电工学实验指导书.doc

实验一 线性电路叠加性和齐次性的研究 一、实验目的1.验证叠加原理；2.了解叠加原理的应用场合；3.理解线性电路的叠加性。二、原理说明叠加原理指出：在有几个电源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。具体方法是：一个电源单独作用时，其它的电源必须去掉（电压源短路，电流源开路）；在求电流或电压的代数和时，当电源单独作用时电流或电压的参考方向与共同作用时的参考方向一致时，符号取正，否则取负。在图11中： 叠加原理反映了线性电路的叠加性，线性电路的齐次性是指当激励信号（如电源作用）增加或减小倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压值）也将增加或减小倍。叠加性和齐次性都只适用于求解线性电路中的电流、电压。对于非线性电路，叠加性和齐次性都不适用。三、实验设备1.直流数字电压表、直流数字毫安表 2.恒压源（含6V，12V，030V可调）3.EEL74A组件（含实验电路）四、实验内容实验电路如图12所示，图中：R1 = 150， R2 = R5 = 100， R3 =200, R4 = 300，电源US1用恒压源中的12V输出端，US2用030V可调电压输出端，并将输出电压调到6V（以直流数字电压表读数为准），将开关S3投向R3侧。1.US1电源单独作用（将开关S1投向US1侧，开关S2投向短路侧），参考图11（b），画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。用直流数字毫安表接电流插头测量各支路电流：将电流插头的红接线端插入数字毫安表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入数字毫安表的黑（负）接线端，测量各支路电流，按规定：在结点A，电流表读数为，表示电流流出结点，读数为，表示电流流入结点，然后根据电路中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并将数据记入表1中。用直流数字电压表测量各电阻元件两端电压：电压表的红（正）接线端应插入被测电阻元件电压参考方向的正端，电压表的黑（负）接线端插入电阻元件的另一端（电阻元件电压参考方向与电流参考方向一致），测量各电阻元件两端电压，数据记入表1中。表1 测量项目实验内容US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAC (V)UEC (V)UDB (V)UDF (V)UCD (V)US1单独作用0US2单独作用0US1, US2共同作用2.US2电源单独作用（将开关S1投向短路侧，开关S2投向US2侧），参考图11(c)，画出电路图，标明各电流、电压的参考方向。重复步骤1的测量并将数据记录记入表格1中。3.US1和US2共同作用时（开关S1和S2分别投向US1和US2侧），各电流、电压的参考方向见图12。完成上述电流、电压的测量并将数据记录记入表格2中。4.将开关S3投向二极管侧，即电阻R3换成一只二极管，重复步骤4的测量过程，并将数据记入表1中。表1 测量项目实验内容US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAC (V)UEC (V)UDB (V)UDF (V)UCD (V)US1单独作用0US2单独作用0US1, US2共同作用*5。故障分析1）US1和US2共同作用时（开关S1和S2分别投向US1和US2侧，S3投向R3，电路为线性。测试表1-3中数据，并根据测试数据分析故障点。表1-3 测量项目实验内容US1(V)US2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAC (V)UEC (V)UDB (V)UDF (V)UCD (V)故障b故障c故障d五、实验注意事项1.用电流插头测量各支路电流时，应注意仪表的极性，及数据表格中“、”号的记录；2.注意仪表量程的及时更换；3.电源单独作用时，去掉另一个电压源，只能在实验板上用开关或操作，而不能直接将电源短路。六、预习与思考题1、 叠加原理中US1, US2分别单独作用，在实验中应如何操作？可否将要去掉的电源（US1或US2）直接短接？2、 实验电路中，若有一个电阻元件改为二极管，试问叠加性与齐次性还成立吗？为什么？七、实验报告要求1.根据表11实验数据一，通过求各支路电流和各电阻元件两端电压，验证线性电路的叠加性；2.各电阻元件所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据计算、说明；3.根据表12实验数据二，说明叠加性是否适用该实验电路。实验二 提高功率因数的研究一、 实验目的1、 学会使用交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器；2、 学习用交流数字仪表测量交流电路的电压、电流和功率；3、学会用交流数字仪表测定交流电路参数的方法；4、研究提高感性负载功率因数的方法和意义；二、 原理说明 正弦交流电路中各个元件的参数值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压，流过该元件的电流和它所消耗的功率，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用来测量Hz交流电路参数的基本方法。