正弦稳态交流电路相量研究实验报告（五篇）

第一篇：正弦稳态交流电路相量研究实验报告

一、实验目的

1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。

2.掌握日光灯线路的接线。

3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

二、原理说明

1.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，它们之间的关系满足相量形式的基尔

霍夫定律，即。

图 4-1

RC串联电路

2.图 4-1 所示的 RC 串联电路，在正弦稳态信

号 U 的激励下，U R 与 U C 保持有 90º 的相位差，即当

R 阻值改变时，U R 的相量轨迹是一个半园。U、U C 与

U R 三者形成一个直角形的电压三角形，如图 4-2 所

示。R 值改变时，可改变 φ 角的大小，从而达到

移相的目的。

图4-2

相量图

3.日光灯线路如图 4-3 所示，图中 A 是日光灯管，L 是镇流器，S 是启辉器，C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cosφ 值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

图 4-3

日光灯线路

三、仪表设备及所选用组件箱

序号

名称

数量

备注

电源控制屏（调压器、日光灯管）

DG01 或 GDS-01

交流电压表

D36 或 GDS-11

交流电流表

D35 或 GDS-12

三相负载

DG08 或 GDS-06B

荧光灯、可变电容

DG09 或 GDS-09

起辉器、镇流器、电容、电门插座

DG09 或 GDS-09

功率表

D34 或 GDS-13

四、实验内容

1.按图 4-1 接线。R 为 220V、15W 的白炽灯泡，电容器为 4.7μF/450V。

经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出(即 U)调至 220V。记录 U、U R、U C 值，验证电压三角形关系。

表 4-1

验证电压三角形关系

2.日光灯线路接线与测量。

图 4-4

（1）按图 4-4 接线。

（2）经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。

（3）将电压调至 220V，测量功率 P，电流 I，电压 U，U L，U A 等值，验证电压、电流相量关系。

表 4-2

日光灯线路

测

量

值

P(W)

Cosφ

I(A)

U(V)

U L(V)

U A(V)

启辉值

正常工作值

48.8

0.54

0.393

237.7

184.7

102.1

测

量

值

计

算

值

U（V）

U R（V）

U C（V）

U′（与 U R，U C 组成 Rt△）

（U′=22C RU U ）

△U = U′－U（V）

△U/U（%）

240.3

234.1

51.4

239.6

0.62

0.26

3.并联电路──电路功率因数的改善。

图 4-5

（1）按图 4-5 组成实验线路。

（2）经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至 220V，记录功率表、电压表读数。

（3）通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。也可以直接串入 3 块交流电流表测量三条支路的电流。数据记入表 4-3 中。

表 4-3

并联电路──电路功率因数的改善

五．实验数据的处理

1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。

电容值

测

量

数

值

(μF)

P(W)

COSφ

U(V)

I（A）

I L(A)

I C(A)

0

49.3

0.54

237.6

0.39

0.48

0.10

39.9

0.31

238.4

0.46

0.55

0.06

2.2

60.0

0.55

236.2

0.47

0.57

0.12

4.7

63.7

0.56

236.8

0.69

0.78

0.11

误差分析：

仪表精确度；

读数时存在误差;

电路温度升高，电阻变大

2.根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基尔霍夫定律。

电压相量图如下：

U=U A +U C

满足基尔霍夫定律 KVL

电流相量图如下：

I=I C +I L

满足基尔霍夫定律 KCL3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。

意义：功率因数低会导致设备不能充分利用，电流到了额定值，但功率容量还有。而且当输出相同的有功功率时，线路上电流大，I = P /(U cos j)，线路压降损耗大。

方法：

i.高压传输。

ii.改进自身设备。

iii.并联电容，提高功率因数。

4, 装接日光灯线路的心得体会及其他

i.接线、拆线或改接电路时都必须在首先断开电源开关的情况下进行，严禁带电操作。应养成先接实验电路后接通电源，实验完毕先断开电源后拆实验电路的良好操作习惯。

ii.布线要合理安排，走线要清楚，便于接线和检查。

iii.实验时，尤其是刚闭合电源，设备刚投入工作，要随时注意设备的运行情况。

第二篇：正弦量的相量表示法教案

《电工学（少学时）》 第三章 正弦量的相量表示法

学习目标： 1.掌握复数的基本知识。．掌握正弦量的相量表示法。

重点： 正弦量的相量表示法。难点： 相量图

一、相量法的引入

一个正弦量可以用三角函数式表示，也可以用正弦曲线表示。但是用这两种方法进行正弦量的计算是很繁琐的，有必要研究如何简化。

由于在正弦交流电路中 , 所有的电压、电流都是同频率的正弦量，所以要确定这些正弦量，只要确定它们的有效值和初相就可以了。相量法就是用复数来表示正弦量。使正弦交流电路的稳态分析与计算转化为复数运算的一种方法。

