实验思考题解答详解

11.1 测量电阻时，双手应如何正确操作？为什么不能同时用手指接触被测电阻两端的金属引线？试用一个200kΩ以上的电阻，测量并比较其正确操作和用手指同时接触电阻两端金属引线时的电阻值，说明什么问题？

答：测量电阻时，不能用手指同时接触电阻两端的金属引线。否则就相当于在电阻两端并联了一个人体电阻，将引起测量误差。

人体电阻约几百千欧姆，测量小阻值电阻时，测量误差不明显；测量大阻值电阻时，测量误差很明显。

11.2 测量电阻和测量直流电压电流时如何选择合适量程？测量电阻与测量电压电流，有什么不同？

答：测量电阻时，应适当选择欧姆挡量程，使显示指针尽量偏于中间部位时读数更清晰易读，准确度更高一些。

测量电压电流时，应适当选择电压电流量程，尽量使显示指针接近于满量程，相对误差较小。

11.3 图11-1电路和图11-2电路，已知U_S1=5V，U_S2=10V，R₁=100Ω，R₂=200Ω，R₃=300Ω，各电压电流理论计算值是多少？与实际测量值产生差别的主要原因是什么？

答：根据弥尔曼定理，有：

U_AB=U_S1-U_BO=（5-5.456）V=-0.456V

U_BC=U_BO-U_S2=（5.456-10）V=-4.544V

U_AC=U_S1-U_S2=（5-10）V=-5V

图11-1 直流电压电流测量电路

图11-2 应用叠加定理时的电路

应用叠加定理求解时：

一般来说，产生差别的原因主要有如下几条：

①电阻值误差，R₁、R₂、R₃并不是精确的100Ω、200Ω、300Ω；

②电压源电压有误差，不是精确的5V和10V。且电压源不是真正的理想电压源，有一定内阻。接负载时，随输出电流增大，电压值会降低。

③万用表测量误差，包括万用表本身（准确度等级较低）及测量时的读数误差等。

11.4 日光灯电路中的整流器和启辉器各有什么作用？

答：整流器是一个铁心电感线圈，应与相应功率瓦数的灯管配套使用。其作用有二：①起动时产生高压（可达400～600V），激励日光灯管放电；②灯管点亮后，灯管相当于一个纯电阻，整流器电感与灯管电阻分压，降低灯管两管电压，限制灯管电流。

启辉器英文名为Starter，在电路中起自动开关作用。其主要结构为双金属片触点，作用有二：①接通电源时，提供灯管灯丝电流通路；②灯管正常辉光放电后，自动断开。自动断开的原理是双金属片两种不同的金属热胀冷缩系数不同，流过电流后受热膨胀弯曲而使原接触点断开。

11.5 测量日光灯电路中的电源电压U、灯管电压U₁、整流器电压U₂和电流I后，如何计算灯管电阻R₁、整流器直流电阻R₂和整流器电感L？

解：日光灯等效电路如图11-3a、b所示，其相量图如图11-3c所示。可按下列步骤求解：

图11-3 日光灯电路

11.6 有人用一个按钮开关替代启辉器，按下2s左右然后释放，也能点亮日光灯，试解释其原理。

答：启辉器作用有两个：①接通电源时，提供灯管灯丝电流通路。按钮开关按下，正好起了接通电源、提供灯管灯丝电流通路的作用；②灯管正常辉光放电后，自动断开（若不断开将短路灯管两端灯丝间电子发射通路）。按钮开关按下2s左右释放后正好起到断开的作用。

11.7 为什么用功率表测出的日光灯电路功率比日光灯管的标称功率高？

答：用功率表测出的日光灯电路功率实际上包括日光灯管的功率和镇流器线圈直流电阻消耗的功率。

11.8 为什么日光灯电路并联电容后，总电流反而减小？并在此基础上说明提高功率因素的意义。

答：日光灯电路如图11-4a所示。并联电容前，日光灯电路的电流为；并联电容后，电容中电流为。电路总电流，画出其相量图如图11-4b所示。从相量图中看出，的长度比的长度要小。即并联电容后，总电流I反而减小了，阻抗角从φ₁减小为φ，整个电路的功率因素从cosφ₁提高到cosφ。

图11-4 提高功率因素电路和相量图

其原因是：感性负载日光灯电路在未并联电容器时，只能与电源交换能量；并联电容后，其中一部分改为与电容交换能量，直接与电源交换能量的电流反而减小了，即总电流减小了。

需要说明的是，若进一步增大并联电容，可使电路处于谐振状态，此时总电流最小。若继续增大并联电容，可使电路变为容性状态，总电流又变大了。(www.xing528.com)