本次实验电阻元件用日光灯、电感线圈用镇流器，由于镇流器线圈的金属导线具有一定电阻，因而，镇流器可以由电感和电阻相串联来表示。电容器一般可认为是理想的电容元件。在R、L、C串联电路中，各元件电压之间存在相位差，电源电压应等于各元件电压的相量和，而不能用它们的有效值直接相加。电路功率用功率表测量，功率表（又称为瓦特表）是一种电动式仪表，其中电流线圈与负载串联，（具有两个电流线圈，可串联或并联，以便得到两个电流量程），而电压线圈与电源并联，电流线圈和电压线圈的同名端（标有*号端）必须连在一起，如2-1图所示。本实验使用数字式功率表，连接方法与电动式功率表相同，电压、电流量程分别选450V和3A。通常提高电感性负载功率因数的方法是在负载两端并联适当数量的电容器，使负载的总无功功率QQLQC减小，在传送的有功率功率P不变时，使得功率因数提高，线路电流减小。当并联电容器的QCQL时，总无功功率Q0，此时功率因数1，线路电流I最小。若继续并联电容器，将导致功率因数下降，线路电流增大，这种现象称为过补偿。负载功率因数可以用三表法测量电源电压U、负载电流I和功率P，用公式 计算。本实验的电感性负载用铁心线圈，电源用220V交流电经自耦调压器调压供电。三、实验设备1.交流电压表、电流表、功率表2.自耦调压器（输出交流可调电压）3.EEL52组件三、 实验内容1、用三表法测量交流电路参数实验电路如图22所示，（电容器支路开关断开）将电压U调到220V，测量日光灯管两端电压UR、镇流器电压URL和总电压U以及电流和功率，将测量结果填入表2-1，并计算有关参数。表2-1 交流电路参数被 测 量计 算 参 数V（V）URL（V）UR（V）I (A)P (W)PR(W)r()L（H）R()cos2.提高电感性负载的功率因数保持电源电压U等于220V，接通电容器C并改变其容量，测量电源电压U、负载电压Ul 、线路电流I、电容电流IC、负载电流IRL和功率P（注意观察它们的变化情况，并寻找最佳补偿点），记入表22中，并绘制C-f(I) 、C-f(IC )曲线。表22 提高电感性负载功率因数实验数据C ()U（V）I (A)IC (A)IRL(A)P (W)cos00.471.472.23.24.35.36.57.5五、实验注意事项1.功率表要正确接入电路，通电时要经指导教师检查。2.注意自耦调压器的准确操作。3.在实验过程中，一直要保持电源电压U等于220V，以便对实验数据进行比较。4观察EEL-52电容箱有否触壳。六、预习与思考1.一般的负载为什么功率因数较低？负载较低的功率因数对供电系统有何影响？为什么？2.为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小？此时感性负载上的电流和功率是否改变？3.提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？4.本实验烧毁日光灯的因素有哪些。七、实验报告要求1.根据实验1、2数据，计算出日光灯和并联不同电容器时的功率因数。并说明并联电容器对功率因数的影响。2.根据表21中的电流数据，说明 IICIRL吗？为什么？实验三 、串联谐振电路的研究一、实验目的1、 加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路值）、通频带的物理意义及其测定方法；2、 学习用实验方法绘制、串联电路不同Q值下的幅频特性曲线；3、 熟练使用信号源、频率计和交流毫伏表。二、原理说明在图2所示的、串联电路中，电路复阻抗，当时，ZR ，与同相，电路发生串联谐振，谐振角频率，谐振频率。在图31电路中，若为激励信号，为响应信号，其幅频特性曲线如图32所示，在时，A1，URU ，时，URU ，呈带通特性。A0707，即UR0707U 所对应的两个频率L和为下限频率和上限频率，L为通频带。通频带的宽窄与电阻R有关，不同电阻值的幅频特性曲线如图33所示。电路发生串联谐振时，URU ，ULUCQU ，Q称为品质因数，与电路的参数R、L、C有关。值越大，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄，电路的选择性越好，在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数，而与信号源无关。在本实验中，用交流毫伏表测量不同频率下的电压U 、UR、UL、UC，绘制、串联电路的幅频特性曲线，并根据计算出通频带，根据或计算出品质因数,三、实验设备.信号源（含频率计）.交流毫伏表.EEL52、EEL51D组件四、实验内容 实验电路如图31所示，图中：L15H，R、C可选不同数值，信号源输出正弦波电压作为输入电压，调节信号源正弦波输出电压，并用交流毫伏表测量，使输入电压的有效值1，并保持不变，信号源正弦波输出电压的频率用频率计测量。.