电工学实验指导材料.docx
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电工学实验指导材料
电工实验指导材料
电工实验基础知识
一、电工学实验须知
电工学是实践性很强的一门技术基础课,实验是该课程的一个重要环节。
通过这一实践性教学环节,巩固和加深所学知识,训练实验技能,锻炼动手能力,树立工程实际观点和严谨的科学作风。
通过实验课程训练要求达到:
(1)正确使用常用的电工仪表、电工设备及常用的电子仪器:
(2)具备能按电路图正确接线和检查线路故障的能力;
(3)具备准确读取实验数据、观察实验现象、测绘波形曲线和分析实验数据的能力;
(4)巩固、加深所学理论知识并能灵活运用于实践中;
(5)培养事实求是、严肃认真、细致踏实的科学作风和良好的实验习惯。
二、实验课程序
实验课分为课前预习、实验过程、课后整理写实验报告等环节。
(1)课前预习:
课前预习是顺利进行实验的重要环节,因此要求同学们要认真阅读实验指导书,明确实验目的,理解实验原理,熟悉实验电路、内容、步骤及注意事项;做好观察实验波形及记录数据的准备工作。
(2)实验过程:
良好的工作方法和操作规程是实验顺利进行的有效保证,学生实验时应做到①分好小组,小组成员分工协作,操作、观察现象、读数及记录数据,每做完一项实验内容要调换分工,②观察所用仪器,了解其使用方法、量程及注意事项,接好线路后经老师检查后方可合上电源,进行实验,③正确读数,对于指针式仪表要求“眼、针、影成一线”,实验中发现异常现象,及时切断电源,分析原因,排除故障,经教师许可后再进行实验。
(3)实验报告:
实验报告是对实验内容的全面总结,编写时要做到字迹端正、简明扼要、图表清晰、分析合理、讨论深入。
三、对实验技能的要求
培养和提高实验技能是电路实验课的基本目的之一。
对实验技能作如下要求:
1、熟悉常用电工仪表的使用方法,能正确使用电流表、电压表、万用表、功率表及其它常用的电工仪表;
2、掌握下述电路的测量方法
(1)电压、电流、功率的测量;
(2)电路元件及网络端口特性的测量;
(3)会用实验手段验证一些定例和结论。
四、实验仪器
本实验室使用的实验装置是DGX-1B,对其实验功能简介如下:
DGX-1B装置主要由电源控制屏、实验桌、9个基本实验组件挂箱等组成。
1、DG01电源控制屏操作使用说明
电源控制屏为实验提供:
三相0~450V可调交流电源,同时得到实验所需0~250V可调交流电源;直流电机实验所需的40~230V、3A可调电枢电源及220V、0.5A励磁电源等。
(1)、电源控制屏的启动
①控制屏的左后侧有一根输入电源线(采用三相四芯电缆线,并已接好三相四芯插头),插好三相四芯插头,同时接好机壳的接地线,接通三相380V交流电源。
②将三相自耦调压器的旋转手柄(控制屏左侧面),按逆时针方向旋至零位。
③将电压表指示切换开关置于左侧(三相电网电压)。
④.开启钥匙式三相电源总开关,红色按纽灯亮(即按钮“关”的红色灯亮),三只电压表指示出三相电网线电压之值。
⑤.按下“开”按钮,红色灯灭,绿色灯亮,同时可听到屏后交流接触器的瞬间吸合声及电源变压器发出的50Hz交流“嗡嗡...”声。
还可看到三相可调交流电源的输出处3只黄、绿、红发光管亮,表明三相隔离变压器给三相自耦调压器供电的三相交流380V电源正常。
至此,按钮“关”红灯亮或按钮“开”绿灯亮,控制屏右侧面2处单相三芯220V电源插座有电源输出;只有在按钮“开”绿灯亮时,控制屏正面挂件箱处凹槽底部6处单相三芯220V小圆形插座、左侧面单相二芯220V电源插座及三相四芯380V电源插座,均有电源输出。
电源控制屏启动完毕。
(2)、三相可调交流电源输出电压的调节
①将“指示切换”开关置于右侧(三相调电压),三只电压表指针回到零位。
②按顺时针方向缓缓旋动三相自耦调压器的调节旋钮,三只电压表随之偏转,即指示三相可调电压输出端U、V、W两两之间的线电压之值,直至调节到某实验内容所需的电压值。
实验完毕,将旋钮调回零位。
2、挂箱简介
(1)DG04直流稳压电源、恒流源
①开启右上方“可调稳压电源开关”,指示灯亮。
调节“输出粗调”波段开关及“输出细调”旋钮,在输出端输出0.0~30V(分10V、20V、30V三档)连续可调的直流电压。
