交流电桥实验原理

实验14 交流电桥的原理和设计

交流电桥是一种比较式仪器，在电测技术中占有重要地位。它主要用于测量交流等效电阻及其时间常数；电容及其介质损耗；自感及其线圈品质因数和互感等电参数的精密测量，也可用于非电量变换为相应电量参数的精密测量。

常用的交流电桥分为阻抗比电桥和变压器电桥两大类。习惯上一般称阻抗比电桥为交流电桥。本实验中交流电桥指的是阻抗比电桥。交流电桥的线路虽然和直流单电桥线路具有同样的结构形式，但因为它的四个臂是阻抗，所以它的平衡条件、线路的组成以及实现平衡的调整过程都比直流电桥复杂。 【目的与要求】

1．掌握交流电桥的平衡条件和测量原理。 2．设计实际测量用的交流电桥。 3．验证交流电桥的平衡条件。 【交流电桥的原理】

图14-1是交流电桥的原理线路。它与直流单电桥原理相似。在交流电桥中，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；电桥的电源通常是正弦交流电源；交流平衡指示仪的种类很多，适用于不同频率范围。频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计；音频范围内可采用耳机作为平衡指示器；音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器；也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪，有足够的灵敏度。指示

交流电桥 实验报告

一、实验目的与实验仪器

1.实验目的

（1）了解交流电桥工作原理；

（2）掌握使用交流电桥测定实际电容和电感的方法。

2.实验仪器

测微电极系统。晶体管毫伏表，电阻箱，标准电容，待测固体电介质样品，温度计，油浴锅，待测磁芯线圈等。

二、实验原理

1.交流电桥及其平衡条件

在交流电路中，我们一般把通过某段电路的电压和电流用复数形式表示，即

= , =

当电路中含有电容和电感时， ≠ ，此时有

=

=

=

= Z 表示，Z = ，Z称为阻抗，φ为阻抗角。 式中 为复阻抗，用

在含有电阻元件、电感元件和电容元件的电路中，复阻抗表示为Z = R + i(XL+XC)， 其中XL=ωL表示感抗，XC= -表示容抗。

ω 交流电桥如右图所示，与直流电桥不同的是四个桥臂元件不一定是电阻，而是电阻、电感和电容任意组成的复阻抗。

A= B，即电位的幅度 交流电桥平衡的条件是桥路两端点A、B任一瞬间电位相等，即

1表示，DB和BC中电流也相等，以 2表和相位均相等，此时DA与AC中电

交流电桥实验

能源与动力工程151班 张陆 学号：5902615015

交流电桥是测量交流元件阻抗的一种常用电桥,主要用来精确测量电器的电容量和线圈的电感量,也用于测量频率、损耗等电参量及一些可转换为电参数的非电量。交流元件的电参数主要有电阻、电感、电容等。

实验目的

1、了解交流桥路的特点和调节平衡的方法。 2、使用交流电桥测量电容及其损耗。 3、使用交流电桥测量电感及其品质因数。

实验原理

1、交流电桥平衡条件

交流电桥是对比直流电桥的结构而发展出来的，它在测量电路组成上与惠斯通电桥相~~~~ZZZZ123似，电桥的四个臂，，，4通常是复阻抗(可以是电阻、电容、电感或它们的组合)，

