《电路实验指导资料》word版.doc

电路实验参考资料（上）实验系统概述（学生预习）一、实验系统的特点：1、实验台采用模块化设计、积木组合式结构，设计新颖、美观，方便灵活，节省实验用房，耗电省、噪音低2、完善的人身安全保护体系：1）实验台外壳接地；2）控制屏电源由交流接触器通过起、停按钮进行控制；进线电源首先经过符合国家标准的电流型漏电保护器，漏电流小于30mA；3）在三相调压器输出端设有过流和过压保护，调压器输出短路或所带负载太大，电流超过设定值，系统即告警并切断总电源。4）强弱电实验导线采用二种不同的实验导线，防止了学生将强电插入弱电或元件而使之损坏的可能。高压接线柱和高压导线均采用特殊设计的结构，使用安全、可靠、防触电。3、实验装置中各仪器经过特殊设计，稳定性好，实验线路选择典型，完全与教学内容相配合。4、实验的深度与广度可根据教学需要灵活调整，普及与提高可根据教学的进程作有机地结合，也可以利用实验单元配置的灵活性进行创新型实验。装置采用积木式结构，更换便捷，如要扩展功能或开发新实验，只需添加部件即可，永不淘汰。5、采用整体与挂箱相结合的结构形式， 电源配置、仪表一目了然，挂箱面板实验电路的示意图线路分明，各实验挂箱任务明确，操作、维护方便。二、实验系统结构：ZY11GETE12SB型电工电子实验装置主要由控制屏、实验桌、若干个实验挂箱（选配）、高可靠实验导线、三相异步鼠笼电机等组成。整机采用铁质双层亚光密纹喷塑结构，铁质喷塑面板，结构牢固，造型简捷明快，线条流畅，极富现代感。实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火耐磨高密度板，结构坚固，形状似长方体封闭式结构，造型美观大方，设有抽屉、存放柜，用于放置模块、工具、导线等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。实验桌还设有四个可移动轮子、支撑调节和固定结构，便于移动或固定。三、电源控制屏功能及操作使用说明电源控制屏为实验提供三相0430V可调交流电源，同时可得到实验所需0250V单相可调交流电源；三相电网输入电压与三相调压输出电压由三只指针式交流电压表(量程为0450V)表头指示，用切换开关切换。 电源控制屏还提供了各种交直流测量仪表，各测量仪表的操作使用参见附录。电源控制屏内部提供了一定的安全保护体系，防止意外事故的发生。但实验中所用220V、380V为非安全电压，学生必须严格按照正确的操作规范进行实验，遵循“先接线后通电，先断电后拆线”的操作规则，严禁带电操作（比如接拆线、插拔线）；人体且勿碰触带电和转动部分。接线或改接线路，必须经指导教师检查后方可通电进行实验。实验时应养成单手操作的良好习惯。实验完毕 应先关闭所有挂件低压电源，接着按“停止”按钮。若有紧急状况发生，首先切断实验台左侧的漏电保护总开关。漏电保护开关如因被控制电路发生漏电故障而分闸，此时漏电指示按钮凸出，应先查明原因，排除故障后将漏电指示按钮按下后再合闸。漏电保护开关应每个月进行一次漏电指示按钮复位。1电源控制屏的启动线电压为380V的三相四线制交流电源经四芯插头引入，通过钥匙式电源总开关、接触器KM三对主触头接到三相自耦调压器的原绕组端U1、V1、W1，调压后的电压经调压器的副绕组端U、V、W输出。N为中性线（即零线）。调压器的调压手柄装在控制屏的左侧，将手柄逆时针旋到底输出电压为零；顺时针旋转电压增大，调压范围为线电压0430V，相电压0250V。（1）接好机壳的接地线；关闭实验台上所有的电源开关，将监视电压表的切换开关置于“三相电网”一侧，将三相调压器调压手柄旋到零位。（2）将三相四芯电缆线插头插入实验室墙壁上的三相四线电源插座内，接通三相380V、50Hz的交流市电。（3）开启钥匙式三相“电源总开关”，红色按钮灯亮(即 “停止”按钮的红色灯亮)，三只电压表将指示三相电网线电压之值。（4）按下“启动”按钮，红色灯灭，绿色灯亮，同时可听到屏内交流接触器瞬间吸合声，三相可调输出端3只指示灯亮，屏正面实验挂箱后方槽板底部单相三芯220V圆形航空插座及实验屏右侧面单相220V电源插座和三相四芯380V电源插座，均有电压输出，电源控制屏启动完毕。（5）调压器的调压手柄旋转时，一定要遵从正确的操作方法，即一定要顺时针从零增大到430V，或者逆时针从430V减小到零。不可用力顺时针从430V调到0或者逆时针从0调到430V，否则会损坏调压器，紧固螺钉打滑，导致不易操作。2、三相可调交流电源输出电压调节（1）将交流电压表指示切换开关置于“三相调压”一侧，三只电压表指针回零。（2）按顺时针方向(即标志牌上“大”一侧)缓缓旋动三相自耦调压器的调整旋钮，三只电压表随之偏转，指示三相可调输出电压的U、V、W线电压之值，实验完毕，将调节旋钮调回零位。