“输出粗调”旋钮平时应置于10V档。
②开启左上方“稳压电源开关”,指示灯亮,根据“输出选择”开关所置的位置(6V或12V),可使“输出端”输出恒定的6V或12V直流稳压值。
③输出电压值的指示:
将“显示切换”开关置右侧,数码管即显示可调稳压电源输出之值;将“显示切换”开关置于左侧,同时开启可调稳压电源开关,则数码管显示左侧恒定稳压电源输出电压之值。
④恒流源的输出及其调节
将负载接到“输出”两端,开启恒流源开关,指示灯亮,数码管显示输出恒流之值。
调节“恒流输出粗调”波段开关和“恒流输出细调”旋钮,可输出三档(满度为1mA、100mA和500mA)连续可调的恒定电流值。
⑤.实验毕,关闭各电源开关。
(2)交、直流数字电流表、电压表
D31直流数字电流表、电压表
①开启面板下方的电源开关,指示灯亮。
②电压表的使用:
通过导线将输入+、-两端并接到被测对象的两端,对五档琴键开关进行操作,完成电压表的接入和对量程的选择。
关2V20V200V1000V
┌───┬───┬───┬───┬───┐
││││││
└───┴───┴───┴───┴───┘
在使用中应特别注意预先估算被测量的范围,以此来正确选择适当的量程,否则易损坏仪表。
③毫安表的使用:
通过导线将输入+、-两端串接在被测电路中,对四档琴键开关进行操作,完成毫安表的接入和对量程的选择。
关2mA20mA200mA
┌───┬───┬───┬───┐
│││││
└───┴───┴───┴───┘
④电流表(5A量程)的使用,将输入+、-两端串接在被测电路中,按下开关按钮,数码便显示被测电流之值。
D32交流电流表
①箱上共有三个完全相同的多量程指针式交流电流表,各表都设置四个量程(0.25A、1A、2.5A及5A),并通过琴键开关进行切换。
②在实验接线、量程换档及不需要指示测量值时,将“测量/短接”键处于“短接”状态;需要测量时,将“测量/短接”键处于“测量”状态。
③若测量电流小于1A,选择“1A/0.25A”、“*”这两个输入口;若测量电流大于1A小于2.5A,选择“2.5A”、“*”这两个输入口;若测量电流大于2.5A小于5A,选择“5A”“*”这两个输入口。
并按下合适的量程按键,相应的绿色指示灯亮,指针指示出被测量值。
④若被测量值超过仪表该量程的量限,则该表告警指示灯亮,控制屏内蜂鸣器发出告警信号,并使接触器跳开。
该超量程仪表的“复位”按钮按一下,蜂鸣器停止发出声音,重新选择量程或测量值恢复正常后,还必须重新启动控制屏,才可开始实验。
D33交流电压表
①箱上共有三个完成相同的多量程指针式交流电压表,各表都设置五个量程(30V、75V、150V、300V及450V),并通过琴键开关进行切换。
②根据测量值选择合适的量程按键,相应的绿色指示灯亮,指针指示出被测量值。
③同上面④
实验一 基尔霍夫定律的验证
一、实验目的
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.学会测量各支路电流;
3.加深对参考方向的理解。
二、原理说明
1、基尔霍夫定律
基尔霍夫定律是电路理论中最基本最重要的定律之一。
测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压,应能分别满足基尔霍夫电流定律(KCL)和电压定律(KVL)。
基尔霍夫电流定律(KCL):
对于任何集总参数电路,在任意时刻流入(或流出)任意节点的电流的代数和恒为零。
即ΣI=0。
基尔霍夫电压定律(KVL):
对于任何集总参数电路,在任意时刻沿任意闭合回路电压的代数和恒等于零。
即ΣU=0。
运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向,此方向可预先任意设定。
2、参考方向
为了便于分析和计算电路,可假定一个电流(或电压)的正方向,称为参考方向,如无特别指出,电路中所标方向均为参考方向。
在参考方向下,若实际方向与参考方向一致,则为正值;若实际方向与参考方向相反,则为负值。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流可调稳压电源
0~30V
二路
DG04
2
万用表
1
3
直流数字电压表
0~!