ab间接交流电源E，cd间接交流平衡指示器D(毫伏表或示波器等)．

电桥平衡时，c、d两点等电位，由此得到交流电桥的平衡条件： ~~~~Z1Z3=Z2Z4

~~~Z 利用交流电桥测量未知阻抗X(ZX=Z1)的过程就是调节其余各臂阻抗参数使上式成立~Z的过程．一般来说，X包含二个未知分量，实际上按复阻抗形式给出的平衡条件相当于两~Z个实数平衡条件，电桥平衡时它们应同时得到满足，这意味着要测量X，电桥各臂阻抗参

交流电桥的原理和设计

交流电桥是一种比较式仪器，在电测技术中占有重要地位。它主要用于测量交流等效电阻及其时间常数；电容及其介质损耗；自感及其线圈品质因数和互感等电参数的精密测量，也可用于非电量变换为相应电量参数的精密测量。

常用的交流电桥分为阻抗比电桥和变压器电桥两大类。习惯上一般称阻抗比电桥为交流电桥。本实验中交流电桥指的是阻抗比电桥。交流电桥的线路虽然和直流单电桥线路具有同样的结构形式，但因为它的四个臂是阻抗，所以它的平衡条件、线路的组成以及实现平衡的调整过程都比直流电桥复杂。 【实验目的】

1、掌握交流电桥的平衡条件和测量原理 2、设计各种实际测量用的交流电桥 3、验证交流电桥的平衡条件 【交流电桥的原理】

图1是交流电桥的原理线路。它与直流单电桥原理相似。在交流电桥中，四个桥臂一般是由交流电路元件如电阻、电感、电容组成；电桥的电源通常是正弦交流电源；交流平衡指示仪的种类很多，适用于不同频率范围。频率为200Hz以下时可采用谐振式检流计；音频范围内可采用耳机作为平衡指示器；音频或更高的频率时也可采用电子指零仪器；也有用电子示波器或交流毫伏表作为平衡指示器的。本实验采用高灵敏度的电子放大式指零仪，有足够的灵敏度。指示器指零时，电桥达到平衡

实验二 交流电力牵引系统实验

一．实验目的

1.了解交流传动系统的结构，调速特性及其对电网的影响； 2.了解脉冲整流器的原理和控制方法；

3.了解交流牵引系统牵引和制动原理和不同的控制方法； 4.了解交流传动控制系统的设计方法和实验方法； 5.了解交流传动和直流传动的优点。

二．实验内容

1.脉冲整流器和逆变器牵引和制动原理验证； 2.交流传动系统对电网的谐波和无功污染分析；

三．实验原理及线路

1．交直交牵引传动系统工作原理

交直交牵引传动系统原理图如图2-1所示。

LC

图2-1 交直交牵引传动系统原理图

从图中可见，交直交牵引传动系统主要由整流器、逆变器和中间直流环节三大部分组成。

整流器为脉冲整流器（也称四象限整流器），作用是将输入的交流电转换为直流，同时通过控制脉冲整流器的输入侧电压，使输入脉冲整流器的电流与电网电压同相位，达到整个系统的功率因数为1的目的，从而使整个交直交牵引控制系统满足电网谐波和功率因数的要求。

中间储能环节为电容储能，为逆变器提供支撑直流电压，此类型的交直交牵引传动系统也叫做电压型交直交牵引传动系统。

逆变器为三相电压型逆变器，采用矢量控制方法，将直流电变换成电压和频

率均可调的交流电，为感应电机供电，

第3章 试题库

一、填空题（建议较易填空每空0.5分，较难填空每空1分）

1、正弦交流电的三要素是指正弦量的 、 和 。

2、反映正弦交流电振荡幅度的量是它的 ；反映正弦量随时间变化快慢程度的量是它的 ；确定正弦量计时始位置的是它的 。

3、已知一正弦量i?7.07sin(314t?30?)A，则该正弦电流的最大值是 A；有效值是 A；角频率是 rad/s；频率是 Hz；周期是 s；随时间的变化进程相位是 ；初相是 ；合 弧度。

4、正弦量的 值等于它的瞬时值的平方在一个周期内的平均值的 ，所以 值又称为方均根值。也可以说，交流电的 值等于与其 相同的直流电的数值。

5、两个 正弦量之间的相位之差称为相位差， 频率的正弦量之间不存在相位差的概念。

6、实际应用的电表交流指示值和我们实验的交流测量值，都是交流电的

课题：知道正弦交流电的基本常识

一、教学目标

1、了解正弦交流电的产生。

2、理解正弦量解析式、波形图、三要素、有效值、相位、相位差的概念。 3、掌握正弦量的周期、频率、角频率的关系掌握同频率正弦量的相位比较。

二、教学重点、难点分析

重点：

1、分析交流电产生的物理过程。使同学了解线圈在磁场中旋转一周的时间内，电流的大小及方向是怎样变化的。

2、掌握正弦量的周期、频率、角频率的关系，掌握同频率正弦量的相位比较。

3、交流电有效值的概念。

三、教学方法

讲授法 难点：

1、交流电的有效值。

五、课时计划：2课时 六、教学过程

Ⅰ.知识回顾

提问：什么条件下会产生感应电流？根据电磁感应的知识，设计一个发电

机模型。

学生设计：让矩形线框在匀强磁场中匀速转动。 II.新课

一、交流电的基本概论

1、交流电:大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流统称交流电 2、正弦交流电：随时间作正弦规律变化的交流电称为正弦交流电。 3、正弦交流电的瞬时值

e＝Esin(ωt＋φ.) u＝Usin(ωt＋φ.) i＝Isin(ωt＋φ.)

二、正弦交流电的周期、频率和角频率

如图2所示，为交流电发电机产生交流电的过程及其对应

目 录

第1章 交流电机PLC控制工艺流程分析 .............................................................. 1

1.1交流电机PLC控制过程描述 ......................................................................... 1 1.2交流电机PLC控制过程工艺分析 ................................................................ 1 第2章 交流电机PLC控制系统总体方案设计 ...................................................... 5

2.1系统硬件组成................................................................................................... 5 2.2控制方法分析.......................................................

第四章 交流电机绕组的基本理论

4．1 交流绕组与直流绕组的根本区别是什么？ 交流绕组：一个线圈组彼此串联

直流绕组：一个元件的两端分别与两个换向片相联

4．2 何谓相带？在三相电机中为什么常用60°相带绕组而不用120°相带绕组？

相带：每个极下属于一相的槽所分的区域叫相带，在三相电机中常用60相带而不用120相带是因为：60相带所分成的电动势大于120相带所分成的相电势。 4．3 双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有什么关系？ 双层绕组：amax?2P 单层绕组：amax?P

4．4 试比较单层绕组和双层绕组的优缺点及它们的应用范围？

单层绕组：简单，下线方便，同心式端部交叉少，但不能做成短匝，串联匝数N小（同

样槽数），适用于?10kW异步机。

双层绕组：可以通过短距节省端部用铜（叠绕组）或减少线圈但之间的连线（波绕），更重要的是可同时采用分布和短距来改善电动势和磁动势的波形，因此现代交流电机大多采用双层绕组。

4．5 为什么采用短距和分布绕组能削弱谐波电动势？为了消除5次或7次谐波电动势，节距应选择多大？若要同时削弱5次和7次谐波电动势，节距应选择多大？

绕组短距

考点5 交流电

考点5.1 交变电流的产生和描述

1.交变电流

定义：大小和方向都随时间做周期性变化的电流. 2.交变电流的产生

(1)线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动. (2)两个特殊位置的特点：

ΔΦ

①线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变.

ΔtΔΦ

②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变.

Δt(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次. (4)交变电动势的最大值Em＝nBSω.

3.交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)

规律 函数表达式 物理量 磁通量 Φ＝Φmcosωt＝BScosωt 电动势 e＝Emsinωt＝nBSωsinωt 电压 u＝Umsinωt＝REmsin ωt R＋r图象 电流 1.

i＝Imsinωt＝Emsin ωt R＋r 关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电

流，下列说法中正确的是( C )

- 1 -

A．线圈每经过中性面一次，感应电流方向改变一次，感应电动势方向不变 B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次

C．线圈平面每经过中性面一