3、数字式可调直流稳压源、可调恒流源的使用（1）数显直流稳压源可自动切换量程，直流恒流源可通过粗调（分段调, 稳压源分10V、20V、30V三档，恒流源分2mA、20mA、200mA、）旋钮和细调（连续调）旋钮调节其输出量，并由三位数显电压表和三位半数显毫安表显示其输出量的大小，启动实验装置电源之前，应先使其输出旋钮置于零位，实验时再缓慢地增、减输出。（2）稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。（3）恒流源船形电源开关打开之前，一定要接负载线路，然后再打开电源开关。若不接负载，就打开电源开关，恒流源通过理论上无限大的空间电阻，会烧坏恒流源内部的芯片LM324及电阻，甚至会烧坏供电变压器。4、航空插座的使用控制屏挂件后方槽板上设有三芯航空插座，给需要供电的实验挂箱提供电源。使用时将带有电源线的实验挂箱后面的航空插头插入实验台上的航空插座内，注意严禁带电操作航空插头插座。航空插座与实验台内的220V、380V电源电压相连，学生且勿带电碰触航空插座，以免造成严重安全事故。需要供电的挂箱：功率表功率因数表实验挂箱，数电实验挂箱、模电实验挂箱、PLC实验挂箱等。5、关闭电源遵循先关直流电源后关交流电源的原则。实验完毕，将各直流电源开关关闭，接着检查三相调压器是否调回到零位，按下“停止”按钮，绿色指示灯灭，红色指示灯亮，然后关闭钥匙开关，红色指示灯灭，最后关闭电网闸刀。6、日光灯的使用开启钥匙式开关(红色按钮灯亮)，将电源控制屏面板上的照明转换开关置于“照明”一侧，日光灯亮。反之则关闭日光灯。预习资料（学生预习）一、目的 1、掌握电压表、电流表的使用方法。2、了解电压表、电流表内阻的测量方法。3、了解电压表、电流表内阻对测量结果的影响及减小仪表内阻产生测量误差的方法。二、内容1、用标准表校验20mA量程的直流毫安表和5V量程的万用电表直流电压档。2、用分压法测定万用电表(MF30)直流电压1V和5V档量限的内阻。3、用分流法测定直流毫安表2mA和20mA档量限的内阻。4、采用同一量程两次测量法测量电路负载RL上的电流。三、实验仪器与设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V1实验台固定部分2可调直流恒流源0200mA1实验台固定部分3万用电表MF-30或其他14标准电流表15标准电压表16直流毫安表1实验台固定部分7可变电阻箱0999991ZYDG09或者ZYDG078电阻若干ZYDG09或者ZYDG07四、 原理 1根据被测量的性质选择仪表的类型被测量分为直流量和交流量，交流量又分为正弦交流量和非正弦交流量。应选择相应的直流仪表和交流仪表。如果是正弦交流电压（或电流），采用任何一种交流电压表（或电流表）均可，一般从仪表直接读出有效值。如果被测量是非正弦交流电压（或电流），则在测有效值时可用电磁系或电动系仪表，测平均值可用整流系仪表，测瞬时值可用示波器，从波形中可求出各点的瞬时值和最大值，测最大值还可用峰值表。测量交流量时，还应考虑被测量的频率。一般电磁系、电动系和感应系仪表，适用频率范围较窄，但特殊设计的电动系仪表可用于中频。整流系仪表适用频率可以高一些。1根据被测线路和被测负载阻抗的大小选择内阻合适的仪表对电路进行测量时，仪表的接入对电路工作情况的影响尽可能小，否则测量出来的数据将不反映电路的实际情况。因此用电压表测量负载电压时，电压表内阻越大越好。一般若电压表内阻RV100R（R为被测负载的总电阻），就可以忽略电压表内阻的影响。电流表串联接入电路进行测量时，其内阻越小，对电路的影响也越小。一般当电流表内阻RAR（R是与电流表串联的总电阻）时，即可忽略电流表内阻的影响。电压表、电流表内阻大小与仪表的测量机构（即表头）的灵敏度有关，磁电系仪表灵敏度高，作电压表时内阻常在2000/V以上，高的可达100K/V，用作电流表时，因灵敏度高的表头所用分流电阻的阻值小，故磁电系电流表内阻小。电磁系和电动系电压表、电流表内阻的情况则与磁电系相反。1根据测量的需要合理选择仪表的准确度等级我国目前生产的电工仪表，其准确度有8级，即0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级。仪表准确度就是仪表在规定条件下工作，其标度尺的工作部分的全部分度线上，可能出现的最大基本误差的百分数值。例如标称的准确度为1.0的表头，相应量程的最大相对误差为1.0%。仪表准确度等级数值越小，准确度越高，基本误差越小。一般电工仪表中，单向标度尺的仪表用的最多，以此为例，其准确度以标度尺工作部分上量限的百分数表示。若以K表示其准确度等级，则有K%=100%，式中m以绝对误差表示的最大基本误差； Am测量上限。在电工仪表的表盘上一般都标出了仪表的准确度等级符号。仪表的准确度越高，测量误差越小。结果越可靠。