭的結(jié)構(gòu)。 3．記錄數(shù)據(jù)時，注意電路中電壓、電流實驗方向和參考方向之間的關(guān)系，正確判 斷測得值的“ +”、“－”號。閱讀本次實驗各項內(nèi)容、了解各儀器儀表的使用方法。 2．計算圖 21 中各支路的電流及電阻上的電壓值，根據(jù)計算結(jié)果預選電流表、電壓表的量程。 2．對疊加定理驗證 實驗數(shù)據(jù)進行整理、分析、比較、歸納來驗證線性電路的疊加性 。 4．能否 用疊加原理計算圖中 2R 上消耗的功率，為什么？試用具體數(shù)據(jù)說明。 二、實驗原理與說明 1．正弦穩(wěn)態(tài)交流電路中電壓、電流相量之間的關(guān)系。的相位差，當 R 的阻值改變時， RU? 的相量軌跡是一個半圓， U? 、 RU? 與 CU? 三者形成一個直角三角形的電壓三角形，如圖 31(b)所示， R 值改變時，可以改變 U? 與I? 之間的相角 ? ，從而達到移相的目的。 10 相中V2 20I?ARU?U ?VW**SRLULr L ?K~ 圖 32(a)日光燈測試電路 ? I?LU?RU?U?L? 圖 32(b) RL（內(nèi)阻為 r ）串聯(lián)電路電壓相量圖 圖中燈管端電壓 RU? 與電 流 I? 同相，由于鎮(zhèn)流器 L 具有內(nèi)阻 Lr ，所以其端電壓 LU? 超前于電流 I? ，超前相角 L? ＜ 90176。在本測試電路中，還用功率表測出電路的總功率 P ，可用下式求 總功率因數(shù) UIP??cos 2．日光燈電路功率因數(shù)的提高 11 相中V2 20I? 1AUVW**SRLr L ?K2ALI?3ACI?2C1C3C~圖 33(a)日光燈功率因數(shù)提高實驗電路 在圖 33(a)電路中日光燈管與鎮(zhèn)流器構(gòu)成一個電阻和電感串聯(lián)的感性負載電路，由于鎮(zhèn)流器的電感量較大，故整個電路的功率因數(shù)很低。 為了提高日光燈電路的功率因數(shù)，可以采用并聯(lián)電容器的方法，如圖 33(a)所示。因為電容器吸收的容性無功電流 CI ，與日光燈電流中的感性無功電流有抵消作用，可使電路總 電流下降，從而提高了電路的功率因數(shù)。無功補償有欠補償，全補償和過補償三種情況。增大 CI 、 ?cos增大，直到接近于 1。整個電路的等效阻抗為純電阻。 工程應用中一般采用欠補償，且通常使 ?cos =。還可用測得的日光燈電流 LI 、電容器電流 CI 、 ?cos 和沒有并聯(lián)電容器的日光燈電路的功率因數(shù) 0cos? 來計算并聯(lián)了電容器的日光燈電路的總電流 I? （ I? ）和功率因數(shù) ??cos ，由圖 33(b)相量圖可得 ??coscos 0LII ??， 2020 )c o s()s in( ?? LCL IIII ????? ， IIL ???? 0coscos ?? 三、實驗任務(wù)、步驟與方法 1． RC 串聯(lián)電路 按圖 31(a)連接電路，其中 R 分別為 220V、 15W 和 25W 的白熾燈泡，電容器為 vF 450/ ? 。計算 U 的理論值 U? 、 U? 、 UU/? ，如果 UU/? ＞5%應檢查線路。按原理說明中給出的方法分別求出 FC ?1? 、 F?2 、 F?4 時總電流 I 的計算值 I? 與 I 相應的測量值比較，應基本相等，否則應檢查線路或測量方法。各實驗線路，都要在認真檢查后才能通電，每次通電前自耦調(diào)壓器均應置于零位，通電后逐漸調(diào)到要求值，在實驗測試中要保持不變。 3．