电工技术实验指导书

1/22电工技术实验指导书工技术实验指导书李锶编著电机械设计制造及控制中心教材目录一基本定理实验.3基尔霍夫定律.4叠加原理.4二基本定理实验.8三RLC串联电路的幅频特性与谐振现象.12四三相电路实验.18五电机控制实验.242/22实验一基本定理实验一、实验目的1验证基尔霍夫电流、电压定律，加深对基尔霍夫定律的理解。2验证叠加定理3加深对电流、电压参考方向的理解。4正确使用直流稳压电源和万用电表。二、实验原理1、基尔霍夫定律基尔霍夫定律是集总电路的基本定律。它包括电流定律和电压定律。基尔霍夫电流定律：在集总电路中，任何时刻，对任一节点，有支路电流的代数和恒等于零。图1-1节点AI=0I1+I2-I3=0基尔霍夫电压定律：在集总电路中，任何时刻，沿任一回路所有支路电压的代数和恒等于零。图1-1回路A，R3，B，E1，C，R1U=0UR1+UR3-UE1=02、叠加原理叠加原理不仅是适用于线性直流电路，也适用于线性交流电路，为了测量方便，我们用直流电流电路来验证它。叠加原理可简述如下：在线性电路中，任一支路中的电流等于电路中各个独立源分别单独作用时在该支电路中产生的电流的代数和，3/22所谓一个电源单独作用是指除了该电源外其他所有电源的作用都去掉，即理想电压源所在处用短路代替，理想电流源所在处用开路代替，但保留它们的内阻，电路结构也不作改变。由于功率是电压或电流的二次函数，因此叠加定理不能用来直接计算功率。例如在图1-2中E1I3图1-1B?I1?I1?I1?I2?I2?I2?I3?I3?I3?2R1?I1?2R1显然PR1?I1三、仪器设备1电路分析实验箱一台2直流毫安表二只3数字万用表一台四、实验内容与步骤基尔霍夫定律1实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，可采用如图示1-1中的I1、I2、I3所示。2按图1-1所示接线。3按图1-1分别将E1、E2两路直流稳压电源接4/22入电路，令E1=3V，E2=6V，R1=1K、R2=1K、R3=1K。4将直流毫安表串联在I1、I2、I3支路中5确认连线正确后，再通电，将直流毫安表的值记录在表1-1内。6用数字万用表别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录在表1-1内。叠加原理1.将实验箱电源接通220V电源，调节输出电压，使第一路输出端电压E1=10V；第二路输出端电压E2=6V，断开电源开关待用。按图1-2接线，R4+R3调到1K，经教师检查线路后，再接通电源开关。2.测量E1、E2同时作用和分别单独作用时的支路电流I3，并将数据记入表格1-2中出注意：一个电源单独作用时，另一个电源需电路中取出，并将空出=图1-2的两点用导线连起来。还要注意电流的正、负性。3.任选一个回路，测定各元件上的电压，将数据记入表格1-2中。五、预习思考题1、根据图1-1的电路及实验内容中的参数，计算表1-1，1-2中的计算值，以便实验测量时，正确地选定毫安表及电压表的量程。5/222、实验中，用指针式直流毫安表测各支路电流，在什么情况下可能出现反偏，应如何处理？在记录数据时应注意什么？用数字式直流毫安表测各支路电流，则会有什么样的显示。3、在叠加原理实验中，要令E1、E2单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源短接置零？六、实验报告要求1选定实验电路中的任一个节点，将测量数据代入基尔霍夫电流定律加以验证。2选定实验电路中的任一闭合电路，将测量数据代入基尔霍夫电压定律，加以验证。3将计算值与测量值比较，分析误差原因。4用实验数据验数据验证支路的电流是否符合叠加原理，并对实验误差进行适当分析。5用实测电流值、电阻值计算电阻R3所消耗的功率为多少？能否直接用叠加原理计算？试用具体数值说明之附：实验面板布置图：R1R3注：1、实线为实验箱内部接通，不用再连线。E16/22目录一、基本电工仪表的使用及测量误差的计算?二、减小仪表测量误差的方法?