200V
1
D31
4
电位、电压测定实验电路板
1
四、实验内容
实验线路与图1-1,用DG05挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。
图1-1
1.实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。
图1-1中的I1、I2、I3的方向已设定。
三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。
2.分别将两路直流稳压源接入电路,令U1=6V,U2=12V。
3.熟悉电流插头的结构,将电流插头的两端接至数字毫安表的“+、-”两端。
4.将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中,读出并记录电流值。
5.用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值,记录之。
被测量
I1(mA)
I2(mA)
I3(mA)
UEFV)
UBC(V)
UFA(V)
UAB(V)
UAD(V)
UCD(V)
UDE(V)
计算值
测量值
相对误差
五、实验注意事项
1.所有需要测量的电压值,均以电压表测量的读数为准。
U1、U2也需测量,不应取电源本身的显示值。
2.防止稳压电源两个输出端碰线短路。
3.用指针式电压表或电流表测量电压或电流时,如果仪表指针反偏,则必须调换仪表极性,重新测量。
此时指针正偏,可读得电压或电流值。
若用数显电压表或电流表测量,则可直接读出电压或电流值。
但应注意:
所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。
六、预习思考题
1.根据图1-1的电路参数,计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值,记入表中,以便实验测量时,可正确地选定毫安表和电压表的量程。
2.实验中,若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流,在什么情况下可能出现指针反偏,应如何处理?
在记录数据时应注意什么?
若用直流数字毫安表进行测量时,则会有什么显示呢?
七、实验报告
1.根据实验数据,选定节点A,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.将支路和闭合回路的电流方向重新设定,重复1、2两项验证。
4.误差原因分析。
5.心得体会及其他。
实验三戴维南定理与诺顿定理
一、实验目的
1、验证戴维南定理与诺顿定理的正确性,加深对该定理的理解;
2、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法;
3、进一步学习常用直流仪表的使用方法。
二、实验原理与说明
1、对于一个复杂的有源二端网络来说,可以用一个简单的等效电路来代替,从而简化问题。
有源二端网络其等效的简单电路遵循戴维南定理和诺顿定理。
戴维南定理:
对外电路来说,一个线性有源二端网络可用一个电压源和一个电阻串联的电路来等效代替。
该电压源的电压等于此有源二端网络的开路电压
,串联电阻等于此有源二端网络除去独立电源后(电压源短接,电流源断开)在其端口处的等效电阻
。
诺顿定理:
一个线性有源二端网络可用一个电流源和一个电阻并联的电路来等效代替。
该电流源的电流等于此有源二端的短路电流
,并联电阻等于此有源二端网络除去独立电源后(电压源短接,电流源断开)在其端口处的等效电阻
。
如图3-1所示为一复杂线性有源二端网络,图二为戴维南等效电路,图3-3为诺顿等效电路。
2.有源二端网络等效参数的测量方法
和
称为有源二端网络等效参数
(1)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
,
(2)将其输出端短路,用电流表测其短路电流
(3)等效内阻
。
(4)
的直接测量法。
将被测有源二端网络内所有独立源置零(去掉电流源Is和电压源Us,并在原电压源所接的两点用一根短导线连接)然后用万用表的欧姆档直接去测
开路时A、B两点之间的电阻,此即为被测网络的等效内阻
。
三.实验设备与器件
DGX-1B型电工技术实验装置;
直流电流表、直流电压表、万用表;
直流稳压源、直流稳流源、导线若干
四.实验任务和步骤
1、测量二端网络的等效参数
R0的测量方法:
(1)测量出
、
的值,则
(2)直接测量法:
按图3-1将电流源去掉(开路),电压源去掉,然后用一根导线代替它(短接);然后将负载电阻开路,直接用万用表电阻挡测量AB端的电阻
记入表3-1。
表3-1测开路电压、短路电流及二端网络内阻
开路电压
(V)
短路电流
(mA)
等效内阻
=
/
(Ω)
2、负载实验,按图3-1接好电路,改变负载
的大小,测量有源二端网络的外特性。
表3-2测二端网络的外特性
UAB(v)
I(mA)
(Ω)
0
100
200
500
600
800
900
1000
∞
3、验证戴维南定理。
调节电阻箱的电阻使其等于
,然后将稳压源输出电压调到
两者串联即为戴维南等效支路,再与
连接成如图3-2所示电路,仿照步骤1测其外特性将测量结果记入表3-3,验证戴维南定理。
