电路理论实验指导书

实验实验一一 基基尔尔霍夫定律的霍夫定律的验证验证 一 一 实验实验目的目的 1 验证基尔霍夫定律的正确性 加深对基尔霍夫定律的理解 2 进一步掌握仪器 仪表的使用方法 二 原理二 原理说说明明 基尔霍夫定律是电路的基本定律 测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压 应能分别 满足基尔霍夫电流定律和电压定律 即对电路中的任一个节点而言 应有 I 0 对任何一个闭合 回路而言 应有 U 0 运用上述定律时必须注意电流的正方向 此方向可预先任意设定 三 三 实验设备实验设备 1 RXDI 1 电路原理实验箱 1 台 2 万用表 1 台 四 四 实验实验内容及步内容及步骤骤 实验线路如图 A 所示 图 A 1 实验前先任意设定三条支路的电流参考方向 如图中的 I1 I2 I3 所示 2 分别将两路直流稳压电源 如 一路 U2 为 12V 电源 另一路 U1 为 0 24V 可调直流稳压源 接入电路 令 U1 6V U2 12V 3 将电源分别接入三条支路中 记录电流值 4 用电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值 并记录 五 五 实验报实验报告告 1 根据实验数据 选定实验电路中的任一个节点 验证 KCL 的正确性 2 根据实验数据 选定实验电路中的任一个闭合回路 验证 KVL 的正确性 3 分析误差原因 4 实验总结 被测量I 1 mA I 2 mA I 3 mA U 1 V U 2 V U F A V U A B V U A D V U C D V U D E V 计算值 测量值 相对误差 实验实验二二 戴戴维维南定理南定理 有源二端网有源二端网络络等效参数的等效参数的测测定定 一 一 实验实验目的目的 1 验证戴维南定理的正确性 2 掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法 二 原理二 原理说说明明 1 任何一个线性含源网络 如果仅研究其中一条支路的电压和电流 则可将电路的其余部分看 作是一个有源二端网络 或称为含源二端口网络 戴维南定理指出 任何一个线性有源网络 总可以用一个等效电压源来代替 此电压源的电动 势 ES等于这个有源二端网络的开路电压 U0C 其等效内阻 R0等于该网络中所有独立源均置零 理 想电压源视为短路 理想电流视为开路 时的等效电阻 U0C和 R0称为有源二端网络的等效参数 2 有源二端网络等效参数的测量方法 1 开路电压 短路电流法 在有源二端网络输出端开路时 用电压表直接测其输出端的开路电压 U0C 然后将其输出端短 路 用电流表测其短路电流 ISC 则内阻为 R0 UOC ISC 2 伏安法 用电压表 电流表测出有源二端网络的外特性如图 A 所示 根据外特性曲线求出斜率 tg 则 内阻 RO tg U I UOC ISC 图 A图 B 用伏安法 主要是测量开路电压及电流为额定值 IN时的输出端电压值 UN 则内阻为 RO UOC UN IN 若二端网络的内阻值很低短路电流很大时 则不宜测短路电流 3 半电压法 如图 B 所示 当负载电压为被测网络开路电压一半时 负载电阻 负载电阻由万用表测量 即 为被测有源二端网络的等效内阻值 4 零示法 在测量具有高内阻有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 往往采用零示测量法 如图 C 所示 图 C 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 电压与有源二端网络的开路电压相等时 电压表的读数为 0 然后将电路断开 测量此时稳压电源 的输出电压 即为被测有源二端网络的开路电压 图 D 三 三 实验设备实验设备 1 RXDI 1 电路原理实验箱 1 台 2 万用表 1 台 四 四 实验实验内容及步内容及步骤骤 被测有源二端网络如图 D a 所示 1 用开路电压 短路电流法测定戴维南等效电路的 UOC和 RO 按图 D a 电路接入稳压电源 ES和恒流源 IS及可变电阻 