但并不是说测量时要尽量选用准确度高的仪表。因为仪表的准确度越高，价格越贵，维修也困难。在准确度较低的仪表可以满足测量要求的情况下，就不必选用准确度高的仪表。通常准确度为0.1级和0.2级的仪表作标准表和精密测量用；0.51.5级的仪表用于实验室一般测量，1.05.0级的仪表用于一般工业生产。仪表的准确度等级应该定期进行校验。比较法校验直流电流表、直流电压表，选取一块比被校表的准确度等级高12级的仪表作为标准表。校验电压表，将标准表与被校表并联接入电路中；校验电流表，将标准表与被校表串联接入电路中，如图1.1所示。在表的整个刻图1.1 比较法校验仪表电路度范围内，逐点比较被校表与标准表的差值，并作出校正曲线，横坐标是被校表的读数，纵坐标是被校表读数与标准表读数之差。从校正曲线可查出被校表读数的校正量。根据最大值的绝对值与量程之比的百分数，确定被校表的等级。1按照被测量的大小选用量限合适的仪表选择仪表时，一般应使被测量的大小为仪表量限的或以上，如果被测量的大小不到仪表量限的，那就是不合理的。如果用量限比被测量数值大得多的仪表进行测量，则测量误差很大。当然，被测量的大小也不能超过仪表的量限，特别是对灵敏度高的电工仪表，这可能造成仪表的损坏。1电流表、电压表内阻的测量（1）电流表的内阻测量可采用分流法，如图1.2(a)所示。为被测电流表，内阻设为RA。首先断开开关S，调节电流源的输出电流IS，使电流表指针满偏转。然后合上开关S，并保持IS值不变，调节可调电阻RW，使电流表的指针在1/2满偏转位置，此时有IA=IR=IS 则RA=RW，再测量可调电阻的阻值RW即为电流表的内阻。（2）电压表的内阻测量可采用分压法，如图1.2(b)所示。为被测电压表，内阻设为RV。首先合上开关S，调节电压源的输出电压US，使电压表指针满偏转。然后断开开关S，并保持US值不变，调节可调电阻RW，使电压表的指针在满偏转位置，此时有UV=UR=US ， 则RV=RW，再测量可调电阻的阻值RW即为电压表的内阻。图1.2 测量仪表内阻电路1、 减小仪表测量误差的方法若电流表或电压表的内阻不理想，可采用同一量程两次测量法减小由此造成的误差。其中，第一次测量与一般的测量并无两样，只是在进行第二次测量时，必须在电路中串入一个已知阻值的附加电阻R。（1）电压测量测量如图1.3所示电路的开路电压U0图1.3是两次测量某电路开路电压的示意图。第一次测量，电压表的读数为U1 ，（设电压表的内阻为RV ，第二次测量时应与电压表串接一个已知电阻值的电阻R，电压表读数为U2，由图1.3可知U1=UOC U2=Uoc解以上两式，可得Uo=Uoc=图1.3两次测量法测开路电压（2）电流测量测量图1.4所示短路电流I第一次测量电流表的读数为I1，（设电流表内阻为RA），第二次测量时应与电流表串接一个已知电阻值的电阻R，电流表读数为I2，由图1.4可知 解以上两式可得 I=图1.4两次测量法测短路电流五、注意事项1、指针式直流稳压源和直流恒流源均可通过粗调旋钮和细调旋钮调节其输出量，并由指针式电压表和毫安表显示其输出量的大小，启动实验装置电源之前，应使其输出旋钮置于零位，实验时再缓慢地增、减输出。2、数字式直流稳压源可以自动切换量程，通过输出旋钮调节输出量，由数显电压表显示其输出量的大小，启动实验装置电源之前，应使其输出旋钮置于零位，实验时再缓慢地增、减输出。3、直流稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。4、电压表应与电路并联使用，电流表应与电路串联使用，并且都要注意极性与量限的合理选择。六、内容与步骤 1按图1.1接好电路，US接可调直流稳压电源，调节输出旋钮，使电压从零缓慢地增加。选取一块比被校表的准确度等级高12级的仪表作为标准表。用标准表校验20mA量程的直流毫安表和5V量程万用电表直流电压档。在表的整个刻度范围内，逐点比较被校表与标准表的差值，记录校验数据于下列表中。(注意事项：标准表的准确度等级应该比被校表的准确度等级高)表1.1校验直流毫安表数据被校直流毫安表IX/mA15101520标准数字电流表IO/mA绝对误差I=|IX-IO|表1.2校验直流电压表（万用电表直流电压档）数据被校直流电压表UX/V12345标准数字电压表UO/V绝对误差U=|UX-UO|2、根据“分压法”原理测定万用电表(MF30)直流电压1V和5V档量限的内阻。（数字电压表测量精度高，内阻很大，因而测定指针式万用电表的电压档内阻）注意事项：打开稳压源船形电源开关之前，应使其输出旋钮置于零位，实验时再缓慢地增、减输出；稳压源的输出不允许短路。表1.3 分压法测电压表内阻被测表量程电压表满偏值（V）电压表半偏值（V）RW（K）计算内阻RV（K）1V5V实验线路如图1.2（b）所示，其中RW为可调电阻箱。