电工实验报告

1 实验一实验一 电位 电压的测量及基尔霍夫定律的验证电位 电压的测量及基尔霍夫定律的验证 一 实验目的一 实验目的 1 用实验证明电路中电位的相对性 电压的绝对性 2 验证基尔霍夫定律的正确性 加深对基尔霍夫定律的理解 3 掌握直流电工仪表的使用方法 学会使用电流插头 插座测量支路电流的方法 二 实验线路二 实验线路 实验线路如图 1 1 所示 A C BD E1 E2 I3 I1I2 图 1 1 三 实验步骤三 实验步骤 将两路直流稳压电源接入电路 令 E1 12V E2 6V 以直流数字电压表读数为准 1 电压 电位的测量 1 以图中的 A 点作为电位的参考点 分别测量 B C D 各点的电位值 U 及相邻两点 之间的电压值 UAB UCD UAC UBD 数据记入表 1 1 中 2 以 C 点作为电位的参考点 重复实验内容 1 的步骤 2 基尔霍夫定律的验证 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 熟悉电流 插头的结构 注意直流毫安表读出电流值的正 负情况 2 用直流毫安表分别测出三条支路的电流值并记入表 1 2 中 验证 I 0 3 用直流电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值并记入表 1 1 2 中 验证 U 0 四 实验数据四 实验数据 表 1 1 UAUBUCUDUABUCDUACUBD 电位参考点项目 V V 计算值 测量值A 相对误差 计算值 测量值C 相对误差 表 1 2 2 I1I2I3 I UABUBCUCA U 被测量 mA V 计算值 测量值 相对误差 五 思考题五 思考题 1 用万用表的直流电压档测量电位时 用负表棒 黑色 接参考电位点 用正表棒 红色 接被测各点 若指针正偏或显示正值 则表明该点电位 参考点电位 若指针反向偏转 此时应调换万用表的表棒 表明该点电位 参考点电位 A 高于 B 低于 2 若以 F 点作为参考电位点 R1电阻上的电压 A 增大 B 减小 C 不变 六 其他实验线路及数据表格六 其他实验线路及数据表格 图 1 2 表 1 3 电压 电位的测量 UAUBUCUDUEUFUABUBCUCDUDEUEF UF A UAD 电位参考 点 计算测量 值 V V 计算 A 测量 计算 D 测量 表 1 4 基尔霍夫定律的验证 I1I2I3E1E2UFAUABUADUCDUCE 被测量 mA V V 计算值 测量值 3 实验二实验二 叠加原理和戴维南定理叠加原理和戴维南定理 一 一 实验目的实验目的 1 牢固掌握叠加原理的基本概念 进一步验证叠加原理的正确性 2 验证戴维南定理 3 掌握测量等效电动势与等效内阻的方法 二 二 实验线路实验线路 1 叠加原理实验线路如下图所示 A C BD E1 E2 I3 I1I2 S1S2 图 2 1 2 戴维南定理实验线路如下图所示 10 RL 200 510 510 300 12V mA A B 图 2 2 三 三 实验步骤实验步骤 1 叠加原理实验 实验前 先将两路直流稳压电源接入电路 令 E1 12V E2 6V 按图 2 1 接线 并将开关 S1 S2投向短路一侧 开关 S1和 S2分别控制 E1 E2两电源 的工作状况 当开关投向短侧时说明该电源不作用于电路 1 接通 E1 12V 电源 S2投短路侧 E1单独作用 测量此时各支路电流 测量结果 填入表 2 1 中 2 接通 E2 6V 电源 S1投短路侧 E2单独作用 测量此时各支路电流 测量结果填 入表 2 1 中 3 接通 E1 12V 电源 E2 6V 电源 E1和 E2共同作用 测量此时各支路电流 测量 结果填入表 2 1 中 2 戴维南定理实验 按图 2 2 接线 将一路直流稳压电源接入电路 令 U 保持 12V 4 1 测网络的开路电压 UOC RL与有源二端网络的端点 A B 断开 用电压表测有源 二端网络开路电压 UOC A B 两点间电压 即得等效电压源的等效电动势 ES 记入表 2 2 中 2 