11.9 从实验中测得的数据看，三相负载Y形联结时（有中线），线电压与相电压的大小关系如何？

答：3个线电压相等，即U_AB=U_BC=U_CA；

3个相电压相等，即U_AN=U_BN=U_CN；

且线电压是相电压的倍，即。

11.10 三相负载Y形联结时，中线对三相负载相电压有什么影响？用灯泡板作负载时，灯泡亮暗情况如何？从中可得出什么结论？

答：三相对称负载Y形联结，有中线或无中线时三个负载相电压均相同，即U_AN=U_BN=U_CN，因此灯泡亮暗情况相同。

三相不对称负载Y形联结，有中线时，负载相电压仍相同，U_AN=U_BN=U_CN，灯泡亮暗情况相同。无中线时，负载相电压偏移，有的相电压大于220V，有的相电压小于220V，灯泡亮暗情况不同，有的变亮，有的变暗。

因此，三相不对称负载中线不能断开，中线中也不能安装开关和熔丝。以确保三相负载相电压对称，以免负载电压偏移时，损坏负载设备。

11.11 从实验中测得的数据看，三相负载△形联结时，线电流与相电流大小关系如何？

答：三相对称负载△形联结时，3个线电流相等，即I_A=I_B=I_C；3个相电流也相等，即I_ab=I_bc=I_ca。

三相负载不对称△形联结时，3个线电流不相等，3个相电流也不相等。

线电流与相电流大小关系符合KCL：；；

11.12 三相负载△形联结时，负载对称与否对灯泡亮暗有何影响？

答：三相负载△形联结时，无论负载对称与否，负载两端的相电压即为线电压，与负载是否对称无关，因此灯泡亮暗情况不变。

11.13 试说明图11-5测量相序的工作原理。

答：图11-5相序测量电路实际上是一个三相Y形不对称负载无中线电路。不对称Y形负载无中线时，相电压会发生偏移。

图11-5电路中，电容容抗：；两个60W灯泡串联后的电阻：，X_C≈R。

图11-5 相序指示仪原理电路

设接电容相为A相，三相电源相电压有效值为U_p，根据弥尔曼定理，则有

很明显，U_Bn比U_Cn大（偏大比例与电容容量有关），在负载相同的情况下，可根据灯泡的亮暗判断B相和C相。灯泡较亮的那相为B相，较暗的那相为C相。

11.14 试简述二表法测量三相功率的工作原理。

答：二表法实际是以三相中一相为基准相，用二个功率表分别测量另二相相对于基准相由线电压线电流构成的功率。

用二表法测量三相功率，三相总功率应为两表读数的代数和。

当功率因素cosφ＞0.5时，两功率表读数均为正值，三相总功率P=P₁+P₂；

当功率因素cosφ＜0.5时，其中一个功率表指针反偏，此时可改变功率表电压线圈或电流线圈联结的极性（同名端），此时读数应视为负值，三相总功率P=P₁-P₂；

11.15 为什么二表法不能应用于有中线时的三相负载Y形联结电路？

答：有中线时，中线中有电流。用二表法测出的功率P₁+P₂≠P。

11.16 若三相不对称负载Y形联结有中线时，应选择何种方法测三相功率？

答：只能选用三表法测三相功率。

11.17 试分析图11-6中直流法和交流法测量变压器同名端的工作原理。

答：图11-6a直流法中，变压器一次侧接直流电压。按理，变压器电压电流变换仅适用于交流，但在S开关合上瞬间，相当于在一次侧加入一个阶跃响应（或可理解为频率很高的交流电压），且1端为正极性；变压器的二次侧感应出的电压若使电压表（也可用直流mA表）指针正偏，表明3端为正极性端，若指针反偏，则表明4端为正极性端。

注意，直流电压表（或直流电流表）的极性须按图11-6a中电表极性正确连接，不能接反。

图11-6 测量同名端

a）直流法 b）交流法

图11-6b交流法中，二个电感线圈1、2和4、3串联，若同名端顺向串联，则一、二次侧电压相加；若同名端逆向串联，则一、二次侧电压相减。因此，可用测量1、3端交流电压的大小判断同名端关系。

11.18 验证变压器阻抗变换实验时，改变二次侧负载R_L值时，会发现二次侧电压U₂也有一定变化。特别是R_L值较小，二次侧电流较大时，U₂跌落较大，试分析其原因。

答：变压器空载运行时，一、二次侧电压U₁∶U₂=N₁∶N₂。变压器有载运行时，二次侧相当于一个实际电压源。当输出电流增大时，在其内阻上必定产生较大压降，从而使实际输出电压降低。这个内阻取决于一、二次侧绕组线圈的直流电阻（与线圈线径、匝数有关）和铁损等效电阻的大小。因此，加粗一、二次侧绕组线径，选用高导磁率材料作变压器铁心，改善变压器制作工艺，能有效减小等效内阻，使变压器二次侧输出电压特性变“硬”（斜率减小）。