二、复数概述 ．复数：形如 均为实数，的式子称为复数，为复数的实部，为复数的虚部，、为虚数单位。

图 4-3 复数的图示法．复数的图示法

式中 为复数 A 的模，为复数 A 的辐角。．复数的表示形式及其相互转换

其中代数式常用于复数的加减运算，极坐标式常用于复数的乘除运算。4 ．复数的运算法则

①相等条件：实部和虚部分别相等（或模和 辐角 分别相等）。②加减运算：实部和实部相加（减），虚部和虚部相加（减）。③乘法运算：模和 模相乘，辐角和辐角相加。④ 除法运算： 模和 模相除，辐角和辐角相减。

三、相量表示法 1 ．正弦量与复数的关系

= sin(ψ)= [ ]= [ ]

正弦电压 等于复数函数 的虚部，该复数函数包含了正弦量的三要素。．相量----分有效值相量和最大值相量

① 有效值相量： = / ψ

② 最大值相量： = / ψ ．相量图 在复平面上用一条有向线段表示相量。相量的长度是正弦量的有效值 I，相量与正实轴的夹角是正弦量的初相。这种表示相量的图称为相量图。

例 4-4 ：

。写出表示 1 和2 的相量，画相量图。

解： 1 =100 /60 ° V

=50 /-60 ° V

相量图见图 4-4。

例 4-5: 已知 1 =100 sin A，2 =100 sin(-120 °)A，试用相量法求1 + 2，画相量图。

解： 1 =100 /0 °A 2 =100 /-120 ° A

+ 2 =100 /0 ° + 100 /-120 ° =100 /-60 ° A

+ 2 =100 sin(-60 °)A

相量图见图 4-5。作业： 4-5、4-7、4-8

第三篇：单相正弦交流电路公开课教案

【课题】 1.2.1正弦交流电基本概念 【课时】

1课时 【教学目标】

1、掌握正弦交流电的基本概念。

2、了解正弦量的三要素。【教学重点】

正弦交流电的三要素。【教学难点】

正弦交流电的角频率、瞬时值、最大值、有效值、相位、初相位和相位差。

【教学过程】 【

一、导入新课】

在生活中同学们都经常听说直流电和交流电，那么同学们是否知道我们教室里所使用的电到底是直流电还是交流电呢？ 【

二、讲授新课】

1.2.1 正弦交流电的基本概念

正弦交流电的波形

1、交流电：大小和方向随时间按正弦规律做周期性变化的电量，符号AC。

2、基本电量：正弦交流电流、正弦交流电压、正弦交流电动势。

3、解析式：i(t)Im sin（ t +）

u(t)Um sin（ t +）

e(t)Em sin（ t +）

Im Um

Em————振幅（峰值或最大值）

——角频率（rad/s）

——初相位（弧度或度）

1、交流电的大小

1、瞬时值：交流电在任意时刻的数值，用小写字母表示，例如e、i、u。

2、最大值：交流电在变化过程中出现在最大瞬时值，用大写字母并在右下角标m表示，例如Im、Um、Em。

3、有效值：规定用来计量交流电大小的物理量，用大写字母表示，例如U、I、E。如果交流电通过一个电阻时，在一个周期内产生的热量与某直流电通过同一电阻在同样长的时间内产生的热量相等，就将这一直流电的数值定义为交流电的有效值。