测量、串联电路谐振频率 选取R100，C9000PF，调节信号源正弦波输出电压频率，由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出电压不变，用交流毫伏表不断监视），并用交流毫伏表测量电阻R两端电压UR，当UR的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振频率0，并测量此时的UC与UL值（注意及时更换毫伏表的量限），将测量数据记入自拟的数据表格中。2. 测量、串联电路的幅频特性在上述实验电路的谐振点两侧，调节信号源正弦波输出频率，分别以谐振点时UR的0.9、0.707、0.5、0.3、0.1倍的电压值读出信号源相应的频率，同时测试电路发生谐振时UL和UC的 值，记入表21中。 3. 选取R51，C9000PF，L15H，重复上述内容。表21 幅频特性实验数据一f(Hz)UR(V)UL(V)UC(V)五、实验注意事项1.测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点，在改变频率时，应调整信号输出电压，使其维持在不变；2.在测量UL和UC数值前，应将毫伏表的量限改大约十倍，而且在测量UL与UC时需注意电路的连接方式，使仪器、仪表及实验电路共地。六、预习与思考1.根据实验1、3的元件参数值，估算电路的谐振频率，自拟测量谐振频率的数据表格；2.改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中的数值是否影响谐振频率？3.如何判别电路是否发生谐振？测试谐振点的方案有哪些？4.电路发生串联谐振时，为什么输入电压不能太大，如果信号源给出的电压，电路谐振时，用交流毫伏表测和，应该选择用多大的量限？为什么？5.要提高、串联电路的品质因数，电路参数应如何改变？七、实验报告要求1. 试总结串联谐振的特点2.根据测量数据，绘出不同值的三条幅频特性曲线： Rf (f)3.计算出通频带与值，说明不同值时对电路通频带与品质因素的影响；4.对两种不同的测值的方法进行比较，分析误差原因； 实验四 三相电路电压、电流的测量一、实验目的1.练习三相负载的星形联接和三角形联接；2.了解三相电路线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系；3.了解三相四线制供电系统中，中线的作用；4.观察线路故障时的情况。二、原理说明电源用三相四线制向负载供电，三相负载可接成星形（又称形）或三角形（又称形）。当三相对称负载作形联接时，线电压是相电压的倍，线电流等于相电流，即： ，流过中线的电流N；作形联接时，线电压等于相电压，线电流是相电流的倍，即： 不对称三相负载作联接时，必须采用接法，中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压（三相对称电压）。若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，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；对于不对称负载作 联接时，但只要电源的线电压对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。 本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组白炽灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。三、实验设备1.三相可调交流电源2.交流电压表、电流表 3.55B组件（含40W白炽灯、电流插座、电容）四、实验内容 1.三相负载星形联接（三相四线制供电）实验电路如图41所示，将白炽灯按图所示，连接成星形接法。用三相调压器调压输出作为三相交流电源，具体操作如下：将三相调压器的旋钮置于三相电压输出为的位置（即逆时针旋到底的位置），然后旋转旋钮，调节调压器的输出，使输出的三相线电压为。测量线电压和相电压，并记录数据。 (1)在有中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流和各相电压，将数据记入表41中，并记录各灯的亮度。(2)在无中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、各相电压和电源中点N到负载中点N的电压UNN，将数据记入表41中，并记录各灯的亮度。表4 负载星形联接实验数据 中线连接内 容 负载相电压（）电流（A）UNN（V）UAUBUCIAIBICIN 有 负载对称VY相灯泡多并一组VY相负载断路 无 负载对称VY相灯泡多并一组VY相负载断路2.三相负载三角形联接实验电路如图42所示，将白炽灯按图所示，连接成三角形接法。调节三相调压器的输出电压，使输出的三相线电压为。测量三相负载对称和不对称时的各相电流、线电流和各相电压，将数据记入表42中，并记录各灯的亮度。 表4 负载三角形联接实验数据内 容 相电压（） 线电流(） 相电流(）UABUBCUCAIAIBICIABIBCICA负载对称VY相灯泡多并一组VY相负载断路五、实验注意事项1.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，后抓线的实验操作原则。