功率表要正確接入電路、電流線圖（對應兩個電流測量端）與負載串聯(lián)，電壓線圈（對應兩個電壓測量端）與被測負載并聯(lián)，并將它們帶有★號端（紅色端）連在一起接在電路的電源側(cè)（★號端稱為電源端），如果把電流線圈誤當電壓線圈連接，將 損壞功率表。 5．線路連接正確，日光燈不能啟輝時，應檢查啟輝器及其接觸是否良好。 2．閱讀附錄中日光燈電路組成與工作原理。 4．當外加電壓不變，感性負載并聯(lián)電容后，線路的總電流如何變化，它對感性負載支路電流及功率有無影響。 2．根據(jù)表 3 32 實驗數(shù)據(jù)分別繪出電壓、電流相量圖，驗證相量形式的基爾霍夫定律。 15 附錄 日光燈電路簡介 一、日光燈的組成 啟輝器燈管鎮(zhèn)流器220V~ 啟輝器燈管220V鎮(zhèn)流器1 234~ (a)兩個接線端的鎮(zhèn)流器 (b)四個接線端的鎮(zhèn)流器 圖 34 日光燈電路的接線原理圖 日光燈電路如圖 34 所示，它由燈管、鎮(zhèn)流器和啟動器（俗稱啟輝器）組成。當燈管兩端電極上加上高電壓時，使管內(nèi)的惰性氣體電離而產(chǎn)生弧光放電。 UI游離電壓工作電壓工作電流 圖 35 日光燈管的伏安特性 燈管的伏安特性如圖 35 所示，燈管僅在開始發(fā)生游離放電時，需要在兩極間加上足夠高的電壓，而在放電以后只需較低的電壓即能維持它繼續(xù)放電，而且具有負阻特性。燈 16 管正常發(fā)光時，可近似認為是電阻負載。 3．啟動器 啟動器由一個輝光管和一個小容量的電容器組成，如圖 36 所示。電容器是用消除輝光管兩個電極斷開時產(chǎn)生的火花，以免燒壞電極 。因燈絲有電流（稱為啟動電流或預熱電流）通 過而發(fā)熱，從而使氧化物發(fā)射電子。燈管發(fā)光后，燈管與鎮(zhèn)流器相串聯(lián)同電源構(gòu)成一個回路。正常工作時，燈管兩端的電壓較低， 40W 燈管約為 110V， 15W 燈管約為 50V。圖 (a)是兩個接線端的鎮(zhèn)流器，用于 20W以上的日光燈，圖 (b)是四個接線端的鎮(zhèn)流器，用于 20W 以下的日光燈。在日光燈起動時，電源電壓全部加壓鎮(zhèn)流器上，要產(chǎn)生足夠大的起動電流（約為正常工作電流的 ～ 2 倍）才能形成較高的感應電壓。如果電源電壓降低，將因起動電流過小難以起動，所以在 鎮(zhèn)流器鐵芯上加繞一組去磁線圈與啟動器串聯(lián)，起動時起動電流通過去磁線圈產(chǎn)生的磁場抵消了一部分工作線圈的磁場，從而減小了鎮(zhèn)流器的電感，使啟動電流增大；在工作時因啟動器斷開，在去磁線圈中沒有電流通過，對日光燈的正常工作沒有影響。如果把去磁線圈兩端接反，則起動電流反而減小而不能起動。 2．研究三相四線制中線的作用。當負載作星形連接時，三相電路有三相三線制和三相四線制供電形式；當負載作三角形連接時，只有三相三線制一種供電形式。本實驗只研究三相電源對稱且為星形連接，三相負載作星形連接和三角形連接時的情況。三相調(diào)壓器 rT 是由三臺相同的單相調(diào)壓器 AT 、 BT 、 CT 在星形連接方式下組成的，每個單相調(diào)壓器的調(diào)節(jié)電壓的滑塊都固定在同一根轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)手柄即改變滑塊位置時，能同時調(diào)節(jié)其副邊的三相輸出電壓，并保證三相電壓的對稱，相 19 電壓的調(diào)節(jié)范圍是 0250V（對應的線電壓為 0450V）三相調(diào)壓器的連線端較多，接線時務(wù)必核對清楚，不可弄錯。在合上和斷開三相電源前，調(diào)壓器的手柄位置需回零。