RL 测定 UOC和 RO U O C V I S C mA R O U O C I S C E R0 V U 2 负载实验 按图 D a 改变 RL阻值 测量有源二端网络的外特性 3 验证戴维南定理 用一只 10K 的电位器 将其阻值调整到等于按步骤 1 所得的等效电阻 R0之值 然后令 其与直流稳压电源 调到步骤 1 时所测得的开路电压 UOC之值 相串联 如图 D b 所示 仿照步骤 2 测其外特性 对戴维南定理进行验证 R L 0 U V I mA 4 测定有源二端网络等效电阻 又称入端电阻 的其它方法 将被测有源网络内的所有独立源 置零 将电流源断开 短路电压源 然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载 RL开 路后输出端两点间的电阻 即为被测网络的等效内阻 RO或称网络的入端电阻 R1 5 用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻 R0及其开路电压 UOC 电路及数据表格自拟 五 五 实验实验注意事注意事项项 1 注意测量时及时更换电流表量程的 2 步骤 4 中 电源置零时不可将稳压源短接 3 用万用表直接测 R0时 网络内的独立源必须先置零 以免损坏万用表 4 改接线路时 需关掉电源 六 六 实验报实验报告告 1 根据步骤 2 和 3 分别绘出曲线 验证戴维南定理的正确性 并分析产生误差的原因 2 根据步骤 1 4 5 用各种方法测得的 UOC RO和预先的电路计算的结果作比较 你能得出什 么结论 3 总结实验结果 R L 0 U V I mA 实验实验三三 RC 一一阶电阶电路响路响应测试应测试 一 一 实验实验目的目的 1 测定 RC 一阶电路的零输入响应 零状态响应及完全响应 2 学习电路时间常数的测定方法 3 掌握有关微分电路和积分电路的概念 4 进一步学会用示波器测绘图形 二 原理二 原理说说明明 1 动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程 对时间常数的 较大的电路 可用慢扫描 长余辉示波器观察光点移动的轨迹 然而能用一般的双踪示波器观察过渡过程和测量有关的参数 必须使这种单次变化的过程重复出现 为此 我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号 即令方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号 方波下降沿作为零输入响应的负阶跃激 励信号 只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数 电路在这样的方波序列脉冲信号的激 励下 它的影响和直流电源接通与断开的过渡过程是基本相同的 2 RC 一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长 其变化的快慢决定于 电路的时间常数 3 时间常数的测定方法 图 A 所示 电路 图 A 用示波器测得零输入响应的波形如图 A b 所示 根据一阶微分方程的求解得知 UC Ee t RC Ee t 当 t 时 U0 0 368E 此时所对应的时间就等于 亦可用零状态响应波形增长到 0 632E 所对应的时间测得 如图 A C 所示 4 微分电路积分电路是 RC 一阶电路中较典型的电路 它对电路元件参数和输入信号的周期 有着特定的要求 一个简单的 RC 串联电路 方波序列脉冲的重复激励下 当满足 RC T 2 时 T 为方波脉冲的重复周期 且由 R 端作为响应输出 如图 B a 所示 这就构成了一个微分电路 因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比 若将图 B a 中的 R 与 C 位置调换一个 即由 C 端作为响应输出 且当电路参数的选择满足 RC T 2 条件时 如图 B b 所示即构成积分电路 因为此时电路的输出信号电压与输入信号 电压的积分成 正比 从输出波 形来看 上述两 个电路均起着 波形变换的作 