测网络的短路电流 ISC RL与有源二端网络的端点 A B 断开 将电流表连接在 A B 之间 则电流表的读数就是有源二端网络的短路电流 ISC 记入表 2 2 中 3 测有源二端网络入端电阻 R0 三种方法测量 结果记入表 2 2 中 a 先将电压源及负载 RL从电路中断开 并将电路中原电压源所接的两点用一根导线短 接 用万用表测出 A B 两点间的电阻 RAB RAB R0 b 测有源二端网络开路电压 UOC和有源二端网络短路电流 ISC 求出入端电阻 R0 R0 UOC ISC c 先断开 RL 测网络的开路电压 UOC 再将 RL接上 用电压表测负载 RL的两端电 压 UAB 调节 RL 使 UAB 1 2 UOC 则有 R0 RL 为什么 4 A B 间接 RL 任意值 测 RL两端电压和流过 RL上的电流记入表 2 3 中 四 实验数据实验数据 表 2 1 叠加原理实验数据 I1 mA I2 mA I3 mA 测量计算测量计算测量计算 U1 12V U2 6V U1 12V U2 6V 表 2 2 戴维南定理实验数据 1 等效内阻 R0开路电压 UOC V 短路电流 ISC mA a b c 测量值 计算值 表 2 3 戴维南定理实验数据 2 URL V IRL mA 计算值测量值计算值测量值 RL RL 五 思考题五 思考题 1 改接线路时 必须先 电源 2 实验中 如将电阻 R1换成二极管 D 则 I3 I1与 I2的和 今在二端网络中接上负载 RL 已知 RL等于该网络的入端电阻 测得负载上的电压为 U 则该网络的等效电压源的电动势为 六 其他实验线路六 其他实验线路 F 12 5 图 2 3 叠加原理实验电路 图 2 4 戴维南定理实验电路 实验三实验三 RC 阶线性电路暂态过程 阶线性电路暂态过程 一 一 实验目的实验目的 1 学习 RC 电路在阶跃电压激励下响应的测量方法 了解电路时间常数对暂态过程的影响 2 学习电路时间常数 RC 的测定方法 3 观测 RC 电路在脉冲信号激励下的响应波形 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观察和研究电路的响应 二 二 实验原理 简述 及线路实验原理 简述 及线路 在具有储能元件 C L 的电路中 电路由一种稳定状态变化到另一种稳定状态需要 有一定的时间 称之为电路的暂态过程 6 1 RC 阶电路的零输入和零状态响应分别按指数规律衰减和增长 其变化快慢取决于 1 零输入响应 RC 电路的时间常数 2 零状态响应 3 时间常数 的测定方法 分析可知 当 t 时 零输入响应有 零状态响应有 因此 当电容上电压为上述所对应数值时 对应的时间就是时间常数 图 3 1 RC 电路零输入响应和零状态响应的实验线路图 2 微分电路和积分电路 一个 RC 串联电路 在方波序列脉冲的重复激励下 1 当 RC 时 此时从电容 C 上得到积分输出响应 2 T 图 3 2 RC 微分电路与积分电路 三 三 实验仪器与设备实验仪器与设备 序号名称型号与规格数量备注 1示波器YB4320A1 2直流稳压电源WYK 303B31 3函数信号发生器EE1021A1 4数字万用表VC9801A1 00CC UUU 00CC UUU t tC Ueu t tC Ueu 00 0 CC UU UuC3680 UuC6320 UuC6320 t tC eUu 1 7 5秒表或手表1 6暂态实验板 实验箱1 1 四 实验内容与步骤四 实验内容与步骤 1 测量 RC 电路的零输入响应和零状态响应 1 观测零输入响应 断开 K2 K3 将稳压电源输出调至 10V 接通 K1 由电阻 R1给 电容 C 充电 当 Uc 10V 时 断开 K1 接通 K2 电容 C 对 R2放电 同时开始计时 每 隔 10 秒 用数字万用表 DC 20V 档记录电容电压值 填入表 3 1 中 2 观测零状态响应 断开 K1 接通 K3 使电容 C 电压放电干净 即 Uc 0V 稳压电 源输出电压保持 10V 断开 K2 K3 接通 K1 R1和 C 串联后接入 