先将开关S闭合，万用电表置1V档，调节可调电压源输出US，使电压表满偏；再将开关S断开，分压电阻RW接入电路，保持可调电压源输出US不变，调节可调电阻箱RW，使电压表指示为满偏时的一半，数据记入表1.3中，计算电压表内阻RV。改变万用电表量程，重复上述步骤。测试内容见表1.3，并将实验数据记入表中。 3、根据“分流法”原理测定直流毫安表2mA、20mA档量限的内阻。实验线路如图1.2（a）所示，其中RW为可调电阻箱。先将开关S断开，直流毫安表置2mA档，调节可调恒流源输出IS，使电流表满偏；再将开关S闭合，分流电阻RW接入电路，保持可调恒流源输出IS不变，调节可调电阻箱RW，使电流表指示为满偏时的一半，数据记入表1.4中，计算电流表内阻RA。改变直流毫安表量程，重复上述步骤。测试内容见表1.4，并将实验数据记入表中。注意事项：打开恒流源船形电源开关之前，粗调旋钮置2mA档，细调旋钮置于零位，实验时再缓慢地增、减输出。恒流源的输出不允许开路。 表1.4 分流法测电流表内阻被测表量程电流表满偏值（mA）电流表半偏值（mA）RW（）计算内阻RA（）2mA20mA4、用直流毫安表20mA档，采用同一量程两次测量法测量图1.5所示电路负载RL上的电流。（直流毫安表20mA档量限的内阻RA用实验内容3的测定结果）第一次测量，电流表直接串接到负载RL支路上，读数记为I1，（设电流表内阻为RA），第二次测量时应与电流表串接一个已知电阻值的电阻R，再串接到负载RL支路上，电流表读数为I2，根据两次测量结果，计算电路负载RL上的电流。图1.5 两次测量法测负载电流实验一 电路基本测量及故障判别排除一、实验目的1、掌握电流表、电压表、稳压电源的使用方法。2、学习电流、电压的测量及误差分析。3、掌握电位的测量及电位正负的判定。4、掌握电路电位图的绘制方法。5、学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。6、根据实验电路参数，合理选择仪表量程，掌握档位的选择及正确读数的方法。二、实验内容1、布置并连接实验线路，调节可调稳压源输出，使用电压表、电流表测量电路电压、电流等，判断被测量的正负，进行误差分析，学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。2、分别以c、e为参考节点，测量混联电路中各节点电位及相邻两点之间的电压值，判定电位的正负，通过计算验证电路中任意两节点间的电压与参考点的选择无关，并根据实验数据绘制电路电位图。三、实验仪器与设备序号名称型号规格数量备注1可调直流稳压电源030V2实验台固定部分2直流数字电压表1实验台固定部分3直流数字电流表1实验台固定部分4直流数字毫安表1实验台固定部分5基尔霍夫定律实验线路板1ZYDG01或者ZYDG01-1或者ZYDG01-3四、实验原理1、 滑线变阻器的使用滑线变阻器是一种常用的电工设备。它可作为可变电阻，用以调节电路中的电流，使负载得到大小合适的电流，它也可作为电位器的使用，改变电路的端电压，使负载得到所需要的电压。它的额定值有最大电阻RN和额定电流IN，在各种使用场合，不论滑动触头处于任何位置，流过它的电流均不允许超过额定电流，否则会烧坏滑线变阻器。2、 电位的测量及电位正负的判定电路中某点的电位等于该点与参考点之间的电压。电位的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两点间的电位差不变，即任意两点间电压与参考点电位的选择无关。测量电位就象测量电压一样，要使用电压表或万用电表电压档。如果将仪表的接“-”的黑表笔放在电路的正方向（参考方向）的低电位点上，接“+”的红表笔放在正方向的高电位点上，表针正偏转，则读数应取正值。若表针反偏，则应将表笔对调后再测量，读数取负值。3、 电位图的绘制若以电路中的电位值作纵坐标，电路中各点位置（电阻或电源）作横坐标，将测量到的各点电位在该坐标平面中标出，并把标出点按顺序用直线条相连接，就得到电路的电位变化图。每一段直线段即表示该两点间电位的变化情况。而且任意两点的电位变化，即为该两点之间的电压。在电路中，电位参考点可任意选定，对于不同参考点，所绘出的电位图形是不同，但其各点电位变化的规律是一样的。4、 电压和电流的测量与读数在电路测量中，电流表应与被测电路串联，电压表要与被测电路并联。在直流电路中，要注意仪表正极端必须与电路高电位点连接，否则，仪表会出现反摆，甚至会损坏仪表。接线前，应根据电路参数估算后，正确选择仪表的量程。量程选择太小而使电参数超过仪表量程会损坏仪表；量程选择太大又会增加测量误差。根据误差理论分析，一般应当使其读数在1/22/3满刻度之间。一定准确度的仪表，所选量程越接近被测值，测量结果的误差就越小。5、 电流插座和插头的设置为了用同一电流表来测量多个支路电流，电流表并不直接串入电路，而是用几个普通话筒插座来代表。