昆明理工大学 电力工程 学院学生实验报告

昆明理工大学电力工程学院学生实验报告实验课程名称：[具体课程名称]实验项目名称：[具体项目名称]专业：[专业名称]班级：[班级编号]学号：[具体学号]学生姓名：[姓名]实验日期：[开始日期][结束日期]指导教师：[教师姓名]

一、引言电力工程作为一门重要的学科领域，对于推动社会经济发展和保障人们日常生活至关重要。本次实验旨在通过一系列的实际操作和理论分析，让学生深入了解电力工程相关原理和技术，培养学生的实践能力和创新思维。通过完成各项实验任务，学生将能够掌握电力系统的基本构成、运行特性以及电力设备的工作原理和性能测试方法，为今后从事电力工程相关领域的工作奠定坚实的基础。

二、实验目的1.熟悉电力工程实验的基本仪器设备，掌握其使用方法和操作规范。2.验证电力系统相关理论知识，如电路定律、电机原理等，加深对理论知识的理解。3.测量和分析电力设备的性能参数，如电阻、电感、电容、电压、电流等，掌握相关测量技术。4.通过实验数据的采集、处理和分析，培养学生的数据处理能力和误差分析能力。5.培养学生的团队协作精神和独立思考能力，提高学生解决实际问题的能力。

三、实验原理（一）电路基本定律1.欧姆定律：在一段不含电源的电路中，通过电阻元件的电流I与电阻元件两端的电压U成正比，与电阻R成反比，即I=U/R。2.基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律（KCL）：所有进入某节点的电流的总和等于所有离开这节点的电流的总和。对于电路中的任意节点，有∑I=0。基尔霍夫电压定律（KVL）：沿着闭合回路所有元件两端的电势差（电压）的代数和等于零。对于电路中的任意闭合回路，有∑U=0。

（二）正弦交流电路1.正弦交流电的表示方法：正弦交流电可以用解析式、波形图和相量图等方法表示。其中，相量图是一种用复数表示正弦量的方法，它将正弦量的大小和相位用一个复数来表示，便于分析和计算。2.正弦交流电路中的基本元件电阻元件：在正弦交流电路中，电阻元件的电压和电流同相位，其伏安关系为u=Ri，其中u和i分别为电压和电流的瞬时值，R为电阻值。电感元件：电感元件的电压超前电流90°，其伏安关系为u=L(di/dt)，其中L为电感值。在正弦交流电路中，电感元件的感抗XL=ωL，其中ω为角频率。电容元件：电容元件的电流超前电压90°，其伏安关系为i=C(du/dt)，其中C为电容值。在正弦交流电路中，电容元件的容抗XC=1/(ωC)。3.RLC串联电路：在RLC串联电路中，总电压与总电流的相位差φ=arctan[(XLXC)/R]。当XL=XC时，电路发生谐振，此时电路的阻抗最小，电流最大，这种谐振称为串联谐振。串联谐振具有选频特性，可用于信号的选择和滤波。

（三）电力变压器1.变压器的基本结构：电力变压器主要由铁芯和绕组两部分组成。铁芯是变压器的磁路部分，采用高导磁率的硅钢片叠成；绕组是变压器的电路部分，由绝缘导线绕制而成。2.变压器的工作原理：变压器是基于电磁感应原理工作的。当一次绕组接上交流电源时，绕组中便有交变电流通过，在铁芯中产生交变磁通，这个交变磁通同时穿过一次绕组和二次绕组，在二次绕组中感应出电动势。根据电磁感应定律，一、二次绕组的感应电动势之比等于它们的匝数之比，即E1/E2=N1/N2，其中E1和E2分别为一、二次绕组的感应电动势，N1和N2分别为一、二次绕组的匝数。3.变压器的变比：变压器的变比k等于一次绕组与二次绕组的匝数之比，即k=N1/N2。在理想变压器中，变比k也等于一次绕组与二次绕组的电压之比，即k=U1/U2，其中U1和U2分别为一、二次绕组的电压。4.变压器的损耗：变压器的损耗主要包括铁损耗和铜损耗。铁损耗是指铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，与铁芯材料、磁通密度和频率等因素有关；铜损耗是指绕组中的电阻损耗，与绕组的电流和电阻有关。