三、电路元件伏安特性的测绘?9四、电位、电压的测定及电路电位图的绘制?12五、基尔霍夫定律的验证?14六、叠加原理的验证?16七、电压源与电流源的等效变换?19八、戴维南定理和诺顿定理的验证?22九、最大功率传输条件的测定?26十、受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究?28十一、典型电信号的观察与测量?32十二、RC一阶电路的响应测试?7/22?35十三、二阶动态电路响应的研究?38十四、R、L、C元件阻抗特性的测定?40十五、用三表法测量交流电路等效参数?42十六、正弦稳态交流电路相量的研究?45十七、RC选频网络特性测试?48十八、RLC串联揩振电路的研究?51十九、双口网络测试?54二十、负阻抗变换器?57二十一、回转器?60二十二、互感电路测量?64二十三、单相铁心变压器特性的测试?67二十四、三相交流电路电压、电流的测量?70二十五、三相电路功率的测量?73二十六、单相电度表的校验?77二十七、功率因数及相序的测量?80二十八、三相鼠笼式异步电动机?82二十九、三相鼠笼式异步电动机点动和自锁控制?87三十、三相鼠笼式异步电动机正反转控制?90三十一、三相鼠笼式异步电动机Y降压起动控制?938/22三十二、三相鼠笼式异步电动机的能耗制动控制?97三十三、工作台往返自动控制?99三十四、三相异步电动机顺序控制?101三十五、C620机床电气控制?103三十六、电动葫芦电气控制?105实验一基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、实验目的1.熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。2.掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。3.熟悉电工仪表测量误差的计算方法。二、原理说明1.为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态。这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。而实际使用的指针式电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差。误差的大小与仪表本身内阻的大小密切相关。只要测出仪表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。以下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。9/222.用“分流法”测量电流表的内阻如图1-1所示。A为被测内阻的直流电流表。测量时先断开开关S，调节电流源的输出电流I使A表指针满偏转。然后合上开关S，并保持I值不变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针指在1/2满偏转位置，此时有IAISI/2RARBR1可调电流源R1为固定电阻器之值，RB可由电阻箱的刻度盘上读得。图1-13.用分压法测量电压表的内阻。如图1-2所示。V为被测内阻的电压表。测量时先将开关S闭合，调节直流稳压电源的输出电压，使电压表V的指针为满偏转。然后断开开关S，调节RB使电压表V的指示值减半。此时有：RVRBR1电压表的灵敏度为：SRV/U。式中U为电压表满偏时的电压值。4.仪表内阻引起的测量误差的计算。以图1-3所示电路为例，R1上的电压为R11UR1U，若R1R2，则UR1U。R1R22现用一内阻为RV的电压表来测量10/22UR1值，当RVR1RV与R1并联后，RAB，以此来替代RVR1RVR1RVR1上式中的R1，则得UR1U图1-3RVR1R2RVR1RVR1RVR1R1绝对误差为UUR1UR1URVR1R1R2R2RVR1R21R2U化简后得U2RVRR12121212U若R1R2RV，则得U6vUR1UR1-U/6相对误差U100100%UR1U/2由此可见，当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时，测量的误差是非常大的。伏安法测量电阻的原理为：测出流过被测电阻RX的电流IR及其两端的电压降UR，则其阻值RX=UR/IR。实际测量时，有两种测量线路，即：相对于电源而言，电流表A接在电压表V的内侧；A接在V的外测。