前面讲述的电路基本定律仍然适用于非正弦周期电流电路。本章教学要求了解非正弦周期量与正弦周期量之间存在的特定关系；理解和掌握非正弦周期信号的谐波分析法；明确非正弦周期量的有效值与各次谐波有效值的关系及其平均功率计算式；掌握简单线性非正弦周期电流电路的分析与计算方法。......
2023-06-24
研究非正弦周期电流电路的实验九
【摘要】：四、实验内容三只单相变压器尽量对称，单相变压器的原边额定电压应是实验室三相电路线电压的1/倍。
一、实验目的
（1）观察周期性非正弦电压的谐波分解
（2）研究周期性非正弦电压有效值与各次谐波电压有效值的关系
（3）通过实验理解基波与三次谐波的合成。
二、实验原理与说明
1.实验原理
图1 （a）所示方波为奇函数、奇谐波函数，故分解为
其基波和各次谐波振幅按波次成反比降低。通过调谐于基波和三次谐波的RLC串联谐振电路，可以从电阻R两端获得基波波形和三次谐波波形，以及它们的合成波波形，如图1（b）所示。由于实验电容有不同程度的漏电，因而其谐振电路实为串并联谐振，电容不是滞后于电源电压π/2，而是滞后一个锐角，致使各次谐波初相均不相同，其基波、三次谐波、五次谐波相叠加后的合成波的波形也是不对称的，如图1 （c）所示。
其基波和各次谐波振幅按波次成反比降低。通过调谐于基波和三次谐波的RLC串联谐振电路，可以从电阻R两端获得基波波形和三次谐波波形，以及它们的合成波波形，如图1（b）所示。由于实验电容有不同程度的漏电，因而其谐振电路实为串并联谐振，电容不是滞后于电源电压π/2，而是滞后一个锐角，致使各次谐波初相均不相同，其基波、三次谐波、五次谐波相叠加后的合成波的波形也是不对称的，如图1 （c）所示。
图1 方波电压的合成
由于各谐波电路Q值不同，因而获得的基波，三次谐波电压振幅也不成1/K 倍的关系。方波的高次谐波通过C0滤去。
2.三倍频发生器的组成及使用事项
用三只一样的单相铁芯变压器，让它们的一次侧连接成三相Y接无中线方式，与实验室的三相工频交流电源相连接。三个变压器的二次侧首尾相接连接成三角形，但不要封口，在开口处即可得到一个频率为工频三倍的正弦电压，把其命名为“三倍频率发生器”。需要注意的是：
图1 方波电压的合成
由于各谐波电路Q值不同，因而获得的基波，三次谐波电压振幅也不成1/K 倍的关系。方波的高次谐波通过C0滤去。
2.三倍频发生器的组成及使用事项
用三只一样的单相铁芯变压器，让它们的一次侧连接成三相Y接无中线方式，与实验室的三相工频交流电源相连接。三个变压器的二次侧首尾相接连接成三角形，但不要封口，在开口处即可得到一个频率为工频三倍的正弦电压，把其命名为“三倍频率发生器”。需要注意的是：
（1）三只单相变压器尽量对称，单相变压器的原边额定电压应是实验室三相电路线电压的1/
倍。
（2）三只单相变压器的原边接成Y形时一定不能有中线，而它们的三个副边线圈必须成开口三角形（可让a、Z处断开）。
三、实验设备
（1）单相调压器1台。
（2）单相变压器3台。
（3）电容箱1台。
（4）交流电压表1只。
（5）示波器1台。
（6）空心电感2只。
（7）双刀双掷开关1只。
四、实验内容
（1）三只单相变压器尽量对称，单相变压器的原边额定电压应是实验室三相电路线电压的1/
倍。
（2）三只单相变压器的原边接成Y形时一定不能有中线，而它们的三个副边线圈必须成开口三角形（可让a、Z处断开）。
三、实验设备
（1）单相调压器1台。
（2）单相变压器3台。
（3）电容箱1台。
（4）交流电压表1只。
（5）示波器1台。
（6）空心电感2只。
（7）双刀双掷开关1只。
四、实验内容
1.验证周期性非正弦电压有效值
接好实验电路图后，调节调压器输出电压为50V，然后用交流电压表测量电压U1、U2和U，将测量数据记入表1中。
表1 各电压测试数据
1.验证周期性非正弦电压有效值
接好实验电路图后，调节调压器输出电压为50V，然后用交流电压表测量电压U1、U2和U，将测量数据记入表1中。
表1 各电压测试数据
2.观察电压波形
（1）按图2接线，此时开关在位置 “1”上。用示波器分别接a—b端、c—d端、a—d端，观察u1、u3、u的波形，并在同一坐标上按比例绘出这三个电压波形。
（2）将图2中的开关S由 “1”扳向位置 “2”，按上述步骤观察各电压波形，并绘制在坐标纸上。
3.观察周期性非正弦电压的各次谐波
将图2电路的输出电压作为电路的电源，用示波器依次观察基波和三次谐波的电压波形。
2.观察电压波形
（1）按图2接线，此时开关在位置 “1”上。用示波器分别接a—b端、c—d端、a—d端，观察u1、u3、u的波形，并在同一坐标上按比例绘出这三个电压波形。
（2）将图2中的开关S由 “1”扳向位置 “2”，按上述步骤观察各电压波形，并绘制在坐标纸上。
3.观察周期性非正弦电压的各次谐波
将图2电路的输出电压作为电路的电源，用示波器依次观察基波和三次谐波的电压波形。
图2
五、注意事项
（1）接线时切忌信号源短路。
（2）使用双踪示波器注意双踪探头同地。
（3）仔细调节电容数值，注意观察。
六、思考题
用所学知识分析电路工作原理。
七、实验报告
（略）
图2
五、注意事项
（1）接线时切忌信号源短路。
（2）使用双踪示波器注意双踪探头同地。
（3）仔细调节电容数值，注意观察。
六、思考题
用所学知识分析电路工作原理。
七、实验报告
（略）
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