用 请在实验过 程中仔细观察与记录 图 B 三 三 实验设备实验设备 1 RXDI 1 电路原 理实验箱 1 台 2 双踪示波器 1 台 四 四 实验实验内容及步内容及步 骤骤 实验线路板的结 构如图 C 所示 认清 R C 元件的布局及其标称值 各开关的通断位置等 图 C 一阶实验线路板 1 选择动态线路板 R C 元件 令 1 R 10K C 3300PF 组成如图 C X 所示的 RC 充放电电路 U 为函数信号发生器输出 取 Um 3V f 1KHz 的方波 电压信号 并通过两根同轴电缆 将激励源 Ui和响应 U0的信号分别连至示波器的两个输入口 YA 和 YB 这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律 求测时间常数 并描绘 U 及 UC 波形 少量改变电容值或电阻值 定性观察对响应的影响 记录观察到的现象 2 令 R 10K C 0 01 F 观察并描绘响应波形 继续增大 C 之值 定性观察对响应的影响 2 选择动态板上 R C 元件 组成如图 B a 所示微分电路 令 C 0 01 F R 1K 在同相的方波激励信号 Um 3V f 1KHz 作用下 观测并描绘激励与响应的波形 增减 R 之值 定性观察对响应的影响 并记录 当 R 增至 1M 时 输入输出波形有何本质上 的区别 五 五 实验报实验报告告 1 根据实验观测结果 在方格纸上绘出 RC 一阶电路充放电时 UC的变化曲线 由曲线测得 值 并与参数值的计算结果作比较 分析误差原因 2 根据实验观测结果 归纳 总结积分电路和微分电路的形成条件 阐明波形变换的特征 3 实验总结 实验实验四四 互互 感感电电路路实验实验 一 一 实验实验目的目的 学会判别互感线圈同名端和异名端 互感系数以及耦合系数的测定方法 二 原理二 原理说说明明 1 判断互感线圈同名端的方法 1 直流法 如图 A 所示 图 A 当 A1 B 两点接通瞬间 若毫安表指针正偏 则可断定 1 3 为同名端 指针反偏 则 1 4 为同名端 2 交流法 如图 B 所示 图 B 如图 B 所示 将两线圈 N1和 N2的任意两端 如 2 4 端 联在一起同 在其中的一个线圈 如 N1 两端加一个低压交流电压 AC8V 另一线圈开路 如 N2 用交流电压表分别测出分端电压 U13 U12 U34 若 U13是两个绕组端压之差 则 1 3 是同名端 若 U13是两绕组端压之和 则 1 4 是 同端 2 两线圈互感系数的测定 如图 B 在 N1侧 加低压交流电压 U1 N2侧开路 测出 I1及 U2 根据互感电 势 E2m U20 WMI1 可算出互感系数为 M U2 WI1 3 耦合系数的测定 两个互感线圈耦合松紧的程度大来 K 表示 如图 先在 N1 侧加低压交流电压 U1 AC8V 测 出 N2侧开路时的电流 I1 然后再 N2 侧加电压 U2 测出 N1侧开路时的电流 求出各自的 L1和 L2 算得 K 值 三 三 实验设备实验设备 1 RXDI 1 电路原理实验箱 1 台 2 万用表 1 台 四 四 实验实验步步骤骤 1 分别用直流法和交流法测定互感系数的同名端 1 直流法 实验线路如图 C 所示 图 C 将 N1 侧串入直流数字电流表 2A 档 U 为可调直流稳压电源 调至 6V 然瞬间闭合开关 S 观察 在开关闭合的瞬间 毫安表正 负读数的变化 来判定 N1和 N2两线圈的同名端 2 交流法 按实验电路如图 D 所示 图 D 将 N1串接电流表 2A 交流电流表 U1接 AC8V N2侧开路 用交流电压表测量 U13 U12 U34 判定同名端 拆去 2 4 连线 并将 2 3 相接 重复上述步骤 判定同名端 2 自感系数 M 的测定 拆除 2 3 连线 测 U1 I1 U2 计算出 M 3 耦合系数 K 的测定 将低压交流 AC8V 加在 N2侧 N1侧开路 按步骤 2 测出 U2 I2 U1值 用万用表 200 档分别 测出 N1和 N2线圈的电阻 R1 R2 计算 K 值 五 五 实验实验注意事注意事项项 1 为避免互感线圈因电流过大而损坏 注意 N2必须接 AC8V 2 