两种线路见图1-4、。由线路可知，只有当RXRV时，RV的分流作用才可忽略不计，A的读数接近于实际流过RX的电流值。11/22图的接法称为电流表的内接法。由线路可知，只有当RXRA时，RA的分压作用才可忽略不计，V的读数接近于RX两端的电压值。图的接法称为电流表的外接法。实际应用时，应根据不同情况选用合适的测量线路，才能获得较准确的测量结果。以下举一实例。在图1-4中，设：U=20V，RA=100，RV=20K。假定RX的实际值为10K。如果采用线路测量，经计算，A、V的读数分别为和，故RX=,相对误差为：10100=如果采用线路测量，经计算，A、V的读数分别为和20V，故RX=20=,相对误差为：10100=1RXRX图1-4四、实验内容1.根据“分流法”原理测定指针式万用表直流电流2.根据“分压法”原理按图1-2接线，测定指针式万用表直流电压和10V档量3.用指针式万用表直流电压10V档量程测量图1-3电路中R1上的电压UR1之值，并计算测量的绝对误12/22差与相对误差。电工技术课程配套教辅材料电工技术实验指导书吴成康王健朱义强编写阜阳师范学院物理系XX年2月目录第一部分基础知识1、电工学实验室安全知识?12、电工学实验概述?23、电工测量?8第二部分基础实验1、实验一交流电路参数测定实验?182、实验二改善功率因数实验?223、实验三三相电路及功率的测量?274、实验四单相变压器实验?345、实验五三相异步电动机的使用和起动?416、实验六异步电动机继电一一接触控制的基本13/22电路实验?497、实验七三相异步电动机Y一起动实验?57第三部分设计实验8、实验八交替工作控制电路的设计与组装?639、实验九“水塔”自动抽水电路设计与组装?64电工学实验室安全用电知识电工学实验一般都是用市电进行，若作用于人体就可以引起生命危险，所以安全用电是实验中始终都要注意的大问题，千万不可麻痹大意。1、接线、拆线或改接线路时，均应先切断电路，接线时应最后连接电源线，拆线时应最先拆除电源线、所有接线均要牢固，以防碰线、掉线、短接、断线等。2、要正确选用保险丝，不能随便用粗保险丝或导线代替。3、接通电路应在指导教师检查线路后进行，改接电路也要经教师检查。4、接通电源应通知全组同学，以防不注意而触电。5、当接通电源后，以及在整个实验过程中，应注意仪表及机器有无异常现象发生，如电表指针指示是否正14/22常，有无反转或超满刻度等；变压器有无过热、发臭、电机转速是否过高，有无怪声音或冒火花等现象，如有异常现象应立即断电检查原因。6、接通电源后，应养成单手操作的习惯，能用单手操作的尽量不用双手操作，不要用手去接触电路中不绝缘导线或接触点。7、保持身体不与旋转部位接触、禁止用手或脚使电动机制动，测量转速时应格外小心。8、万一发生任何事故，应立即迅速断开本组电源开关及实验室电源总开关压下，实验台上红色“急停”按钮。正常情况下不要压此按钮，以免影响正常实验。电工学实验概述一、实验前的准备工作1、认真预习实验指导书及教材中的有关部分，通过预习，充分了解本次实验的目的、原理、步骤和仪器的使用方法，并将实验目的、基本原理、实验电路、填写实验数据的表格认真写画在实验预习报告上。2、进入实验室后，要熟悉TS-B型通用电工实验台的结构及电源配备情况，选中本实验所用电源及接通电源时各开关动作顺序。按指导书所列仪器清单，挑选所用实验电路板及测量仪表单元板并将它们安放在实验框架便于接线的位置上；检查所用其他仪器设备是否齐全和符合实15/22验要求。二、根据实验电路图，联接实验电路1、导线的长短和两端接头种类的选择要合适，联接导线应尽可能少用，并力求简捷、清楚，尽量避免导线间的交叉。接头要插紧，每个接线柱上最好不要多于二个插头。图0-1画出了实验电路图及两种不同的接线方法，显然0-1接线方法较好。2、一般应先接串联电路，后接并联回路；或先接主电路，后接辅助电路，最后接通电源电路。3、任何负载应先经过开关和保险丝才能和电源联接，并根据负载电流的大小选择保险丝。4、线路接好后，先由同组同学做好复查工作，再经教师检查，方可接通电源。5、实验过程中，如需改变接线，必须先切断电源，待改完线路并再次进行检查后，方可接通电源继续进行实验。6、为避免电路过渡冲击电流表和功率表电流线圈而损坏仪表，一般电流表和功率表电流线圈并不接死在电路中，而是通过电流测量插口来代替它。