将电流插座接入被测电流支路，电流插头与一个电流表相接，可用电流插头插入电流插座的两接触铜片间，电流就流经电流表而测得所需支路电流。6、 电路故障分析与排除（1）实验中常见故障连线：连线错、接触不良、短路或断路。元件：元件错或元件值错，包括电源输出错。参考点：电源、实验电路、测试仪器之间公共参考点连接错误等等。（2）故障检查故障检查方法很多，一般是根据故障类型，确定部位、缩小范围，在小范围内逐点检查，最后找出故障点并给予排除。简单实用的方法是用万用电表（电压档或电阻档）在通电或断电状态下检查电路故障。通电检查法 ：用万用电表电压档或电压表，在接通电源的情况下，根据实验原理，电路某两点应该有电压，万用电表测不出电压；某两点不应该有电压，而万用电表测出了电压；或所测电压值与电路原理不符，则故障即在此两点间。断电检查法 ：电工实验过程中，可能经常会遇到接触不良或连接导线内部断开的隐性故障。利用万用电表可以较方便地寻找到这类故障点。首先，在测量过程中发现某点或某部分电路在数值上与理论值相差甚远或时有时无时，可以大致推断出故障区域，然后切断电源，用万用电表欧姆档测量故障区域内的端钮、接线、焊点或元件，当发现某处应当是接通的而阻值较大时，即为故障点。五、实验注意事项1、使用指针式仪表时，要特别关注表针的偏转情况，及时调换表的档位，防止指针打弯或损坏仪表。2、测量电位时，不但要读出数值来，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该数值前加“-”号。3、使用电流测试线时，红色插头接电流表“+”，黑色插头接电流表“-”。4、使用数字直流电压表测量电位时，用黑笔端插入参考点，红笔端插入被测各点，若显示正值，则表明该点电位为正（即高于参考点电位）；若显示负值，表明该点电位为负值（即该点电位低于参考点电位）。5、使用数字直流电压表测量电压时，红笔端接入被测电压参考方向的正（+）端，黑表笔插入被测电压参考方向的负（-）端，若显示正值，则表明电压参考方向与实际方向一致；若显示负值，表明电压参考方向与实际方向相反。六、实验内容与步骤1、实验线路如图4.1所示，实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图I1、I2、I3所示。 （1）分别将两路直流稳压电源接入电路，按表4.1所列数据调节稳压电源输出电压。（2）熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至直流数字毫安表的“+”、“-”两端。（3）将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，记录电流值，填入表4.1中。（4）用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录之。将测量结果填入表4.1中。图4.1 实验电路表4.1 电路基本测量实验数据US1US2U1U2U3U4U5I1I2I3US1=15V,US2=10VUS1=6V,US2=12VUS1=12V,US2=10V2、令US1=12V,US2=10V，分别以c、e为参考节点，测量图4.1中各节点电位及相邻两点之间的电压值，将测量结果记入表4.2中，通过计算验证电路中任意两节点间的电压与参考点的选择无关。并根据实验数据绘制电路电位图。 表4.2不同参考点电位与电压参考点V、UVaVbVcVdVeVfUabUbcUcdUdaUafUfeUdec节点计算值测量值相对误差e节点计算值测量值相对误差八、实验思考题 1、测量电压、电流时，如何判断数据前的正负号？负号的意义是什么？2、电位出现负值，其意义是什么？3、电路中同时需要15V电源供电，现有两台030V可调稳压电源，问怎样连接才能实现其要求？试画出电路图。4、若I1或I2与图4.1中所标方向相反，测量时能否断定？其含义如何？实验二 戴维南定理一、实验目的1、通过验证戴维南定理与诺顿定理，加深对等效概念的理解。2、学习测量有源二端网络的开路电压和等效电阻的方法。二、实验内容1、测量开路电压Uoc；测量短路电流Isc和等效电阻R0。2、测量有源二端网络的外特性。3、测量等效电压源的外特性；测量等效电流源的外特性。三、实验仪器与设备序号名称型号规格数量备注1可调直流稳压电源030V1实验台固定部分2可调直流恒流源0200mA1实验台固定部分3直流数字电压表1实验台固定部分4直流数字毫安表1实验台固定部分5万用电表MF-30或其他16可调电阻箱0999991ZYDG09或者ZYDG077戴维南定理实验线路板1ZYDG01或者ZYDG01-2或者ZYDG01-3四、实验原理1戴维南定理任何一个线性有源二端网络（或称单口网络），对外电路来说，总可以用一个理想电压源和电阻相串联的有源支路代替，其理想电压源的电压等于原网络端口的开路电压UOC，其内阻等于原网络中所有独立电源为零值时入端等效电阻R0。