10V 稳压电源 同时 开始计时 记录数据填入表 3 1 中 表表 3 1 2 观测微分电路和积分电路在脉冲激励下的响应 调节函数信号发生器 使其输出 Upp 5V f 1KHz 的方波信号 并通过信号线 将激励 u 和响应 uR 或 uc分别接至示波器的两个输入端 CH1 和 CH2 观测激励和响应的变化规律 1 当 tp 时 选择 R 100 C 0 1 F 此时从电阻 R 上得到微分输出响应 2 当 tp 时 选择 R 10K C 0 33 F 此时从电容 C 上得到积分输出响应 观测并描绘 u t uR t 或 uc t 的信号波形 五 实验报告五 实验报告 1 根据实验数据 在图示坐标上绘出 RC 阶电路的 零输入响应和 零状态响应曲线 并由曲线测得 值与计算值作比较 RC 电路的零输入响应 RC 电路的零状态响应 时间 t S 测量值 0102030405060708090100110120130140 Uc t V 零 输 入 计算 i t 值 Uc t V 零 状 态 计算 i t 值 计算 RC s 实测 s 8 2 根据实验观测 总结 归纳微分电路和积分电路的形成条件和主要特点 回答下列问 题 1 微分电路反映变化 要 小 or 大 上输出 R or 2 积分电路反映求和累计 要 小 or 大 上输出 R or 注 2 适用于多学时 实验四实验四 R L C 串联谐振串联谐振 一 一 实验目的实验目的 1 学习用实验方法测试 R L C 串联谐振电路的频率特性 2 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 Q 值 的物理意义 及其测定方法 9 二 二 实验原理及线路实验原理及线路 R C ou L iu 图 5 1 R L C 串联谐振电路 1 在图 5 1 所示的 R L C 串联电路中 如果 U R L C 的大小保持不变 改变电源 频率 f 则 XL XC Z I 等都将随着 f 的变化而改变 它们随频率变化的曲线为频率 特性 UR UL UC及 I 随频率变化的曲线如图 5 2 5 3 所示 随着频率的变化 当 XL XC时 即 L 1 C 时 电路将出现串联谐振 谐振频率为 LC 1 0 三 实验步骤实验步骤 2200 PF 6800 PF 5102 2K 图 5 4 R L C 串联谐振实验电路 按图 5 4 实验线路接线 取 R 510 2 2k C 2200pF 6800pF u I UC UL Q 大 U UR Q 小 0 f0 0 f0 图 5 2 各电压随 f 变化曲线 图 5 3 电流随 f 变化曲线 10 1 接通信号发生器电源 调节信号源使输出电压为 1V 的正弦信号 用交流毫伏表 测电压 示波器监视信号源的输出 调节信号发生器输出电压的频率 维持 Ui 1V 不变 用毫伏表分别测得 UR UL UC 记入表 5 1 中 令输入信号电压 Ui 1V 并在整个实验 过程中保持不变 2 当测得 UL UC时 信号源输出电压 U 的频率即为谐振频率 fO 3 改变电阻值 重复步骤 1 2 的测量过程 四 表格与数据四 表格与数据 表 5 1 数据记录与计算 Ui 1V R 510 2 2k C 2200pF 6800pF fO Q I UR R f kHz UR V UL V UC V I 根据测量数据 绘出 UR UL UC及 I 随 f 变化的关系曲线 五 五 思考题思考题 1 谐振状态时 电路呈 A 电阻性 B 电感性 C 电容性 2 要提高 R L C 串联电路的品质因数 电路的参数应 A 减小 R B 减小 L C 增大 C 3 谐振时 电路的电流 A 最小 B 最大 C 不确定 4 如果频率一定 要使电路发生谐振 可以调节 A 电阻 B 电感 C 电容 D 电容或电感 六 六 本实验也可采用空心线性电感实现 实现电路如图 1 5 5 所示 具体参数详见表 1 5 2 ii N1 C L RO N2 u u 公共地 图 5 5 R L C 串联谐振实验电路 表 5 2 数据记录与计算 Ui 2V R 