（四）异步电动机1.异步电动机的基本结构：异步电动机主要由定子和转子两部分组成。定子由定子铁芯、定子绕组和机座等部分组成；转子由转子铁芯、转子绕组和转轴等部分组成。2.异步电动机的工作原理：当异步电动机的定子绕组接上三相交流电源时，在定子绕组中便产生旋转磁场。旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中感应出电动势和电流。转子电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动转子旋转。由于转子的转速n总是低于旋转磁场的转速n1，所以称为异步电动机。异步电动机的转差率s=(n1n)/n1，其中n为转子转速，n1为旋转磁场转速。3.异步电动机的机械特性：异步电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T之间的关系。异步电动机的机械特性曲线是一条非线性曲线，在额定负载附近，机械特性较硬，转速变化较小；在轻载或过载时，机械特性较软，转速变化较大。

四、实验设备1.电源：[具体电源名称及规格]，提供稳定的交流电源。2.电阻箱：[阻值范围及精度]，用于调节电路中的电阻值。3.电感线圈：[电感值及精度]，用于模拟电感元件。4.电容箱：[电容值及精度]，用于模拟电容元件。5.示波器：[带宽、采样率等参数]，用于观察电信号的波形和测量信号的频率、幅度等参数。6.万用表：[测量功能及精度]，用于测量电压、电流、电阻等基本电学量。7.电力变压器：[额定容量、变比等参数]，用于研究变压器的工作原理和性能。8.异步电动机：[功率、转速等参数]，用于研究异步电动机的工作原理和机械特性。9.实验台：提供实验所需的电路连接平台和安全保护措施。

五、实验内容与步骤

（一）电路基本定律实验1.连接电路根据实验电路图，使用导线将电源、电阻箱、电流表和电压表等设备连接成串联电路。检查电路连接是否正确，确保各元件接触良好，无短路和断路现象。2.测量电阻元件的电压和电流调节电阻箱的阻值，记录不同阻值下电阻元件两端的电压U和通过电阻元件的电流I。将测量数据填入实验数据记录表中。3.验证欧姆定律根据测量数据，计算电阻值R=U/I，并与电阻箱的设定值进行比较。分析实验数据，验证欧姆定律的正确性。4.验证基尔霍夫定律在电路中选择一个节点，测量流入该节点和流出该节点的电流，验证基尔霍夫电流定律。选择一个闭合回路，测量回路中各元件两端的电压，验证基尔霍夫电压定律。

（二）正弦交流电路实验1.连接RLC串联电路根据实验电路图，将电阻箱、电感线圈、电容箱和交流电源连接成RLC串联电路。使用示波器观察电源电压和电阻两端电压的波形，调整示波器的参数，使波形清晰稳定。2.测量RLC串联电路的电压和电流使用万用表测量电路中的电流I和电阻、电感、电容两端的电压UR、UL、UC。将测量数据填入实验数据记录表中。3.计算电路的阻抗和相位差根据测量数据，计算电路的阻抗Z=U/I，其中U为电源电压。计算电路的相位差φ=arctan[(ULUC)/UR]。4.观察RLC串联电路的谐振现象调节电容箱的电容值，观察示波器上电压和电流的波形变化。当电路发生谐振时，记录此时的电容值C0、电流I0和电源电压U0。计算谐振频率f0=1/(2π√LC0)，并与电源频率进行比较。

（三）电力变压器实验1.测量变压器的变比将变压器的一次绕组接上电源，二次绕组开路。使用万用表测量一次绕组和二次绕组的电压U1和U2。计算变压器的变比k=U1/U2，并与变压器的铭牌值进行比较。2.测量变压器的空载损耗和空载电流将变压器的一次绕组接上电源，二次绕组开路。使用功率表测量变压器的空载功率P0，使用电流表测量空载电流I0。将测量数据填入实验数据记录表中。3.测量变压器的短路损耗和短路阻抗将变压器的二次绕组短路，一次绕组接上电源，调节电源电压，使短路电流达到额定值。使用功率表测量变压器的短路功率Pk，使用电压表和电流表测量短路电压Uk和短路电流Ik。计算变压器的短路阻抗Zk=Uk/Ik，短路损耗Pk=I²kRk，其中Rk为短路电阻。

（四）异步电动机实验1.测量异步电动机的定子电阻使用万用表测量异步电动机定子绕组的电阻值。将测量数据记录下来。2.观察异步电动机的启动过程将异步电动机的定子绕组接上三相交流电源，观察电动机的启动过程，记录启动电流和启动时间。使用转速表测量电动机的启动转速。3.测量异步电动机的机械特性在异步电动机的轴上安装测功机，调节负载大小，测量不同负载下电动机的转速n、电流I和转矩T。将测量数据填入实验数据记录表中。根据测量数据，绘制异步电动机的机械特性曲线。