图8.1戴维南等效电路1、 诺顿定理诺顿定理是戴维南定理的对偶形式，它指出任何一个线性有源二端网络，对外电路而言，总可以用一个理想电流源和电导并联的有源支路来代替，其电流源的电流等于原网络端口的短路电流ISC，其电导等于原网络中所有独立电源为零时的入端等效电导G0。应用戴维南定理和诺顿定理时，被变换的二端网络必须是线性的，可以包含独立电源或受控电源，但是与外部电路之间除直接相联系外，不允许存在任何耦合。图8.2诺顿定理2、 开路电压UOC的测量方法一：电压表直接测量法当有源二端网络的等效电阻R0远小于电压表内阻RV时，可直接用电压表测量有源二端网络的开路电压，如图8.3（a）所示。一般电压表内阻并不是很大，最好选用数字电压表，数字电压表的突出特点就是灵敏度高、输入电阻大。通常其输入电阻在10M欧姆以上，有的高达数百兆欧姆，对被测电路影响很小，从工程角度来说，用其所得的电压即是有源二端网络的开路电压。方法二：零示法在测量具有高内阻含源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示法，如图8.3(b)所示。零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压ES与有源二端网络的开路电压UOC相等时，电压表的读数将为零，然后将电路断开，测量此时稳压源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。 （a）直接测量法 （b）零示法图8.3开路电压的测量3、 等效电阻R0的测量方法一：直接测量法用数字万用电表的电阻档直接测量，测量时首先让有源二端网络中所有独立电源为零，即理想电压源用短路线来代替，理想电流源用开路线代替。这时电路变为无源二端网络，用万用电表欧姆档直接测量a,b间的电阻即可。方法二：加压求流法让有源二端网络中所有独立电源为零，在a,b端施加一已知直流电压U测量流入二端网络的电流I，则等效电阻R0=U/I，以上两种方法适用于电压源内阻很小和电流源内阻很大的场合。方法三：直线延长法当有源二端网络不允许短路时，先测开路电压UOC，然后测出有源二端网络的负载电阻的电压和电流。在电压，电流坐标系中标出（UOC，0）、（U1，I1）两点，过两点作直线，与横轴交点为（0，ISC），则ISC=，所以R0=。方法四：两次求压法测量时先测量一次有源二端网络的开路电压UOC，然后在a、b端接入一个已知电阻RL，再测出电阻RL两端的电压UL，则等效电阻R0=（）RL。显见，以上两种测求方法与有源二端网络的内部结构无关，或者说对网络内电路结构可以不去考虑，这正是戴维南定理和诺顿定理在电路分析与实验测试技术中得到广泛应用的原因所在。五、实验注意事项1、测量时，注意仪表量程的更换。切不可用电流表测量电压，以防烧毁电流表。2、实验步骤7中，电源置零时，不可将直流稳压源直接短接。3、用万用电表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免烧坏万用电表，其次欧姆档必须调零后再进行测量。六、实验内容与步骤1、 利用戴维南定理估算开路电压 Uoc，等效电阻R0，短路电流Isc按图8.4的实验电路接线，设Us=12V，Is=10mA，利用戴维南定理估算开路电压 Uoc，等效电阻R0，短路电流Isc，将计算值填入表8.1中。对使用仪表测量各量时，合理选择量程做到心中有数。图8.4 戴维南定理实验电路表8.1 实验数据表UocR0Isc2、 测量开路电压Uoc将开关S投向可变电阻箱一侧，用电压表测量A、B之间的电压，即为开路电压Uoc，填入表8.2中。3、 测量短路电流Isc和等效电阻R0将开关S投向短路侧，测量短路电流Isc，利用R0=Uoc/Isc，可得等效电阻R0，填入表8.2中。 表8.2 实验数据表Uoc(V)Isc(mA)R0()Uoc/Isc ()实测值4测量有源二端网络的外特性将可变电阻RL（可调电阻箱）接入电路A、B之间，将开关S投向可变电阻一侧，测量有源二端网络的外特性，按表8.3中所列电阻阻值调节RL，记录电压表、电流表读数，填入表8.3中。 表8.3 有源二端网络外特性测量数据RL（）0302005101000U（V）I（mA）4、 测量等效电压源的外特性实验线路如图8.5所示，首先将直流稳压电源输出电压调为US=Uoc，串入等效内阻R0，按步骤4测量之，将测量结果填入表8.4中。