电工基础实验讲义.doc

再版说明由于近年来我校电工电子实验设备有了较大的改进，教学要求也在不断发生变化，学生情况也和以前有了区别，为了更好地适应理论教学和培养学生动手能力的需求，我们本着简单、实用的原则，对原电工基础实验讲义作了较大的修改，由于时间仓促，讲义中难免存在错误、缺点，敬请广大师生批评、指正。 电子学科组2003年8月说 明本讲义是根据中等专业学校工科电工类电工基础实验教学大纲结合我校机电专业编写的，供四年制机电专业电工基础实验教学使用。非电类专业电工学实验可选用部分实验进行教学。本讲义直流、交流电路实验由本校电工实验室吴声锰、周懿同志编写，电工学补充实验由陈均岚同志编写，今后随着本校教学条件的改善，将进一步充实实验教学内容。由于编者水平有限，书中错误缺点难以避免，希广大师生、读者批评指正。 编者一九九六年十二月概 述电工实验课是一门着重培养学生掌握电工实验基本技能以及应用电工基础理论分析解决实际问题能力的技术基础课。一、电工实验课的目的和要求：（1）本实验课是电工基础教学中实践环节，进行电工实验基本技能的训练。通过电工实验，学会使用各种常见的电工仪表以及常用的电工实验设备，按电路图正确接线，认真观察实验现象，正确处理实验数据，分析实验结果，写出实验报告。（2）理论联系实际，培养分析和解决实际问题的能力，巩固和加深新学到的电工基础理论知识。（3）学会常用电工仪表的选用、使用方法及测量。（4）培养实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯。（5）培养安全用电、爱护公物的良好习惯，团结互助的优良品德。二、电工实验课的主要步骤：（一）预习 在实验前要认真阅读实验指导书，复习有关的理论，明确实验目的，了解实验原理、线路、方法和步骤，看懂（或自行拟定）实验电路图，搞清仪器设备的使用，对实验中要观察哪些现象、记录哪些数据、注意事项做到心中有数，并备好记录表格。（二）实施实验1、准备工作到实验室后，应先认真听取指导教师对本次实验的说明，然后到指定的桌位做好下列准备工作：清点仪表设备是否齐全完好，并了解它们的使用方法。做好本组同学之间的接线、操作、记录、监护等项工作的分工。2、连接实验线路在断开电源的情况下按实验电路接线。接线是很重要的一步，往往短路事故、仪表反偏、设备损坏，都是由这一步的错误造成。一般先接主要的串联电路，然后再连接分支电路。联结要牢靠，所有仪表设备的布局及布线，要尽量做到安全、方便、整齐和减少相互影响。接线完成后，同组同学进行互检，确认无误，报告指导教师复检。严禁未检查接通电源。3、 接通实验电源接通电源时要眼观全局，注意观察仪表设备有无异常，若有异常，立即切断电源，查出原因，排除故障，方可进行实验。4、操作、观察、读取数据操作前要做到心中有数、目的明确。操作要胆大心细，并同时认识观察实验现象。实验现象、数据应正确、完整、清楚做好记录，这是实验的原始数据。认真审查数据，是否正确、遗漏，若有及时补正。所测数据最后要经教师审查。5、扫尾工作完成规定的全部实验项目，审查数据、现象，完整后方可拆线。并做好仪器仪表、实验器材整理工作。经教师检查后方可离开实验室。三、编写实验报告：实验报告是实验工作的全面总结，要用简明的形式将实验情况完整、真实的表达出来。实验报告应字迹端正、图表清晰、分析合理、讨论深入、结果正确、实事求是的写出实验报告。完整的实验报告一般应包括以下内容：（1） 实验名称、日期、班级、组别、实验者的姓名和学号。（2） 实验目的。（3） 实验器材、仪器仪表的名称、型号、主要规格和编号。（4） 实验任务、实验原理、实验电路图和实验步骤。（5） 实验数据图表、分析计算、曲线图、矢量图。（6） 实验结论、问题讨论、心得体会，改正意见、建议等。四、严格遵守实验室守则，安全规则：1、实验室守则（1） 实验前必须认真按指导书要求预习，没有预习不准进入实验室。