300 C 0 1 F fO KHz Q I UR R 11 f kHz 1 522 42 52 62 73 UR V UL V UC V I mA 实验五实验五 交流正弦稳态电路相量的研究交流正弦稳态电路相量的研究 12 13 14 15 实验六实验六 单相交流电路单相交流电路 参数测量与功率因数的改善参数测量与功率因数的改善 一 一 实验目的实验目的 1 通过对 R L 串联电路及其与 C 并联的单相交流电路的实际测定 查找出它们的电 压 电流及功率之间的关系 2 学习电路元件参数的测量方法 间接法测定 R r L C 等 3 掌握感性负载并联电容提高功率因数的方法 并进一步理解其实质 4 学习并掌握功率表的使用 二 二 R L 串联电路的参数测量及计算方法串联电路的参数测量及计算方法 L X S U R r S Z R U 100V U 1 I R L 图 4 1 R L 串联电路及电压电流相量图 图 4 1 表示了一个 R L 串联电路 s 是电感线圈 这里用内阻 r 与理想电感 XL串联来代 表电感线圈 设其总阻抗为 ZS 电源电压 U 将超前电流 I1一个角度 由相量图上的电压三角形 根据余弦定理 得 US2 UR2 U2 2 U UR cos 从而求出 而 U R r U Cos 式中 U R r UR U r 又因为 UL U Sin 这样可求得 R UR I1 r U r I1 XL UL I1 L X L X L 2 f 三 三 实验内容及步骤实验内容及步骤 为电流插座 用来串入电流表测量电流 I I1 IC 图 4 2 单相交流电路功率因数改善的实验电路 16 按图 4 2 所示实验线路接线 R 100 实验台上滑线变阻器取 1 3 处 电感 3000 匝 实验台三相交流电源的相电压约为 220V 如果有自耦调压器 将三相电源的二次侧相 电压调至 100V 做为实验线路的总电压 U 如果没有自耦调压器 实验线路使用 220V 的相 电压 1 3000 匝电感线圈负载实验 1 R L 串联电路实验 闭合开关 S 断开开关 S1 即为 R L 电路 用功率表 电压表 电流表量测并读取 U UR US I I1 及 P 等数据 记入表 4 1 中 注意 此时 电容未并入电路 I I1 2 R L 串联电路并电容 C 实验 闭合开关 S 逐步选择并入的电容 C 的数值 并再次测量 U UR US I I1 IC及 P 等数据 将不同的电容 C 值时对应的上述数据值记入表 4 1 中 2 1500 匝电感线圈负载实验 将图 4 2 中电感改为线性电感 1500 匝 40mH 重复 1 实验步骤 四 四 实验数据实验数据 根据实验所得数据 计算出电路中各元件参数值 填入表中 表 4 1 测量值计算值 UURUSII1ICPRXLXC ZS rcos 数据 项目VAW 未投 C C F C F C F C F C F C F C F C F C F C F 五 五 作出电流随电容变化的关系曲线 I f C 17 六 问题六 问题 1 为什么电感性负载在并联电容器后可以提高功率因数 并联电容越大 功率因数 越高 A 是 B 不一定 2 RL 串联电路在并联电容后 电路的总功率 P 及 RL 支路中的电流怎样变化 A 增大 B 不变 C 减小 3 电感性负载串联电容后线路的功率因数是否发生变化 A 变 B 不变 C 不一定 18 实验七实验七 三相交流电路三相交流电路 一 一 实验目的实验目的 1 掌握三相负载的星形 三角形联结方法 2 验证两种接法下 三相负载的线电压与相电压 线电流与相电流之间的关系 3 充分理解三相四线制供电系统中中线的作用 二 三相负载电路三相负载电路 A B C N ILA IPA IN A B C IPAB ILA 图 6 1 三相负载星形连接 图 6 2 三相负载三角形连接 三 三 实验设备实验设备 序号名 称型号与规格数量备注 1交流电压表0 500V1D33 2交流电流表0 5A1D32 3万用表1自备 4三相自耦调压器1DG01 5三相灯组负载220V 15W 白炽灯9DG08 