正弦交流电的有效值和最大值之间的关系为

UUm0.707U m

或Um2U

练习题：已知，u(t)500 sin（200 t +45°），求Um、U和第5秒时的瞬时值。

解：Um500V，U=

Um2

5002=2502V, u(5)500 sin（200×5 +45°）V

2、交流电的频率和周期

1．周期：交流电变化一个循环所需要的时间，用T表示，单位是秒（S），如图所示。

2．频率：每秒钟内正弦交流电往复变化的次数，也就是交流电在每秒钟完成的周期数，单位是[赫兹]（Hz）。频率和周期是互为倒数，即

f

1T

正弦交流电的周期

3．角频率：发电机的转子转动一圈,正弦交流电就变化一个周期,即交流电的电角度变化了2π弧度或360°.我们把正弦交流电在一秒内变化的电角度,.称为正弦交流电的角频率，单位是弧度/秒（rads）。角频率与周期T、频率f之间的关系为

 2f=

2 T练习题：我国供电电源的频率为50Hz，称为工业标准频率，简称工频，其周期为多少？角频率为多少？ 解：

T

11s0.02s f50 2  f 2  3.14  50 rads = 314 rads 即工频50 Hz的交流电，每0.02 s钟变化一个循环，每秒钟变化50个循环，电流方向每秒改变100次。交流电的相位与初相角

正弦交流电的相位

相位：正弦交流电流在每一时刻都是变化的，（ωt+0）是该正弦交流电流在t时刻所对应的角度。

初相角：t0所对应的角度0。

相位差：两个同频率的正弦量子任何瞬时的相位之差。i1(t)Im sin（ t +1）

i2(t)Im sin（ t +2）

=（ t +1）—（ t +2）=1——2 当1>2时，i1比i2超前角；当1=2时，同相位；当1=-2时，互差180度，反相位；当1<2时，i1比i2滞后角。【

三、课堂小结】

1．正弦量的三要素：频率、幅值和初相位。

2．初相位是确定正弦量初始值的，而且初相位因计时起点（t = 0）取得不同而不同；

3、周期与频率互为倒数； 4．相位差是两个同频正弦交流电的初相位之差，它不随计时起点而变化； 5．初相位、相位差和相位都是电角度，但意义是不同的。【

四、作业】

P33-34页

一、填空题：

10、11；

二、判断题：

9、10；

三、计算题：1。

第四篇：《电工基础》正弦交流电路中的“三”的含义

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《电工基础》正弦交流电路中的“三”的含义 作者：孙建伟

来源：《职业·中旬》2010年第11期

在《电工基础》正弦交流电路部分,“三”几乎贯穿于正弦交流电路的始终,笔者在多年的教学中总结研究了以下规律,有助于学生理解、掌握、记忆,并能准确运用,笔者在此与各位同行共同探讨。

第一,描述正弦交流电有“三”部分物理量,每一部分物理量又包括“三”个具体的物理量;正弦交流电有“三”个要素。描述正弦交流电变化快慢的物理量有“三”个:周期;频率;角频率。描述正弦交流电变化大小的物理量有“三”个:瞬时值;最大值;有效值。描述正弦交流电变化位置的物理量有“三”个:相位;初相位;相位差。“三”个要素:①频率(角频率);②最大值;③初相位。

第二,正弦交流电路有“三”种基本电路:纯电阻电路;纯电感电路;纯电容电路。每一种电路中电流电压有“三”种关系:频率关系;相位关系;数量关系。每一种电路有“三”种表示方法:解析法;波形图;矢量图。

第三,正弦交流电路有“三”种常用的串联组合电路:RL串联组合电路;RC串联组合电路;RLC串联组合电路。

第四,RLC串联组合电路有“三”种情形:当XL>XC时,总电压超前于电流,电路呈感性;当XL第五,正弦交流电路中有“三”种功率:有功功率P;无功功率Q;视在功率S。

第六,正弦交流电路中有“三”个直角三角形:阻抗直角三角形:Z2=R2+(XL-XC)2;电压直角三角形:U2=UR2+(UL-UC)2;功率直角三角形:S2=P2+Q2。

(作者单位:山西省忻州市技工学校)

第五篇：物理实验报告-稳态法导热系数测定实验

稳态法导热系数测定实验

一、实验目的

1、通过实验使学生加深对傅立叶导热定律的认识。

2、通过实验，掌握在稳定热流情况下利用稳态平板法测定材料导热系数的方法。

3、确定材料的导热系数与温度之间的依变关系。

4、学习用温差热电偶测量温度的方法。

5、学习热工仪表的使用方法

二、实验原理

平板式稳态导热仪的测量原理是基于一维无限大平板稳态传热模型，这种方法是把被测材料做成比较薄的圆板形或方板形，薄板的一个表面进行加热，另一个表面则进行冷却，建立起沿厚度方向的温差。