（2） 进入实验室后应认真检查桌子上的仪器，设备和材料，检查无误后请在实验记录卡上签上班级和姓名。如发现缺少和损坏，应及时报告指导老师调换，否则一切由学生自己负责。（3） 实验时必须认真，不能大声喧哗，不能串位，实验必须独立完成。（4） 实验课不得无故迟到、早退和缺席，有事必须向指导老师请假，否则按旷课论处，且本实验按零分记载，不得补做。（5） 未经指导老师许可不准通电，以防损坏仪器设备及发生伤亡事故。（6） 未经指导老师许可，不准拿用其它桌子上的器材和仪器。（7） 实验时要爱护公物，损坏实验设备，照价赔偿。（8） 实验结束整理好仪器设备，请指导老师检查无误签字后才能离开，否则发现短缺和损坏，由学生负全部责任。2、电工实验安全规则（1） 进行实验时要严肃认识，不得做与规定实验无关的事。（2） 对实验仪器仪表、器材等设备在未弄清其使用方法之前不得使用。使用时要轻拿轻放、放置稳妥。不得拆卸仪表仪器。因使用不当造成损坏按有关规定处理。（3） 实验线路接好后，应经过认真检查并通知全组人员后，方可接通电源。（4） 实验中不得触摸带电部分，改接线路及拆线时应断开电源，电容放电后进行。（5） 每次实验都应先调试电源，认真观察，确认无误后，才可再正式进行测试。一旦发生异常，应立即切断电源，报告教师，查找原因，待故障排除后重新接通电源（6） 实验完毕后应随即切断电源。为了确保人身安全，设备仪器安全，必须认真遵守本规则。实验一 认识实验、电压与电流的测量一、实验目的：1、了解实验室的直流电源和交流电源。2、学会使用万用表测量交、直流电压。3、学会使用直流电流表测量直流电流。二、仪器设备：1、电工电子实验台一套2、万用表一只三、原理与说明：1、实验配电装置 了解本实验室电源配置情况。2、直流稳压电源的使用（1） 熟悉直流稳压电源面板上各开关旋钮的位置，了解其使用方法。（2） 将电源总开关合上，然后合上直流稳压电源的电源开关。接通电源后，面板上指示灯应亮。（3） 首先调电源电压输出使电压值调节到相应的指示值附近。（4） 用万用表直流电压档复测直流输出电压值，以万用表的指示值为依据，调准直流输出电压。（5） 在输出端子接上输出导线，接至相应的实验电路中，正极接“+”，负极接“”。3、用万用表测交、直流电压（1）交流电压的测量本实验室所使用的万用表型号为MF-500型。首先将功能开关置于“V”位置，再旋转量程开关至“V”位置，依据被测量电压的大小选用适当的档位。在不知被测电压大小时，应从最高量程试起，逐渐减至适当的档位上。换档时应注意仪表必须在脱离电源时进行。将万用表的测试棒插入响应的测试孔，红色测试棒插入“+”插孔，黑色测试棒插入“*”插孔，并接在被测电路上，交流电压讯号通过测试棒输入万用表，此时表头上就能指示被测交流电压的值，在“V”标度尺上读出其数值，就是我们所需的值，并相应地作好记录。（2）直流电压的测量将功能开关置于“V”位，量程开关置于“V”位。依据被测电压的大小，选用适当的档位，在不知被测电压的大小时，应从最高量程试起，逐渐减至适当的档位。红色测试棒插入“+”插孔，黑色测试棒插入“*”插孔。红色测试棒接高电位，黑色测试棒接低电位，并接在被测电路上。直流电压讯号通过测试棒输入万用表，在“V”标度尺上读出其相应的数值，并作好记录。4、 用直流电流表测量直流电流（1）直流电流表的选用 测量直流电流的仪表称为直流电流表。根据测量范围的不同，可分为直流微安表、毫安表、安培表。根据被测直流电流的大小选用合适直流电流表，一般选用其指示值超过仪表标度尺三分之二的为好，这样可减小测量的误差。（2）直流电流表在电路中的连接为了达到测量电流的目的，必须使被测电流通过测量用的电流表，所以电流表必须串联在被测电路中。这样被测电流通过电流表的测量机构，电流表偏转口就可在标度尺上读出所串联的电流。