图8.5测量等效电压源的外特性表8.4 等效电压源外特性测量数据RL（）0302005101000U（V）I（mA）测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其他方法将被测有源二端网络内的所有独立源置零（将电流源IS断开，去掉电压源，并在原电压源两端所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或直接用万用电表的欧姆档去测A、B两点之间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0或称为网络的入端电阻Ri。实验步骤7：被测网络的等效电阻为517欧姆。七、实验思考题1、在求有源二端网络等效电阻时，如何理解“原网络中所有独立电源为零值”？2、若将稳压电源两端并入一个3K的电阻，对本实验的测量结果有无影响？为什么？3、说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。实验三 日光灯电路及功率因数的提高一、实验目的1、了解日光灯电路的工作原理与接线。2、了解提高功率因数在工程上的意义。3、掌握提高感性负载功率因数的方法。4、进一步熟悉功率表、功率因数表的使用方法。二、实验内容1、日光灯电路及其功率因数的改善。2、感性负载功率因数的提高。三、实验仪器与设备序号名称型号规格数量备注1单相交流电源0220V实验台固定部分2三相自耦调压器实验台固定部分3交流电压表实验台固定部分4交流电流表实验台固定部分5单相功率表实验挂箱ZYD836万用电表7镇流器220V/30W实验挂箱ZYDG068启辉器与30W灯管配用实验挂箱ZYDG069日光灯管220V/30W实验台固定部分10电容器1uF、2.2uF、4.7uF/630V ZYDG06或者ZYDG0811电流插座若干ZYDG08或者ZYDG0912功率因数提高实验线路板实验挂箱ZYDG08四、实验原理1、 日光灯电路原理日光灯电路由灯管、镇流器及启辉器三部分组成。其原理如图17.1所示。灯管在工作时可认为是一个电阻负载R。镇流器是一个交流铁心线圈，可等效为一个电感很大的感性负载（r、L串联）。灯亮后，启辉器就不起作用了。故实际上是一个R、L串联电路，等效电路如图17.2所示。其工作原理如下：当接通220V交流电源时，电源电压通过镇流器施加于启辉器两电极上，使极间气体导电，可动电极（双金属片）与固定电极接触。由于两电极接触不再产生热量，双金属片冷却复原使电路突然断开，此时镇流器产生一较高的自感电动势经回路施加于灯管两端，而使灯管迅速起燃，电流经镇流器、灯管而流通。灯管起燃后，两端压降较低，启辉器不工作，日光灯正常工作。图17.1 日光灯原理电路 图17.2日光灯等效电路2、 功率因数的提高电力系统中的大多数负载，如异步电动机、日光灯等都是感性负载，功率因数较低，对电力系统的运行不利。一是使电源设备的利用率减低，二是降低了输电线路的输电功率。也就是说，负载的有功功率一定时，有关系式I=P/UCos，可见，功率因数低，线路电流就大，输电线路上的功率消耗I2r也就增大（r为线路等值电阻），使输电功率降低。因此提高负载的功率因数有着重要的经济意义。提高功率因数即在不改变原负载工作状态的条件下，设法减小线路电流。常用的方法是感性负载并联电容补偿之，容性负载并联电感补偿之。图17.3感性负载电路 图17.4相量图在感性负载两端并联电容器后的相量图如图17.4所示。若忽略线路阻抗，并联电容后并不改变原负载的工作状况，但却通过容性电流对感性电流的补偿，提高了功率因数，降低了对电源输出电流的要求，可增加一定容量电源的带载能力。根据图17.4所示的相量图，可确定将功率因数从0=cos0提高到=cos时所需并联的电容。参考以下公式计算：P=UI=UI00 I0= I= IC=I0sin0-Isin C= 负载消耗的电能是供电部门或用户的一个重要指标，电能用电度表测量。五、实验注意事项1、本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。2、每次换接线路，均要断开电源，不得在通电状态下换接线路，以免造成人身危险。3、在接通电源前，应先将自耦调压器手柄置在零位上。4、功率表要正确接入线路，读数时要注意量程和实际读数的折算关系。5、线路接线正确，日光灯不能启辉时，注意检查启辉器及其接触是否良好。六、实验内容与步骤1、 日光灯电路及其功率因数的改善（1）按图17.5实验电路接线，电源电压取自实验装置配电屏上的可调电压输出端，逆时针旋转调压手柄，将调压器调到指示为零，功率因数表接线方式同功率表，电流线圈串入电路，电压线圈并入电路，参考实验十五中功率表的接线说明。接线完毕经指导教师检查后，方可接通市电电源。图17.5实验电路实验用的日光灯管安装在实验装置的顶端，灯管两端引出的四根绝缘导线与实验装置的电源控制屏上的日光灯管线路图的四个蓝色护套插座相连。 （2）将S1、S2、S3断开，将自耦调压器的输出电压调至220V，用交流电压表测量电源电压U、灯管电压U1、镇流器电压U2，通过一只交流电流表和三只电流插座分别测量三条支路的电流，用单相功率表测量功率，并记入表17.1中。