交流电路基本测量实验目的实验原理实验仪器实验步骤实验报告要求 实验现象 实验结果分析 实验相关知识 实验标准报告

实验目的

1. 学习并掌握常用交流仪表的使用方法。2. 掌握测量交流元件参数的基本方法。3. 掌握单相调压器的原理及使用方法。

实验原理1. 三表法（电压表、电流表、功率表）测量交流

参数⑴ 电阻器、电容器参数的测量元件参数电路

电阻器、电容器和电感线圈是交流电路中常用的元件。在低频时，如滑线电阻，其导线中的电感及匝间的分布电容可以忽略，看成纯电阻；电容的引线电感及介质损耗均可忽略，可以看作纯电容。

图 5.7.1 测定二端元件参数电路

A W

V

L

N

220V

待测元件

A

X x

a

纯电阻器和电容器的测量电路见图 5.7.1 。相比较而言，由于电感线圈是可以等效成电感与电阻的串联。因此，其参数的测量稍有不同。

在正弦稳态时，电阻的电压与电流同相位，关系为：

电阻器吸收的平均功率为：根据上述电压、电流与功率的关系，通过图 5.7.1 的实验电路，可测定电阻器的阻值。

U RI

2P UI RI

190C

IU j I jX I

C C

在正弦稳态时，电容的电压相量滞后电流相量90°, 其电压与电流的关系为： (I 、 U 读数为有效值 )

。

电容器吸收的平均功率为零。通过图 5.7.1 电路可测得电容参数

2

IC

fU

⑵ 电感线圈参数的测定在低频时，电感线圈的匝间分布电容可以忽略，

它的等效参数由电感线圈的导线电阻和电感 L 组成： 。

通过图 5.7.1 电路可测得电压 U 、电流 I 及功率 P

后，经下列公式计算，可获取相应的电感线圈的参数。

L L L L LZ R jX Z

2

2

2 2

cos cos

cos

cos

sin

2

L

L L L

L

L L L

L L L L L

L L

UZ

I

P UI I Z I I R

P

UIP

R ZI

X Z R Z

X XL

f

2. 三电压表法测定电感线圈的参数将电感线圈与一个可变电阻器串联，其测量电

路如图 5.7.2 所示。选取适当的电阻值，测出电压U 、 U1 、 U2 ，以及电流 I 的值。根据电路中各电

压间的相量关系如图 5.1.3 所示，可求得 :

A

V

1V

2V

1R

LR

L

相

中

(A)

(X) (x)

(a)

220V

图 5.7.2 三电压表法电路

2 2 21 2 2

2 2 21 2

1 2

2

2

2 2

( cos ) ( sin )

cos2

cos cos

1

2 2

L L

L

L

L L L L

LL L

U U U U

U U U

U U

UZ

IU

R ZI

XL Z R

f f

3. 阻抗参数的测定与电抗性质的测定电阻器、电容器及电感线圈串联后，其复阻抗为：

通过图 5.7.1 的电路测量，测得 U 、 I 、 P 的值，通过

计算得到 和 X 的值。电抗 X 的正负可根据 XL 和 XC

的大小决定。

若 XL>XC ，则复阻抗为感性，否则复阻抗为容性。

L L CZ R R j X X R jX Z

R

实验仪器

电工实验台 1 台

自耦调压变压器 1 只

交流电流表 1 只

交流电压表 3 只

单相功率表 1 只

滑线电阻器 1 只

电感线圈 1 只

可调电容相 1 只

电工实验台

自耦调压变压器

交流电流表

交流电压表

单相功率表

滑线电阻器

电感线圈

可调电容箱

实验步骤1. 定值电阻器的测量 用图 5.7.1 所示电路，测定电阻器的电阻值。调节自耦调压变压器的输出电压，使电流表的读数为 0.50A 、0.75A 、 1.0A 时，测出 U 、 P 后，分别由 R=U / I 及R=U2/P 计算出电阻的阻值，并加以比较。

I / A U / V P / W R=U / I / Ω R=U2/P /Ω

0.5

0.75

1.0

2. 测定电容器的电容值，并观察功率表有无读数 调节自耦调压变压器的输出电压，使电压表的读数分别 180V 、 200V 、 220V ，测量 I 和 P ，

计算电容器的电容值。

U / V I / A P / W C / μF

180

200

220

3. 测定电感器的电感量 调节调压器的输出电压，使电流表的读数分别为0.50A 、 0.75A 、 1.0A 时。测量 U 和 P ，计算电感

器的阻抗值。

I / A U / V P / W rL / Ω L / H

0.5

0.75

1.0

4. 复阻抗的测定 将任务 1—3 的负载（电阻器、电容器和电感器）串联后作为复阻抗，调节调压器的输出电压，使电流表的读数分别为 0.50A 、 0.75A 、 1.0A ，测量复阻抗的总功率、总电压、电阻器电压、电容器电压和电感器电压。

I / A P / W U / V UR / V UC / V UL / V Z=R+jX

0.5

0.75

1.0

5. 用三电压表法测量电感器的电感量 按图 5.7.2 接线（电感器内的铁芯位置与任务 3 一致），调节调压器使电流表的读数分别为 0.5A 、 0.75A 、 1.0A 时测量调压器输出电压 U 、电阻器电