在直流电路中，串联电流表时应注意电表的极性，电流从“+”端流入，“”端流出，否则指针反转会损坏电表。四、实验内容及步骤：1、测交流电源电压 用万用表交流电压档测实验桌上交流电源电压，记入表11中。项目测 量 交 流 电 压相 电 压线 电 压UUNUVNUWNUUVUVWUWU单位数值表112、测直流电压和直流电流 在电工实验台上按图11接线，用万用表直流电压档测U0、U1、U2，用直流电流表测I0、I1、I2，记入表12中。（说明：电阻R0两端的电压为U0，流过R0的电流为I0，其余类推） 图11项目测量直流电压测量直流电流UU0U1U2I0I1I2单位V数值10表12五、写出实验报告：六、思考题：1、电流表、电压表在电路中应怎样连接？2、常用测量电阻的方法有哪几种？实验二 直流电路的电压和电位测量一、实验目的：1、掌握测量电路中各点电位的方法。2、加深理解电位、电压的关系。二、仪器设备：1、电工电子实验台一套2、万用表一只三、实验原理与方法说明：1、参考点 电路中的参考点（零电位点）是任意选定的，实际上它是一个公共点。公共点的电位可以任意指定（一般指定为零）。以公共点的电位作为标准之后，其余各点的电位高低才能比较出来。2、电位的单值性和相对性 当参考点选顶后，各点电位就有一个固定的值，这就是电位的单值性。参考点不同， 各点电位就不同，它们同时升高或降低了一个值，这就是电位的相对性。但任何两点的电压与参考点的选择无关。注意同一电路上每次测量只能选一个参考点。3、用电压表测量电位 当电压表接在参考点与被测点之间，电压表的读数就是被测点的电位。当电压表的负端接于参考点时被测点的电位为“+”；当电压表的正端接于参考点时被测点的电位为“”。4、电位的升高和降低在电阻上电位顺着电流的方向降低。有电源的地方若电源与电流的方向一致，则电位沿电流的方向升高，如果电流与电源的方向相反，则沿电流的方向电位降低。5、等位点在电路中可能有些点的电位相等， 叫等位点。用导线将等电位点连起来，导线中不会有电流，同时其余各点电位以及其余部分的电流、电位也不会改变。四、实验内容及步骤：1、在实验台上按图21接线，经检查无误后接通电源。2、以b点为参考点，测出回路bcdE2eaE1b中各点电位并计算Ucd、Uea、Uac、U，记入表21中。3、以c点为参考点，测出回路cdE2eac中各点电位，并计算Ucd、Uea、Uac、U，记入表21中。4、比较表21中数据验证电位、电压与参考点选择的关系。 图21项 目测 量计 算回 路电位UcUdUeUa电压UcdUeaUacUbcdE2eaE1b单位单位参考点b数值数值回 路电位UbUdUeUa电压UcdUeaUacUCdE2eac单位单位参考点c数值数值表21五、写出实验报告：六、思考题：电位与电压有何区别？两点间的电压为零，它们的电位是否也为零？实验三 验证基尔霍夫定律一、实验目的：1、验证基尔霍夫定律。2、加深理解参考方向和绕行方向的作用。二、仪器设备：1、电工电子实验台一套2、万用表一只三、原理和方法说明：1、参考方向 图31（a）是网络中的一条支路，该支路中电流实际方向并不知道，尚待测定。电流可能从a端流向b端，也可能从b端流向a端，我们可以在这两个方向上任选一个作为取正值的方向，称为参考方向，又叫正方向。如果电流的实际方向与参考方向一致，电流取正值。反之，电流取负值。如图31（b）取正值，图31（c）取负值。因此选定了参考方向之后，我们就可以用“+”、“”来表明电流的实际方向。 （a） （b） （c）图312、基尔霍夫定律 基尔霍夫定律是电路理论中最基本也是最重要的定律之一。它概括了电路中电流和电压分别遵循的基本规律。 基尔霍夫第一定律（电流定律）指出，流入节点的电流代数和恒等于零，即I=0。它是电流连续性原理的反映。 基尔霍夫第二定律（电压定律）指出，沿电路中任一闭合回路绕行一周，各段电压降的代数和等于零。