6电流插座3DG09 1 KHDG 1 型高性能电工综合实验装置相电压调整到 100V 2 工大工大自制实验装置相电压为 220V 四 实验线路四 实验线路 1 将图 6 3 所示三相负载和元器件连接成星形并且有中线 使用开关接通和断开中线 中线上串联电流表插孔 用来测量中线电流 IN 2 将图 6 4 所示三相负载和元器件连接成三角形 相线上要串联电流表插孔 用来测量 线电流 IA IB IC 19 U A KA2KA3 Xx KA1 a W C KB2KB3 Zz KB1 c V B KB2KB3 Yy KB1 b 三相负载 三 相 可 调 电 源 U V W N 电流表插孔 开关 图 6 3 三相负载星形连接线路 电 流 表 插 孔 U A KA2KA3 Xx KA1 a W C KB2KB3 Zz KB1 c V B KB2KB3 Yy KB1 b 三相负载 三 相 可 调 电 源 U V W N 图 6 4 三相负载三角形连接线路 五 实验步骤五 实验步骤 将三相调压器的旋柄置于输出为 0V 的位置 即逆时针旋到底 经指导教师检查合格 后 方可开启实验台电源 然后调节调压器的输出 使输出相电压为 100V 并按下述内容 完成各项实验 1 负载星形联接 按图 6 3 所示 连接实验电路 经教师检查合格后方可接通电源 有中线 20 令三相负载对称 即闭合所有控灯开关 K 使 A B C 三相灯数为 3 3 3 测量负载 相电压 相电流 线电压 线电流 中线电流及电源与负载间的中点电压 记入表 6 1 中 令三相负载不对称 即 C 相去掉两只灯 使 A B C 三相灯数为 3 3 1 重复上述步 骤 无中线 断电 拆除中线 NN 此时为无中线的三相电路 重复步骤 不对称负载的特例 相开路 使三相灯数为 3 3 1 分别在有中线 无中线的情况下 重复上述步骤 观察各相灯泡明暗情况 了解不对称负载联接时 若中线断开将对负载工作电压的严重影 响 2 负载作三角形 联接 按图 6 4 所示 连接实验电路 经教师检查合格后方可通电实验 在负载对称时 即 A B C 三相灯数为 3 3 3 测量线电压 线电流 相电流 负载不对称时 即 A B C 三相灯数为 3 3 1 重复上述步骤 将数据记入表 6 2 中 六 表格与数据六 表格与数据 表 6 1 线电流 m 线电压 相电压 测量数据 负载情况 IAIBICUABUBCUCAUAN UBN UCN IN mA UNN V 对 称 不对称 对 称 不对称 有中线 特例 无中线 表 6 2 线电流 m 相电流 m 相电压 线电压 测量数据 负载情况IAIBIC AB BC CAUABUBCUCA 对 称 不对称 七七 问题问题 1 星形联结实验中 在无中线的情况下 A 相去掉 2 只灯 A 相剩下的 1 只灯是变亮 还是变暗 A 变亮 B 变暗 2 星形联结实验中 在无中线负载不对称的情况下 则负载的相电压有无可能超过电 源的相电压 A 有可能 B 不可能 21 3 三角形联结实验中 在负载对称与不对称两种情况下 每只灯的亮度是否有所不同 A 相同 B 不相同 实验八实验八 异步电动机点动与自锁控制异步电动机点动与自锁控制 一一 实验目的实验目的 1 了解接触器 热继电器 按钮 熔断器等常用电气设备的构造 原理和使用 2 掌握笼型异步电动机的点动和自锁控制电路的实际连接与操作 进一步理解点动控制 和自锁控制的特点 二二 实验线路实验线路 UV W 1 FU S KM FR M 3 KM 2 FU 1 SB FR UV W 1 FU S KM FR M 3 KM 2 FU 1 SB FR 2 SB KM 图1图2 22 KM 2 FU 1 SB FR 2 SB KM 3 SB 图3 UV W 1 FU S KM FR M 3 三三 实验步骤实验步骤 1 点动控制 按图 1 接线 主回路 三相电源输出端 熔断器 FU1 接触器 KM 的主触头 热继电器 FR 的热元件 电动机 控制回路 三相电源的某输出端 常开按钮 SB1 接触器 KM 的线圈 热继电 器 FR 的常闭触头 熔断器