2.要求线电压为220V; 星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。3.测量、记录各电压、电流时，注意分清它们是哪一相、哪一线，防止记错。4实验箱上测得的电流是相电流，而线电流应在实验台直流电表下方的过度线上测试。 六、预习与思考1.三相负载根据什么原则作星形或三角形连接？ 2.三相负载按星形或三角形连接，它们的线电压与相电压、线电流与相电流有何关系？当三相负载对称时又有何关系？3.说明在三相四线制供电系统中中线的作用，中线上能安装保险丝吗？为什么？ 七、实验报告要求1.根据实验数据，在负载为星形连接时，在什么条件下成立？在三角形连接时，在什么条件下成立？ 2.用实验数据和观察到的现象，总结三相四线制供电系统中中线的作用实验五 三相异步电动机的正、反转控制一、实验目的、 掌握三相异步电动机正、反转控制电路的工作原理、接线及操作方法；、 了解三相异步电动机正、反转控制电路的应用。二、原理说明生产中经常需要改变电动机的旋转方向，根据三相异步电动机的原理，要改变电动机的转向，只须将电动机接到三相电源的三根电源线中的任意两根对调，改变通入电动机的三相电流相序即可。常用的控制电路可采用倒顺开关以及按钮、接触器等电器元件实现。图51为两个起动按钮分别控制两个接触器来改变通入电动机的三相电流相序，实现电动机正、反转的控制电路，其中，接触器KM1用于电动机正转控制，接触器KM2用于电动机反转控制，从主电路可以看出，如果两个接触器KM1、KM2由于误操作而同时工作，六个主触点同时闭合，将造成三相电源短路，这是决不能允许的。因而，控制电路的设计，必须保证两个接触器KM1和KM2在任何情况下只能有一个工作，为此，在正转控制电路中串入一个反转接触器KM2的辅助动断触点KM2，在反转控制电路中串入一个正转接触器KM1的辅助动断触点KM1。这样，在正转接触器KM1工作时，它的动断触点KM1断开，将反转控制电路切断；相反，在反转接触器KM2工作时，它的动断触点KM2断开，将正转控制电路切断。这就保证两个接触器KM1和KM2不会同时工作，这种相互制约的控制称为互锁控制，KM1和KM2称为互锁 触点。操作时，按正转起动按钮SB1，KM1线圈通电并自锁，接通正序电源，电动机正转；控制电路还增设了复合式按钮的机械互锁环节。这种电路的优点是：如果要使正转运行的电动机反转，不必先按停车按钮SB0，只要直接按下反转起动按钮SB2即可；当然，从反转运行到正转，也是如此。这种电路具有电气和机械的双重互锁，不但提高了控制的可靠性，而且既可实现正转停止反转停止的控制，又可实现正转反转停止的控制。三、实验设备1.三相电源（提供三相四线制380V、220V电压）2.三相异步电动机3.EEL77A、EEL78A组件（含接触器、继电器，吸引线圈额定电压均为220V，按钮等）四、实验内容1.按图51接线，检查接线正确后合上主电源。进行电动机正、反转控制操作，观察各交流接触器的动作情况和电动机的转向，体会联锁触头的作用；2.按图52接线，进行电动机正、反转控制操作，并与步骤1相比较，体会图52控制电路的优点。五、实验注意事项1.每次接线、拆线或长时间讨论问题时，必须断开三相电源，以免发生触电事故；2.三相电源线电压调整到220V；3.为减小电动机的起动电流，电动机Y连接；4.连接线路时使用的导线较多，要注意哪个是接触器KM1？哪个是接触器KM2？5.正常操作时，如电动机不转动，应立即断开电源，请指导教师检查。六、预习与思考题1.分析电动机正、反转控制的工作原理；2.在图51控制电路中，误将接触器的辅助动合触点作为互锁触点串入另一个接触器控制电路中，会出现什么问题？3.试分析图51和图52控制电路在操作上有何区别？4.在图52控制电路中，有机械互锁，能否取消电气互锁？七、实验报告要求1.根据实验现象，分析电动机正、反转控制的工作原理，说明互锁触点的作用；2、总结自锁触点、联锁触点和互锁触点的作用。 注：本实验要求线电压为220V实验六 三相异步电动机行程控制一、 实验目的1、了解行程开关的工作原理，掌握它的使用方法；2、学会典型行程控制电路的连接和操作；3、掌握设计行程控制电路的一般原理和方法。二、原理说明行程控制是按运动部件移动的距离发出指令的一种控制方式，在生产中得到广泛的应用，例如，运动部件（如机床工作台）的左、右，上、下运动，包括行程控制、自动换向、往复循环、终端限位保护等。行程控制用行程开关实现。 行程开关（也称限位开关）是一种根据生产机械的行程信号进行动作的电器，其结构和工作原理与按钮类似，同样有动合触点和动断触点。行程开关和按钮一样，要连接在控制电路中。 行程开关安装在固定的基座上，当与装在被它控制的生产机械运动部件上的撞块相撞时，撞块压下行程开关的滚轮，便发出触点通或断信号。当撞块离开后，有的行程开关自动复位（如单轮旋转式），而有的行程开关不能自动复位（如双轮旋转式），后者须依靠另一方向的二次相撞来复位。行程控制电路如图61（）所示，基本上是一个电动机正、反转控制电路，电动机正、反转带动运动部件前进、后退，运动部件上的撞块1、2和行程开关ST1ST4的安装位置如图（）所示，ST1和ST2是复合式行程开关，具有一个动断触点和一个动合触点，ST11用来切断正转控制电路，ST12用来闭合反转