它是电压与路径无关的反映。电流、电动势和各段电压的参考方向与绕行方向一致者取正号，相反者取负号。数字表达式为U=0或E=IR。四、实验内容及步骤：1、按图32接实验电路。调电源E1和E2至给定值。图322、基尔霍夫电流定律的验证：设电流参考方向。以节点d为验证节点。测出I1、I2、I3。注意测得值应有正负号。记入表31中。 项目给 定测 量计 算E1E2I1I2I3I=I1+I2+I3 =单位VVmAmAmA数值1015表313、基尔霍夫电压定律的验证设回路绕行方向。分别测出Uab，Ubc，Udb，注意测得值有正负号，记入表32中。项目给定测 量计 算E1E2UabUbcUbd回路abcda:U=Uab+Ubc+E1+E2=回路abda:U=Uab+Ubd+E1=回路bcdb:U=Ubc+E2 +Ubd=单位VV数值1015表32五、写出实验报告：六、思考题：若实验结果有误差，试分析产生误差的原因。提出建议，怎样实验更为合理？实验四 叠加原理一、实验目的：1、验证叠加原理。2、进一步熟悉电工电子实验台使用方法。二、仪器设备：1、电工电子实验台一套2、万用表一只三、原理与说明：叠加原理指出，有多个电源作用的线性电路中，任一支路的电流或电压等于每个电源单独作用时，在该支路中所产生的电流或电压的代数和。当一个电源单独作用时，其它电源应去掉，但必须保留其内阻。当实际电源的内阻很小时，可忽略不计，则去掉电源后，该处可用导线短接，如电源为电池、发电机、稳压电源等。若是电流源由于其内阻很大，则应将该处断开。四、实验内容及步骤：按图41接实验线路，调节E1,E2到给定值。图411、测量E1单独作用时各支路电流I1，I2，I3，及Uab，Ubc，Udb记入表41中。这时实验线路如图42所示。拆除E2，用短路线短接该处。图422、测量E2单独作用时，各支路电流I1”， I2”， I3”，及Uab”，Ubc”，Udb”记入表41中。这时实验线路如图43所示。接上电源E2，拆除E1，用短路导线短接该处。图433、E1、E2共同作用： 测量E1、E2共同作用时各支路电流I1，I2，I3及Uab，Ubc，Udb记入表41中。这时实验电路如图41所示，拆除原E1处的短接导线，将E1接入该处。单 位测量数据E1单独作用I1=I2=I3=Uab=Ubc=Udb=E2单独作用I1”=I2”=I3”=Uab”=Ubc”=Udb”=E1E2共同作用I1=I2=I3=Uab=Ubc=Udb=表414、验证叠加原理：根据表41的测量数据，验证各支路电流及电压是否符合叠加原理，即计算 I1=I1+I1” I2=I2+I2” I3=I3+I3”Uab=Uab+Uab” Ubc=Ubc+Ubc” Ubd=Ubd+Ubd”五、写出实验报告：六、思考题：电路中的功率是否可用叠加原理？为什么？试计算R3上的功率。提示：由P3=I3Udb，P3=I3Udb，P3”=I3”Udb”，是否有P3=P3+P3”的关系？实验五 戴维南定理及负载功率曲线的测绘一、实验目的：1、验证戴维南定理。2、学会测量有源二端网络的开路电压和入端电阻。3、验证负载从电源获得最大功率的条件。二、仪器设备：1、电工电子实验台一套2、万用表一只三、原理与说明：戴维南定理是指一个由线性元件构成的任何有源二端网络外部特性来讲，可由一个等效电源来代替，等效电源的端电压等于该二端网络的开路电压Uo，内电阻Ro等于该二端网络中所有独立电源为零值，但保留其内阻时的等效输入电阻。等效电源的电压和等效电阻，可由计算得到，也可用实验方法测得。用电压表测量引出端负载开路时的电压，就是开路电压Uo（如图51所示）。而入端电阻则用电流表接入网络引出端（如图52所示）测出短路电流Is然后按下式计算得到。Ro=UoIs四、实验内容及方法：1、在实验板上按实验图51接线。ab两端为网络的两个引出端，其左边为有源二端网络。