三、实验设备

实验设备如图2所示。

图2平板式稳态法导热仪的总体结构图

1.调压器2.铜板3.主加热板 4.上均热片 5.中均热片

6.下均热片7.热电偶 8.副加热板 9.数据采控系统 10.温度仪表 11.试样装置 12.循环水箱电位器 13.保温材料 14.电位器

键盘共有6个按键组成，包括为“5”、“1”、“0.1”3个数据键，“±”正负号转换键，“RST”复位键，“ON/OFF”开关键。

数据键：根据不同的功能对相应的数据进行加减，与后面的“±”正负号转换键和“shift”功能键配合使用。“±”正负号转换键：当“±”正负号转换键为“+”时，在原数据基础上加相应的数值；为“-”时，减相应的数值。“RST”复位键：复位数据，重新选择。

控制板上的四个发光二极管分别对应四路热电偶，发光二极管发光表示对应的热电偶接通。由一台调压器输出端采用并联方式提供两路输出电压，电位器对每路输出电压进行调整，作为两个加热板的输入电压。

四、实验内容

1、根据提供的实验设备仪器材料，搭建实验台，合理设计实验步骤。调整好电加热器的电压(调节调压器)，并测定相关的温度及电热器的电压等试验数据。

2、对测定的实验数据按照一定的方法测量进行数据处理，确定材料的导热系数与温度之间的依变关系公式。

3、对实验结果进行分析与讨论。

4、分析影响制导热仪测量精度的主要因素。

5、在以上分析结论的基础之上尽可能的提出实验台的改进方法。

五、实验步骤

1、利用游标卡尺测量试样的长、宽、厚度，测试样3个点的厚度，取其算术平均值，作为试样厚度和面积。

2、测量加热板的内部电阻。

3、校准热工温度仪表。

4、向水箱内注入冷却水。

5、通过调整电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率，通过4位“LED”显示主加热板和副加热板的温度，根据主加热板的温度，调整电位器改变施加在副加热板的电压，使副加热板的温度与主加热板的温度一致。利用数字电压表测量并记录主加热板电压。

6、在加热功率不变条件下, 试样下表面和循环水箱下表面的温度波动每5min不超过±1℃时，认为达到稳态。此时，记录主加热板温度、试样两面温差。

7、通过数据键输入试样面积、厚度等相关参数，由试样面积、厚度、主加热板的电阻、电压、上表面温度及上均热片的上表面温度获得试样的导热系数。

8、改变电位器改变提供给主加热板和副加热板的加热功率件，重复步骤(5至7)测量并记录多个温度下的材料导热系数。

9、关掉电源。

六、实验要求

1、采用精度不低于0.05 mm的厚度测量工具(游标卡尺)，沿试样四周测量四处的厚度，取其算术平均值，作为实验前试样厚度。

2、用酒精将试件及均热片擦洗干净并晾干，晾干后在其上均匀涂抹导热油。

3、用调压器将电压调至一定值，保持不变，经一段时间后，待跟试件上下表面接触的铜片各点温度为一定值时，即导热过程达到稳定后记录各点温度及电热器的电压。

4、改变电加热器的电压(调节调压器)，即改变电热器热量使之维持在另一个数值上，跟试件上下表面接触的铜片各点温度达到新的稳定状态后，重复第3项的测量。

5、用最小二乘法计算不同橡胶材料的导热系数随温度变化的关系式。

五、实验报告要求

1、材料温度可取材料上下表面温度的平均值，即，其中：Tw1为试样材料下表面温度，Tw2为试样上表面温度。

2、实验报告需用专用的实验报告用纸进行书写；

3、实验报告中必须包含实验目的和实验步骤；

4、实验报告中必须包括实验数据的记录；

5、实验报告中必须包括实验数据处理的具体步骤，并有材料的导热系数随温度变化的关系式及关系曲线图；

6、实验报告中必须有对实验数据结果的分析。