不允许低压交流电源短路 六 六 实验报实验报告告 1 总结对互感线圈同名端 互感系数 耦合系数的测定方 法 2 自拟测试表格完成计算 任务 3 实验报告 实验五实验五三相交流电路电压 电流的测量三相交流电路电压 电流的测量 一 实验目的一 实验目的 1 掌握三相负载作星形连接 三角形连接的方法 验证这两种接线下线 相电压 线 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 二 原理说明二 原理说明 三相电路中的电流有相电流与线电流之分 每相负载中的电流称为相电流表示为 IP 每根线 中的电流称为线电流表示为 IL 1 三相负载接成星形 又称 Y 接法 线电压 UL是相电压 Up 的倍 线电流 IL等于相电流 Ip 3 既 UL Up IL Ip 3 中性线电流 WVUN IIII 当三相负载对称时流过中线的电流 IO 0 所以可以省去中线 2 当对称三相负载作 形连接时 有 UL Up IL Ip 3 不对称三相负载作 Y 连接时 必须采用三相四线制接法 即 Y 接法 而且中线必须牢固连接 以保证三相不对称负载的每相电压维持不变 倘若中线断开 会导致三相负载电压的不对称 致使负载轻的一相的相电压过高 使负载遭 受损坏 负载重的一相的相电压过低 使负载不能正常工作 尤其是对于三相照明负载 无条件 的一律采用 Y 接法 对于不对称负载作 接法时 I1 Ip 但只要电源的线电压 Ui对称 加在三相负载上的3 电压仍是对称的 对各项负载工作没有影响 三 实验设备三 实验设备 1 交流电压表1 2 交流电流表1 3 白炽灯 15W 220V9 四 实验内容四 实验内容 1 三相负载星形连接 三相四线制供电 按图 7 1 连接实验电路 即三相灯组负载接成星形接法 1 三相负载星形连接 三相四线制供电 按图 7 1 连接实验电路 即三相灯组负载接成星形接法 1 三相负载平衡时 每相都接入两盏灯泡 检查无误后接入电源 分别测量三相负载的线 电压 相电压 线电流 中线电流 记录数据 2 三相负载不平衡时 一相接入一盏灯泡 其余两相接入两盏灯泡 检查无误后接入电源 分别测量三相负载的线电压 相电压 线电流 中线电流 记录数据 图 7 1 3 三相负载三角形连接 三相三线制供电 图 7 2 按图 7 2 连接实验电路 检查无误后接入电源 分别测量三相负载的线电压 相电压 线电 流 线电流 记录数据 五 注意事项五 注意事项 1 本实验采用三相交流电 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 不可触及导电部分 防止意外事故发生 2 每次接线完毕 都应由指导老师检查后 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 六 实验报告六 实验报告 1 用实验测得的数据验证对称三相电路中的倍关系 3 2 用实验数据和观察到的现象 总结三相四线供电系统中中线的作用 3 不对称三角形连接的负载 能否正常工作 实验是否能证明这一点 4 写出实验报告 实验六 功率因数及相序的测量实验六 功率因数及相序的测量 一 实验目的一 实验目的 1 掌握三相交流电路相序的测量方法 2 熟悉功率因数表的使用方法 了解负载性质对功率因数的影响 二 原理说明二 原理说明 图 9 1 为相序指示电路 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 9 1 为了分析问题简单起见 设 XC RV RW R UU UP 0 UP 则 RRjR R jU R jU jR U U PPP NN 111 1 2 3 2 11 2 3 2 11 6 02 0 2 3 2 1 jUjUUUU PPNNVV PP UjU 0 6 10149 1 466 1 3 0 6 02 0 2 3 2 1 jUjUUUU PPNNWW PP UjU 0 4 1384 0 266 03 0 由于 U V U W 故 V 相灯光较亮 三 实验设备三 实验设备 1 交流电压表1 2 交流电流表1 3 功率因数表1 4 电容器 1 F 4 7 F 各 1 5 