表3-3验证戴维南定理(戴维南等效电路外特性实验数据)
UAB(v)
I(mA)
RL(Ω)
0
100
200
500
600
800
900
1000
∞
4、验证诺顿定理。
将稳流源的大小调至
,与
并联为诺顿等效电路,再与外电路
相连,如图3-3所示,测量二端网络的外特性将结果记入表3-4,验证诺顿定理。
表3-4验证诺顿定理(诺顿等效电路外特性实验数据)
UAB(v)
I(mA)
RL(Ω)
0
100
200
500
600
800
900
1000
∞
图3-1
图3-2戴维南等效电路图3-3诺顿等效电路
五、预习要求:
1、复习戴维南定理和诺顿定理
2、预习实验内容,写出预习报告
六、注意事项:
1、严禁电压源短路。
电压源、电流源接入电路前,必须电压源输出调为零,接入电路后再逐渐从小到大调至规定值。
2、严禁带电拆、接线
七、思考题:
在求戴维南或诺顿等效电路时,作短路实验测
的条件是什么?
八、实验报告
根据实验数据分别绘出含源二端网络、戴维南等效电路、诺顿等效电路的外特性曲线
U=f(I).
实验六 三相交流电路电压、电流的测量
一、实验目的
1.掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法,验证这两种接法下线、相电压及线、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
1.三相负载可接成星形(又称“Y”接)或三角形(又称"△"接)。
当三相对称负载作Y形联接时,线电压UL是相电压Up的
倍。
线电流IL等于相电流Ip,即
UL=
, IL=Ip
在这种情况下,流过中线的电流I0=0,所以可以省去中线。
当对称三相负载作△形联接时,有IL=
Ip, UL=Up。
2.不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法,即Yo接法。
而且中线必须牢固联接,以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。
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。
尤其是对于三相照明负载,无条件地一律采用Y0接法。
3.当不对称负载作△接时,IL≠
Ip,但只要电源的线电压UL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。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0~500V
1
D33
2
交流电流表
0~5A
1
D32
3
万用表
1
自备
4
三相自耦调压器
1
DG01
5
三相灯组负载
220V,15W白炽灯
9
DG08
6
电门插座
3
DG09
四、实验内容
1.三相负载星形联接(三相四线制供电)
按图6-1线路组接实验电路。
即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源。
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,使输出的三相线电压为220V,并按下述内容完成各项实验,分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。
将所测得的数据记入表6-1中,并观察各相灯组亮暗的变化程度,特别要注意观察中线的作用。
图6-1
表6-1
测量数据
实验内容
(负载情况)
开灯盏数
线电流(A)
线电压(V)
相电压(V)
中线电流I0
(A)
中点电压UN0
(V)
A
相
B
相
C
相
IA
IB
IC
UAB
UBC
UCA
UA0
UB0
UC0
Y0接平衡负载
3
3
3
Y接平衡负载
3
3
3
Y0接不平衡负载
1
2
3
Y接不平衡负载
1
2
3
Y0接B相断开
1
3
Y接B相断开
1
3
2.负载三角形联接(三相三线制供电)
按图6-2改接线路,经指导教师检查合格后接通三相电源,并调节调压器,使其输出线电压为220V,并按表6-2的内容进行测试。
图6-2
表6-2
测量数据
负载情况
开灯盏数
线电压=相电压(V)
线电流(A)
相电流(A)
A-B相
B-C相
C-A相
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
IAB
IBC
ICA
三相平衡
3
3
3
三相不平衡
1
2
3
五、实验注意事项
1.本实验采用三相交流市电,线电压为380V,应穿绝缘鞋进实验室。
实验时要注意人身安全,不可触及导电部件,防止意外事故发生。
2.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,必须严格遵守先断电、再接线、后通电;先断电、后拆线的实验操作原则。
3.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。
4.为避免烧坏灯泡,DG08实验挂箱内设有过压保护装置。
当任一相电压>245~250V时,即声光报警并跳闸。
因此,在做Y接不平衡负载或缺相实验时,所加线电压应以最高相电压<240V为宜。
六、预习思考题
1.三相负载根据什么条件作星形或三角形连接?