这样既可以保护仪表不受意外损坏，又可以提高仪表的利用率。电流测量的插口是专门为电流表方便地串入电路而设计的。插口两16/22极是用弹性铜片制成，平时两极是闭合的；测量插头是由互相绝缘的双面复铜板制成，焊接在两面的二根引线接电流表。当将电流表插头插入插口时，插头的绝缘层将电路切断，又通过电流表将电路接通，从而达到测量电路电流的目的。当将插头拔出插口时，电路又自动闭合。测量原理如图0-2所示。三、数据的观测与记录观测并记录实验中的现象和数据是实验过程中最主要的步骤，必须认真仔细地进行。1、测量数据前的试做检查为保证实验结果的正确，接通电路以后，不要忙于马上测量数据，而要电工电子技术实验指导书实验一日光灯电路及功率因数的改善一、实验目的1、验证交流电路的基尔霍夫定律。了解日光灯电路的工作原理。了解提高功率因数的意义和方法。二、实验仪器及设备数字万用表一块交流电流表一块ZH12电学实验台日光灯管、镇流器、电容器、起辉器各一个三、实验原理17/22日光灯工作原理：日光灯电路由灯管、启动器和镇流器组成，如图5-1所示。日光灯：灯管是内壁涂有荧光物质的细长玻璃管，管的两端装有灯丝电极，灯丝上涂有受热后易发射电子的氧化物，管内充有稀薄的惰性气体和少量的水银蒸汽。它的起辉电压是400500V，起辉后管压降只有80V左右。因此，日光灯不能直接接在220V电源上使用。图5-1日光灯的原理电路启辉器：相当于一个自动开关，是由一个充有氖气的辉光管和一个小容量的电容器组成。辉光管的两个金属电极离得相当近，当接通电源时，由于日光灯没有点亮，电源电压全部加在启动器辉光管的两个电极之间，使辉光管放电，放电产生的热量使到“U”形电极受热趋于伸直，两电极接触，这时日光灯的灯丝通过电极与镇流器及电源构成一个回路。灯丝因有电流通过而发热，从而使氧化物发射电子。同时，辉光管两个电极接通时，电极间的电压为零，辉光放电停止，倒“U”形双金属片因温度下降而复原，两电极分开，回路中的电流突然被切断，于是在镇流器两端产生一个瞬间高压。这个高感应电压连同电源电压一起加在灯管的两端，使热灯丝之间产生弧光放电并辐射出紫外线，管内壁的荧光粉因受紫外线激发18/22而发出可见光。小电容用来防止启燃过程中产生的杂散电波对附近无线电设备的干扰。镇流器：它的作用一是在灯管起燃瞬间产生一高电压，帮助灯管起燃；二是在正常工作时，限制电路中的电流。提高功率因数的意义和方法在电力系统中，当负载的有功功率一定，电源电压一定时，功率因数越小，线路中的电流就越大，使线路压降、功率损耗增大，从而降低了电能传输效率，也使电源设备得不到充分利用。因此，提高功率因数具有重大的经济意义。在用户中，一般感性负载很多。如电动机、变压器、电风扇、洗衣机等，都是感性负载其功率因数较低。提高功率因数的方法是在负载两端并联电容器。让电容器产生的无功功率来补偿感性负载消耗的无功功率以减少线路总的无功功率来达到提高功率因数的目的。四、实验内容及步骤了解日光灯的各部件及其工作原理按图5-2接好线路，电容器先不要接入电路。图5-2改善功率因数实验电路图注意：此实验系强电，一定请指导教师检查无误后，方可通电实验。认真阅读常用仪器仪表的使用说明，掌握交流电流表、电压表和功率表的使用方法。闭合开关K，测量灯管两端的电压U，镇流19/22器两端的电压U，电路中的电流I，各元件的功率和总功率，并将数据填入表12-1中。表5-1改善功率因数测量表将电容器C=10F接入线路，再次测量上述数据并记入表5-1中。五、实验报告从测量数据中求出日光灯电阻、镇流器电阻、镇流器的电感和并联电容的数值。验证基尔霍夫定律。并电容后，功率因数有何变化?要使功率因数提高到1，应并联多大电容?此电路是过补偿还是欠补偿?为什么?可否用串联电容的方法来提高感性负载的功率因数?并联电容后电路总电流I应变大还是变小?试用相量图来说明实验二三相异步电动机一、实验目的1.了解三相异步电动机的结构及铭牌数据的意义。2.学习异步电动机的一般检验方法。3.学习异步电动机的接线方法，直接起动及反转的操作。二、实验器材与设备20/22三相异步电动机、兆欧表、钳形电流表、万用表、转速表三、实验内容与要求1.记录电动机的铭牌数据。2.实验判别定子绕组始末端的方法三相异步电动机出