压U1 和电感器电压 U2 。I / A U / V U1 / V U2 / V R / Ω L / H

0.5

0.75

1.0

实验报告要求

1. 计算电阻器阻值、电容器的电容量、电感器的内阻和电感量、复阻抗的阻抗值。

2. 根据任务 4 测量所得的数，画出 U 、 UR 、 UC 、UL 与 I 的相量图。

实验现象

1. 当负载为电阻、电感和复阻抗时，随着电流增大，功率表的读数增大。

2. 当负载为电容时，功率表的读数为零。

实验结果分析

1. 在用三表法测量的负载的交流参数时，是否可用功率因数表代替功率表？为什么？

答：可以用功率因数表代替功率表，因为 2. 除本实验任务 4 的方法外，还可以用什么方法测

定负载的性质？如有，请详细说明。答：可以用并联适当电容的方法测定负载的性质。并

联电容后总电流减小，则负载为感性；总电流增大，则负载为容性。

cosP UI

实验相关知识

预习知识及要求

相关知识点

注意事项

预习要求1. 掌握阻抗、阻抗角及相位差的概念2. 预习交流电流表、交流电压表、单相功率表及

自耦变压器的使用方法。

相关知识点

电阻及其交流参数

电感及其交流参数

电容及其交流参数

电路的交流参数

电路中的功率

注意事项1. 分清电源的相线和中线。2. 电源合上前，必须将调压器的输出调至零位，可

调电容箱的电容量至零。通电后，从零开始增加输出电压；使用完毕后，先将输出电压调至零位，然后断开电源。

3. 实验过程中，电感器内的铁芯位置应保持不变。4. 严禁带电改接线路。5. 实验时，身体的任何部位，不能接触金属裸露部

分，以免造成伤害事故。

实验标准报告

一、实验目的1. 学习并掌握常用交流仪表的使用方法。2. 掌握测量交流元件参数的基本方法。3. 掌握单相调压器的原理及使用方法。

二、实验内容1. 用三电表法测量定阻电阻的交流参数。2. 用三电表法测量电容的交流参数。3. 用三电表法测量电感线圈的交流参数。4. 用三电表法测量复阻抗的交流参数，并判断阻

抗性质。5. 用三电压表法测量电感线圈的内阻和电感量。

三、实验仪器电工实验台 1 台单相调压器 1 只交流电流表 1 只交流电压表 1 只单相功率表 1 只滑线电阻器 1 只电感线圈 1 只可调电容相 1 只

四、实验用详细电路图1．三电表法测量电路

A W

V

L

N

220V

待测元件

A

X x

a

2. 三电压表法测量电路

A

1V

2V

VR

LR

L

L

N

A

X x

a

五、实验原理及计算公式1．电阻：

在正弦稳态时，电阻的电压与电流同相位，关

系为： 。电阻器吸收的平均功率为：

U RI

2P UI RI

2．电容：在正弦稳态时，电容的电压相量滞后电流相

量90° ，其电压与电流的关系为：

(I 、 U 读数为有效值 ) 。电容器吸收的平均功率为零，因此

。

190C

IU j I jX I

C C

2

IC

fU

3. 电感： 在低频时，电感线圈的匝间分布电容可以忽略，它的等效参数由电感线圈的导线电阻和电感 L

组成： 。经下列公式计算，可获取相应的电感线圈的参数。

L L L L LZ R jX Z

2

2

2 2

cos cos

cos

cos

sin

2

L

L L L

L

L L L

L L L L L

L L

UZ

I

P UI I Z I I R

P

UIP

R ZI

X Z R Z

X XL

f

4．三电压表法测量电感线圈参数

2 2 21 2 2

2 2 21 2

1 2

2

2

2 2

( cos ) ( sin )

cos2

cos cos

1

2 2

L L

L

L

L L L L

LL L

U U U U

U U U

U U

UZ

IU

R ZI

XL Z R

f f

5．阻抗参数的测定与电抗性质的测定 电阻器、电容器及电感线圈串联后，其复阻抗

为：通过计算得到 和 X 的值。电抗 X 的正负可根据

XL

和 XC 的大小决定。若 XL > XC ，则复阻抗为感性，否

则复阻抗为容性。

L L CZ R R j X X R jX Z

R

六、实验数据记录

表 5.7.1 定值电阻器的测量

UR I 2UR PI / A U / V P / W / Ω / Ω

0.5 51.4 25.8 102.8 102.4

0.75 77 57.6 102.7 102.9

1.0 102.9 102 102.9 103.8

表 5.7.2 电容器测量

μFU / V I / A P / W C /

180 0.687 2.0 12.15

200 0.763 2.2 12.15

220 0.834 2.8 12.07

表 5.7.3 电感器的测量

I / A U / V P / W RL / Ω L / H

0.5 50 3.5 14.0 0.315

0.75 82 7.8 13.8 0.34

1.0 120.8 12.8 12.8 0.38

表 5.7.4 复阻抗的测量

Z R jX I / A P / W U / V UR / V UC / V UL / V

0.5 28.2 82.8 37.0 126.0 48.5 112.8－ j119.3

0.75 63.8 134.8 69.8 189.0 88.0 113.2－ j138.3

1.0 103 181.2 98.0 253.0 117.0 103－ j138.1

IU1U2URL

表 5.7.5三电压表法测量电感器的电感量

I / A U / V U1 / V U2 / V RL / Ω L / H

1.0 164 98 122 12.2 0.386

七、实验结果计算：三电表法测量交流参数：

1．电阻值： 102.9 /Ω （平均值）2．电容容量： 12.12 /μF （平均值）3．电感线圈：内阻： 13.5 /Ω 电感： 0.345 /H

三电压表法测量电感受线圈参数： 内阻： 13.8 /Ω 电感： 0.386H

八、实验结果分析1．复阻抗性质判断：因为电容的容抗大于电感感

抗所以电阻、电容和电感串联后复阻抗呈容性。2．用三电表法和三电压表法测得的电感内阻和电

感的电感量基本一致。为了减小误差，测量时应保持电感内铁芯的位置不变。