单相正弦交流电路的实验研究

高宏伟

正弦量随时间变化、对应每一时刻的数值称为瞬时值，正弦量的瞬时值表示形式一般为解析式或波形图。正弦量的最大值反映了正弦量振荡的正向最高点，也称为振幅。正弦量的最大值和瞬时值都不能正确反映它的作功能力，因此引入有效值的概念：与一个交流电热效应相同的直流电的数值定义为这个交流电的有效值。正弦交流电的有效值与它的最大值之间具有确定的数量关系，即Im=2I，理解正弦交流电量中用相量形式表达的相位关系。

【关键词】正弦交流电 实验 验证 相位差

1 实验线路及原理

本实验采用KCO5晶闸管集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交保护、输出电流大等优点。

单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图3-15所示。

图1中电阻R用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联接法，晶闸管则利用DJK02上的反桥元件，交流电压、电流表由DJK01控制屏上得到，电抗器Ld从DJK02上得到，用700mH。

2 实验方法及目的

2.1 实验方法

2.1.1 KCO5集成晶闸管移相触发电路调试

将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03电源开关，用示波器观察“1”～“5”端及脉冲输出的波形。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2，观察输出脉冲的移相范围如何变化，移相能否达到170°，记录上述过程中观察到的各点电压波形。

2.1.2 单相交流调压带电阻性负载

将DJKO2面板上的两个晶闸管反向并联而构成交流调压器，将触发器的输出脉冲端“G1”、“K1”、“G2”和“K2”分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载，用示波器观察负载电压、晶闸管两端电压UvT的波形。调节“单相调压触发电路”上的电位器RP2，观察在不同α角时各点波形的变化，并记录α=60°、60°、90°、120°时的波形。

2.1.3 单相交流调压接电阻电感性负载

（1）在进行电阻电感性负载实验时，需要调节负载阻抗角的大小，因此应该知道电抗器的内阻和电感量。常采用直流伏安法来测量内阻。电抗器的内阻为

RL=UL/I （1）

电抗器的电感量可采用交流伏安法测量，如图2所示。由于电流大时，对电抗器的电感量影响较大，采用自耦调压器调压，多测几次取其平均值，从而可得到交流阻抗。

（2）

电抗器的电感为

（3）

这样，即可求得负载阻抗角

在实验中，欲改变阻抗角，只需改变滑线变阻器R的电阻值即可。

（2）切断电源，将L与R串联，改接为电阻电感性负载。按下“启动”按钮，用双踪示波器同时观察负载电压U1和负载电流I1的波形。调节R的数值，使阻抗角为一定值，观察在不同α角时波形的变化情况，记录α>φ、α=φ、α<φ三种情况下负载两端的电压U1和流过负载的电流I1波形。

2.2 实验目的

（1）学习交流仪表及功率表的使用方法。

（2）验证单相正弦交流电路总电压、电流与各元件电压、电流的相量关系。

（3）日光灯电路的连接。

（4）熟悉功率因数提高的方法及功率的测量方法。

2.3 需要注意的事项

（1）触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，此时，应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，并将Ulf及Ulr悬空，避免误触发。

（2）可以用DJK02-1上的触发电路来触发晶闸管。

（3）由于“G”、“K“输出端有电容影响，故观察触发脉冲电压波形时，需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极（或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端，来模拟晶闸管门极与阴极的阻值），否则，无法观察到正确的脉冲波形。

3 结果分析

（1）在交流电路中，基尔霍夫的两大定律中直流电流在任何时刻，流入任一结点的电流（电压）代数和恒为零，交流电流在任何时刻，流入任一结点的电流（电压）矢量和恒为零。

（2）启辉器由双金属片组成，电路接通后，供电电压 通过填充气体引起辉光放电。由于两种金属片热膨胀系数不同，缓慢加热的接触片产生了相对弯曲，当接触片碰在一起时，通过镇流器和灯丝形成了串联电路，使一个相当强的电流将灯丝迅速加热。金属片接触后，辉光放电结束，金属片开始冷却，接触点弹开，电路断开连接，灯光点燃

（3）电感和电容的无功功率是异号的，在感性电路中并联电容，可以降低无功功率，提高功率因数； 串联电容也可以提高功率因数，因为串联电容也可以降低无功功率，提高功率因数，但是负载上的电压改变流入。

（4）并联电容后，灯管两端的电压不变，电流也不改变，消耗的功率不变；总功率因数会因为总无功功率减小而提高。

参考文献

[1]王飞.单相光伏并网系统的分析与研究[D].合肥：合肥工业大学，2005.

[2]易映萍.单相正弦波逆变蓄电池回馈放电技术的研究[D].长沙：湖南大学，2005.

[3]邢毅川.单相—三相电力电子变换器调制策略研究[D].沈阳：大连理工大学，2014.

[4]宋卫星.单相正弦交流电路中电量相差的测量[J].大众科技，2012（10）：82-84.

作者单位

威海技师学院 山东省荣成市 264300