2.复习三相交流电路有关内容,试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下,当某相负载开路或短路时会出现什么情况?
如果接上中线,情况又如何?
3.本次实验中为什么要通过三相调压器将380V的市电线电压降为220V的线电压使用?
七、实验报告
1.用实验测得的数据验证对称三相电路中的
关系。
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.不对称三角形联接的负载,能否正常工作?
实验是否能证明这一点?
4.根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图,并求出线电流值,然后与实验测得的线电流作比较,分析之。
5.心得体会及其他。
实验七三相电路功率的测量
一.实验目的
1.掌握用一瓦特表法、二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法
2.进一步熟练掌握功率表的接线和使用方法
二.实验原理
1.一瓦特表法对于三相四线制供电的三相星形连接的负载,可用一只瓦特表测量各相的有功功率PA,PB,PC,则三相负载总有功功率ΣP=PA+PB+PC,若三相负载是对称的,则只需测量一相的功率,再乘以3即得三相总的有功功率.线路图如图7-1所示.
2.二瓦特表法对于三相三线制供电系统中,不论三相负载是否对称,也不论负载是Y接还是△接,都可用二瓦特表法测量三相负载的总有功功率,称之为二瓦特表法。
测量线路如图7-2所示。
若负载为感性或容性,且当相位差φ>60°时,线路中的一只功率表指针将反偏(数字式功率表将出现负读数),这时应将功率表电流线圈的两个端子调换(不能调换电压线圈端子),其读数应记为负值。
而三相总功率
(
、
本身不含任何意义)。
两瓦特表的一般接线原则是:
①两只功率表的电流线圈分别串接于任意两相端线中,电流线圈带“*”号的一端须接在电源侧;②两只功率表的电压线圈带“*”号的一端和电流线圈的“*”号端相连,而电压线圈的非“*”号端必须同时接到未接功率表的电流线圈的第三相的端线上。
除图7-2的IA、UAC与IB、UBC接法外,还有IB、UAB与IC、UAC以及IA、UAB与IC、UBC两种接法。
3、无功功率
对对称三相三线电路,测量无功功率的线路如图7-3所示,。
其一般接线原则是:
将功率表的电流线圈串接于任一相的端线中,其电流线圈的“*”号端接于电源侧,而电压线圈跨接于另外两相的端线之间,且电压线圈的“*”号端应按正相序接至串接电流线圈所在相下一相的端线上。
(本次实验我们采用的是三相Y形接法)。
式中,
为功率表的示值,当负载为感性时,功率表正向偏转;负载为容性时,功率表反向偏转(示值取负值)。
三相负载
图7-1图7-2
三
相
平
衡
负
载
图6-3
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0~500V
2
D33
2
交流电流表
0~5A
2
D32
3
单相功率表
2
D34
4
万用表
1
自备
5
三相自耦调压器
1
DG01
6
三相灯组负载
220V,15W白炽灯
9
DG08
7
三相电容负载
1μF,2.2μF,4.7μF/500V
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- 电工学 实验 指导 材料