白炽灯组负载 220V 15W 3 6 电感线圈 15W 日光灯镇流器 1 四 实验内容四 实验内容 1 相序的测定 1 按图 9 1 接线 取 220V 15W 白炽灯两只 1 F 450V 电容器一只 输入三相交流电源 观察两只灯泡发亮的状态 判断三相交流电源的相序 2 将电源线任意间调换两相后在接入电路 观察两灯的明亮状态 判断三相交流电源的相 序 2 电路功率 P 和功率因数 cos 的测定 按图 9 2 接线 接通电源 输入 AC220V 观测电压表 电流表 功率因数表的读数 并记录 分析负载特性 图 9 2 测量值计算值 开关 状态 U V UR V UL UC V I A P W cos cos 负载 特性 S1合 S2 S3随 意 S2合 S1 S3随 意 S3合 S1 S2随 意 S2合 S3合 S1断 五 注意事项五 注意事项 本实验为强电实验 注意安全 每次改接线路都必须先断开电源 六 实验报告六 实验报告 1 简述实验线路的相序检测原理 2 根据 V I P 三表测定的数据 计算出 cos 并与 cos 的读数比较 分析误差原因 3 分析负载性质对 cos 的影响 cos A V W AC220V RCS L S S 3 2 1 交交 流流 部部 分分 一 概一 概 述述 交流电路实验箱是根据 电工基础 电路原理 电路分析 等课程所开发设计的强电类 典型实验项目而设计的 版面设有 Y 型和 型变化法的三相灯组负载 日光灯实验组件 单相铁 心变压器 电流互感器 R L C 元件组 三相四线输入接线端子 三相电流插座 三相双掷开关 及各种带绝缘护套的连接插头线 数字交流电压表 数字交流电流表 智能型多功能数字功率 功率因数表等 设计合理紧凑 操作方便 二 技术性能指标二 技术性能指标 1 工作电源 三相四线 AC380V 10 50Hz 180VA 2 使用环境条件 温度 10 40 湿度 80 3 实验箱外型尺寸 520mm 390mm 180mm 4 数字交流电压表 三位半 LED 数码管显示 测量范围 AC0 450V 精度 0 5 级 5 数字交流电流表 三位半 LED 数码管显示 测量范围 AC0 2A 精度 0 5 级 6 智能数字功率 功率因数表 可测试 视在功率 有功功率 无功功率 电流 电压 频率 功率因数 精度 0 5 级 6 1 产品的主要性能特点 本仪表可应用于交流功率或直流功率的测量与控制 6 2 五位 LED 数码管显示 前四位显示测量参数 从 0 01 99 99W 到 1 9999KW 六档量 程自动转换 最小分辨力为 0 01W 10mW 末位数码管显示测量参数的单号符号 6 3 视在功率 有功功率 无功功率 电流 电压 频率 功率因数等参数通过按钮可轮换 显示 6 4 仪表具有上 下限报警控制功能 内置继电器及蜂鸣器 用户可根据需要自行选择设置 视在功率 电流 电压报警 主要技术指标 主要技术指标 功率测量范围 0 01 99 99W 0 1 999 9W 1 9999W 0 01KW 99 99KW 0 1KW 999 9KW 1KW 9999 KW 电流测量范围1 000A 9999A 任意量程可设置 电压测量范围0 1V 999 9V 单量程 基本误差 1 量程 5 个字 环境条件工作温度 0 40 相对湿度 80 RH 显示字高LED 0 56 红色 三 操作方法及说明三 操作方法及说明 1 将该仪器三相电源插头插入三相电源插座 插入前 要先检查电源应是三相四线 380V 接入后面板上三相电源接线端子带电 方可引出使用 使用时要从保险管右边 U V W N 引 出 2 打开仪表部分船形开关 仪表带电工作 方可使用 电压 电流表使用时正确接入即可 功率 功率因数使用说明如下 仪表的面板上设有 5 个 LED 指示灯 3 个设定控制按狃 分别为 K4 K1 K2 K3 1 个 蜂鸣器自锁开关 K4 High 指示灯亮 表示上限报警控制信号输出状态 Low 指示灯亮 表示下限报警控制信号输出状态 有功 指示灯亮 表示仪表显示读数以 KW 千瓦 为单位 无功 指示灯亮 表示仪表显示读数为无功功率 K1 键为在设定状态下为功能设定键及确