六、实验数据记录与处理

（一）电路基本定律实验数据记录与处理|电阻箱阻值R(Ω)|电压U(V)|电流I(A)|计算电阻R(Ω)|相对误差||||||||[具体阻值1]|[测量值1]|[测量值2]|[计算值1]|[误差值1]||[具体阻值2]|[测量值3]|[测量值4]|[计算值2]|[误差值2]||...|...|...|...|...|

（二）正弦交流电路实验数据记录与处理|电容C(μF)|电感L(mH)|电阻R(Ω)|电流I(A)|UR(V)|UL(V)|UC(V)|阻抗Z(Ω)|相位差φ(°)||||||||||||[具体电容值1]|[具体电感值1]|[具体电阻值1]|[测量值5]|[测量值6]|[测量值7]|[测量值8]|[计算值3]|[计算值4]||[具体电容值2]|[具体电感值2]|[具体电阻值2]|[测量值9]|[测量值10]|[测量值11]|[测量值12]|[计算值5]|[计算值6]||...|...|...|...|...|...|...|...|...|

谐振时数据记录：|电容C0(μF)|电流I0(A)|电源电压U0(V)|谐振频率f0(Hz)|||||||[具体谐振电容值]|[测量值13]|[测量值14]|[计算值7]|

（三）电力变压器实验数据记录与处理|变比测量|一次电压U1(V)|二次电压U2(V)|变比k|铭牌变比|相对误差||||||||||[测量值15]|[测量值16]|[计算值8]|[铭牌值]|[误差值3]|

空载实验数据：|空载功率P0(W)|空载电流I0(A)|||||[测量值17]|[测量值18]|

短路实验数据：|短路功率Pk(W)|短路电压Uk(V)|短路电流Ik(A)|短路阻抗Zk(Ω)|短路损耗Pk(W)||||||||[测量值19]|[测量值20]|[测量值21]|[计算值9]|[计算值10]|

（四）异步电动机实验数据记录与处理|定子电阻R(Ω)||||[测量值22]|

启动实验数据：|启动电流Iq(A)|启动时间tq(s)|启动转速nq(r/min)||||||[测量值23]|[测量值24]|[测量值25]|

机械特性实验数据：|负载转矩T(N·m)|转速n(r/min)|电流I(A)||||||[具体负载转矩1]|[测量值26]|[测量值27]||[具体负载转矩2]|[测量值28]|[测量值29]||...|...|...|

七、实验结果与分析

（一）电路基本定律实验结果与分析1.通过实验数据验证了欧姆定律和基尔霍夫定律的正确性。在实验误差允许范围内，计算得到的电阻值与电阻箱设定值基本相符，流入节点的电流总和等于流出节点的电流总和，闭合回路中各元件两端电压的代数和等于零。2.实验误差主要来源于测量仪器的精度、电路连接的接触电阻以及读数误差等。为了减小误差，可以选择精度更高的测量仪器，确保电路连接良好，并多次测量取平均值。

（二）正弦交流电路实验结果与分析1.根据实验数据计算得到的电路阻抗和相位差与理论值基本相符，验证了正弦交流电路的相关理论。当电路发生谐振时，电流达到最大值，阻抗最小，相位差为零，这与串联谐振的特性一致。2.实验中观察到的波形变化与理论分析相符，进一步加深了对正弦交流电路中各元件特性的理解。实验误差主要来源于示波器的测量误差、元件参数的不准确以及电源频率的波动等。

（三）电力变压器实验结果与分析1.测量得到的变压器变比与铭牌值基本相符，说明变压器的变比在正常范围内。空载损耗和空载电流的测量结果也符合变压器的运行特性，反映了变压器铁芯的性能和励磁电流的大小。2.短路损耗和短路阻抗的测量结果可以用于评估变压器绕组的电阻和漏电抗，对于分析变压器的短路性能具有重要意义。实验误差主要来源于测量仪器的精度、功率因数的影响以及实验操作过程中的误差等。

（四）异步电动机实验结果与分析1.测量得到的异步电动机定子电阻值为后续分析电动机的性能提供了基础数据。启动电流较大，启动时间较短，启动转速较低，这些现象与异步电动机的启动特性相符。2.通过测量不同负载下的转速、电流和转矩，绘制出的机械特性曲线反映了异步电动机的转速随负载变化的规律。在额定负载附近，电动机的转速较为稳定，随着负载的增加，转速逐渐下降，电流和转矩逐渐增大。实验误差主要来源于测功机的精度、转速表的测量误差以及负载的不均匀性等。

八、实验总结通过本次电力工程学院学生实验，学生们全面深入地了解了电力工程相关的基本原理和技术，掌握了电力系统中各种电路元件和设备的性能测试方法。在实验过程中，学生们熟练操作