線電壓與相電之間的關(guān)系為： NBNAAB UUU ?? ?? ??? ， NCNBBC UUU ?? ?? ??? ， NANCCA UUU ?? ?? ??? ①負載星形連接的三相三線制電路 在圖 41 電路中，當開關(guān) 2S 斷開時，即為負載星形連接的三相三線制電路，當負載對稱即 CBA ZZZ ?? 時，星形負載的相電流、相電壓、線電壓均對稱，相、線電壓的相量圖如圖 42(a)所示。 ABCCAU?ABU?ANU ? NAU ??CNU?NCU ??BNU?NBU ??BCU?ABCCAU?ABU?NAU ??NCU ??NBU ??BCU?NNN ?N 圖 42 負載星形連接的三相三線制電路、相、線電壓相量圖 (a)負載對稱 (b)負載不對稱 當負載不對稱時，負載的線電壓仍對稱，但負載相電流、相電壓不再對稱，圖 42(b)是這種情況下的負載的相、線電壓的相量圖，可看出負載線、相電壓之間 3 倍的關(guān)系不復存在，兩中性點 N 和 N? 不為等位點，即 0??NNU? ，稱中性點發(fā)生位移。不論 負載是否對稱，均有 PL II ? ， PL UU 3? 。 當負載不對稱時，線電壓仍對稱，在中性線阻抗足夠小時，各相負載電壓也仍對稱，但相（線）電流不對稱，且中線電流不為零，即 0???? CBAO IIII ???? 。 UVWV380V3801SAFUBFUCFUBTATCTAI?ABU ?ABCBCU ?+ BI?CI?++ABI?BCI?CAI?CZBZAZA 組燈B 組燈C 組燈CAU ?~~ 圖 43 三角形接法三相電路 ③某一相負載短路與開路情況 在圖 41 電路中，如果 A 相負載短路，即 0?AZ 時，當電路為三線制接法（ 2S斷開）時， A 相成了中性點 N? ，則負載的各相電壓為： 0?AU? ， BAB UU ?? ? ，CAC UU ?? ? ，即 B 、 C 相負載電壓為電源的線電壓，將使這兩相燈組所加電壓超燈的額定電壓，而被燒壞；當電路為四線制法（ 2S 閉合）時， A 相短路電流很大，將燒斷熔斷器 FUA 、 B 、 C 相不受影響。 如果 A 相負載開路，即 ??AZ ，當電路為三線制接法時， B 、 C 相負載 BZ 、CZ 相串聯(lián)接在電源的線電壓 BCU? 上，兩相電流相同。因此星形接法三相三線制不對稱負載電路，不允許出現(xiàn)某相負 21 載開路情況；當電路為四線制接法時， B 、 C 相不受影響。負載線電流與相電流之間的關(guān)系為： ACABA III ??? ?? ， ABBCB III ??? ?? ， BCACC III ??? ?? 。線電流滯后相電流30176。 例如在本實驗中，各相負載均為燈組、即電阻性負載。各相電流之間的相位關(guān)系與它們的相（線）電壓之間的相位關(guān)系相同，如圖 44(b)所 示。 22 三、實驗任務(wù)、步驟與方法 1．三相負載星形連接（三相四線制供電）電壓、電流測量 按圖 41 連接實驗線路，將三相調(diào)壓器的旋柄置于輸出為零伏的位置（即逆時針旋到底），經(jīng)檢查線路連接正確后，方可開啟實驗臺電源，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使其輸出的線電壓為 220V，斷電待用。 2）無中線，對稱負載，各相負載不變，重復測量并記錄各相負載的線電壓、相電壓、線電流、電源與負載中性點 N? 間的電壓，觀察中線對星形連接對稱負載是否有影響。 CBA 、 相接入的 15W 燈泡并聯(lián)數(shù)分別為 0、 2 個，重復測量并記錄 1）中各量。 表 41 星形連接三相電路實驗數(shù)據(jù) 負 載 開燈盞數(shù) 中線 線 電 壓 相 電 壓 中性點電壓 )(VUNN? 線 電 流 中線 電流 )(AIO A 相 B 相 C 相 )(VUAB )(VUB