图512、测定等效电路的电源电压Eo、等效内电阻Ro： 用万用表直流电压档测出ab两端电压即为开路电压Uo= 伏。用直流电流表接于ab两端其读数为短路电流Is= 毫安。其入端电阻Ro可由Ro=UoIs计算得到。Uo就是等效电路的电源电压Eo。Ro就是等效电路的内电阻Ro。3、测定有源二端网络的外特性：在图51ab两端分别接入负载电阻RL，测出负载端的电压和电流，记入表51中，并计算PL。项 目单位R1=100R2=150R3=330R1=510测量UI计算PL表514、测定等效电路的外特性：按图52接成等效电路，这时Eo为原电路的开路电压Uo。Ro为原电路ab两端的入端的内电阻。在等效电路ab两端分别接入负载电阻RL，分别测出负载端的电压和电流，记入表52中，并计算PL。图52项 目单位R1=100R2=150R3=330R1=510测量UI计算PL表525、作外特性曲线：利用表51、表52的测量数据分别作出外特性曲线U=f(I)及U=f(I)并加以比较，若二者一致则戴维南定理得到验证。利用表51、表52的计算数据作出功率曲线P=f(I)及 P=f(I)，从曲线上求出最大功率Pmax和Pmax，并检验其是否符合负载最大功率的条件Ri=Ro及I=Is/2。五、写出实验报告：六、注意事项： 断路实验时，电流不许超过设备额定值。七、思考题：确定Ro还有哪些方法？实验六 RLC串联谐振一、实验目的：1、学会用实验方法测定谐振频率。2、加深对串联谐振特点的理解。二、仪器设备：1、电工电子实验台一套2、晶体管毫伏表一台三、实验原理与说明：RLC串联电路中，如图61所示。当外加正弦交流电压的频率可变时，电路中的感抗XL、容抗XC都随着外加电源频率的改变而变化。其电流与电压的关系为U=IZ，其有效值为I=U/Z，式中Z=R2+(XLXC)2XL=L XC=1/(C) =2f当L1/(C)时，ULUC，电路呈容性；当L=1/(C)时，UL=UC，电路呈电阻性；当L1/(C)时，ULUC，电路呈感性。我们把XL= XC这一状态下的串联电路称为串联谐振（又叫电压谐振）。串联谐振条件为L=1/(C)，根据这一条件，可知改变f、L、C三者之一都可使电路发生谐振，其谐振时的频率为fo=1/（2LC），谐振时电流I=U/Z为最大，且电流与总电压同相位。改变f即可得到谐振曲线如图62所示。 图61 图62 品质因数Q：谐振时UL与总电压U之比为UL /U=I XL /IR=L/R=1/（RC），令Q=L/R=1/（RC），Q为电路的品质因数，它是由电路的参数决定的。当L、C为定值时，Q受R影响，R越小Q越大。谐振时UL=QU，UC =QU，若XL= XCR，则Q1，电容上的电压会大于输入电压。只改变R的大小时，可作出不同Q值的谐振曲线，Q值越大曲线越尖锐。四、实验内容及步骤：1、按实验图63接线，电感选元件盒L（8），C取0.01uF，R取680。图632、调节正弦信号源（函数发生器）输出，使U1=3V，观察U2的变化，找到使U2达到最大值的频率，此频率就是使电路达到谐振状态的谐振频率，并记录下来：f= Hz。3、在谐振频率之下和之上分别选4至5个测量点，用晶体管毫伏表测出U2，记入表61中。项 目单位顺 序改变fU2U2表614、将电阻R换为1.5K，重做上述内容，测出U2，记入表61中。五、写出实验报告：根据表内数据作出U2（f）、U2（f）曲线，并从曲线上求出fo值。六、注意事项：在本实验进行过程中，改变函数发生器的频率f时，其输出电压U1应保持不变。七、思考题：1、串联谐振时，UR、UC是否会超过U？为什么？2、理论计算的fo与实验得出的fo是否相等？如不相等，请分析原因。实验七 日光灯电路和功率因数提高一、实验目的：1、了解日光灯的连接线路和工作原理。2、了解提高功率因数的意义和方法。二、仪器设备：1、电工电子实