表17.1测量数据计算数据U(V)U1(V)U2(V)IL(A)P(W)CosR=|Z|=XLLCos（3）分别并联电容C1、C1+C2、C1+C2+C3，每改变一次电容值，测一次有关参数，记入表17.2中。（4）在同一坐标系作I=f(C)和cos=f（C）曲线，并分析曲线成因。 表17.2电容器测量数据计算数据标算值U（V）I（A）IL（A）IC（A）P（W）CosC=Cos0=1uF2.2uF3.2uF4.7uF5.7uF6.9uF七、实验思考题1、在日常生活中，当日光灯上缺少启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？2、提高感性负载的功率因数，为什么不采用给负载串联电容的方法？所并电容器是否越大越好？3、并联电容后，总电流和功率因数有何变化？以此说明提高功率因数的实际意义。4、怎样判断电路工作在=1的状态？实验四 三相交流电路的研究及测量一、实验目的1、掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法，验证这两种接法下线电压、相电压，线电流、相电流之间的关系。2、充分理解三相四线供电系统中中线的作用。3、掌握三相交流电路相序的测量方法。二、实验内容1、三相负载星形联接，三相四线制Y0形联接（有中线）；三相三线制Y形联接（无中线）；验证这两种接法下线电压、相电压，线电流、相电流之间的关系。判断三相电源的相序。2、负载三角形联接（三相三线制供电），验证这种接法下线电压、相电压，线电流、相电流之间的关系。三、实验仪器与设备序号名称型号与规格数量备注1三相交流电源3 0220V1实验台固定部分2三相自耦调压器1实验台固定部分3交流电压表1实验台固定部分4交流电流表1实验台固定部分5三相灯组负载25W/220V 白炽灯9实验挂箱ZYDG086电流插座若干实验挂箱ZYDG09四、实验原理1、三相负载可接成星形（又称“Y”接）或三角形（又称“”接），当三相对称负载作Y形联接时，线电压U1是相电压UP的倍，线电流I1等于相电流IP。即当采用三相四线制接法时，流过中线的电流I00，所以可以省去中线。当对称三相负载作形联接时，有。2、不对称三相负载作Y联接时，必须采用三相四线制接法，即Y0接法。而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。倘若三相负载不对称而又无中线（即三相三线制Y接）时，负载的三个相电压不再平衡，各相电流也不相等，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。3、对于不对称负载作接时，但只要电源的线电压U1对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，各相负载工作没有影响。4、为防止三相负载不对称而又无中线时相电压过高而损坏灯泡，本实验采用“三相220V电源”，即线电压为220V，可以通过三相自耦调压器来实现。5、 图23.1为相序指示器电路，用以测定三相电源的相序U、V、W。它是由一个电容器和两个瓦数相同白炽灯连接成的星形不对称三相负载电路。如果电容器所接的是U相，则灯光较亮的是V相，较暗的是W相。（相序是相对的，任何一相均可作为U相，但U相确定后，V相和W相也就确定了）。图23.1五、实验注意事项1、本实验采用三相交流市电，线电压为380V，应穿绝缘鞋进入实验室。实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。2、每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先接线，后通电；先断电，后拆线的实验操作原则。3、星形负载做短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。4、为防止三相负载不对称而又无中线时相电压过高而损坏灯泡，本实验采用“三相220V电源”，即线电压为220V，可以通过三相自耦调压器来实现。六、实验内容与步骤1三相负载星形联接按图23.2线路组接实验电路，即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源，并将三相调压器的旋柄置于三相电压输出为0V的位置，经指导教师检查后，方可合上三相电源开关，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V（即火线与火线之间的线电压为220V；亦即U、V之间的电压为220V，V、W之间的电压为220V，U、W之间的电压为220V）。图23.2三相负载