電工實(shí)驗(yàn)(化學(xué))

1、實(shí)驗(yàn)一疊加原理的驗(yàn)證一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證線性電路疊加原理的正確性，加深對線性電路的疊加性和齊次性的認(rèn)識和理解。二、原理說明疊加原理指出：在有多個獨(dú)立源共同作用下的線性電路中，通過每一個元件的電流或其兩端的電壓，可以看成是由每一個獨(dú)立源單獨(dú)作用時在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。線性電路的齊次性是指當(dāng)激勵信號（某獨(dú)立源的值）增加或減小K 倍時，電路的響應(yīng)（即電路中各電阻元件上的電流和電壓值）也將增加或減小K倍。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號名 稱型號與規(guī)格數(shù)量備 注1直流穩(wěn)壓電源 030V可調(diào)二路實(shí)驗(yàn)屏左列2智能直流電壓表0300V1實(shí)驗(yàn)屏上方3智能直流毫安表0500mA1實(shí)驗(yàn)屏上方4疊加原理實(shí)驗(yàn)電路板1DG

2、J-03四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容510R1R3R2R4R5U1U212V6V+5105103301KABCDEFI1I2I3IN4007K1K2K3圖 1-1實(shí)驗(yàn)線路如圖1-1所示，用DGJ-03掛箱的“基爾夫定律/疊加原理”線路。1. 將兩路穩(wěn)壓源的輸出分別調(diào)節(jié)為12V和6V，接入U1和U2處。2. 令U1電源單獨(dú)作用（將開關(guān)K1投向U1側(cè)，開關(guān)K2投向短路側(cè)）。用智能直流電壓表和毫安表（接電流插頭）測量表1-1所示各電壓及電流，并將測量數(shù)據(jù)記入表1-1。3. 令U2電源單獨(dú)作用（將開關(guān)K1投向短路側(cè)，開關(guān)K2投向U2側(cè)），重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2的測量和記錄。4. 令U1和U2共同作用（開關(guān)K1和K2分別投向U

3、1和U2側(cè)）， 重復(fù)上述的測量和記錄。 表 1-1測量項目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAC(V)UAD(V)UAE(V)UCD(V)UDE(V)U1單獨(dú)作用U2單獨(dú)作用U1、U2共同作用2U2單獨(dú)作用5. 將原U2=6V調(diào)至2U2=12V，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3的測量和記錄，數(shù)據(jù)記入表1-1中的最后一行。6. 將R5（330）換成二極管1N4007（即將開關(guān)K3投向二極管側(cè)），重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容15的測量過程，數(shù)據(jù)記入表1-2。7. 分別按下故障1、故障2、故障3設(shè)置鍵，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4（U1=12V和U2=6V共同作用，開關(guān)K3投向R5側(cè)）的測量和記錄，數(shù)據(jù)記入表1-3

4、。根據(jù)測量結(jié)果判斷出故障的性質(zhì)。表 1-2測量項目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAC(V)UAD(V)UAE(V)UCD(V)UDE(V)U1單獨(dú)作用U2單獨(dú)作用U1、U2共同作用2U2單獨(dú)作用 表 1-3測量項目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAC(V)UAD(V)UAE(V)UCD(V)UDE(V)故障1故障2故障3五、實(shí)驗(yàn)注意事項1. 用電流插頭測量各支路電流時，或者用電壓表測量電壓降時，應(yīng)注意儀表的極性，正確判斷測得值的“、”號后，記入數(shù)據(jù)表格。2. 注意儀表量程的及時更換。六、預(yù)習(xí)思考題1. 在疊加原理實(shí)驗(yàn)中，要令

5、U1、U2分別單獨(dú)作用，應(yīng)如何操作？可否直接將不作用的電源（U1或U2）短接置零？2. 實(shí)驗(yàn)電路中，若有一個電阻器改為二極管， 試問疊加原理的疊加性與齊次性還成立嗎？為什么？七、實(shí)驗(yàn)報告1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容15的測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、比較，歸納、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，即驗(yàn)證線性電路的疊加性與齊次性。2. 通過實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6及分析表格1-2的數(shù)據(jù)，你能得出什么樣的結(jié)論？3. 通過實(shí)驗(yàn)內(nèi)容7及分析表格1-3的數(shù)據(jù)，判斷出各故障的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)二正弦穩(wěn)態(tài)交流電路相量及功率因數(shù)改善的研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 研究正弦穩(wěn)態(tài)交流電路中電壓、電流相量之間的關(guān)系。2. 通過測量電路功率，進(jìn)一步掌握功率表的使用方法。3. 掌握改善交流電

6、路功率因數(shù)的方法。二原理說明（一）. 交流電路中電壓、電流相量之間的關(guān)系1在單相正弦交流電路中，用交流電流表測得各支路的電流值，用交流電壓表測得回路各元件兩端的電壓值，它們之間的關(guān)系滿足相量形式的基爾霍夫定律，即Si=0和Su=0 。圖2-1 2圖2-1所示的RC串聯(lián)電路，在正弦穩(wěn)態(tài)信號U的激勵下，UR與UC保持有900的相位差，即當(dāng)R阻值改變時，UR的相量軌跡是一個半園。U、UC與UR三者形成一個直角的電壓三角形，如圖2-2所示。R值改變時，可改變j角的大小，從而達(dá)到移相的目的。圖2-3圖2-2（二）功率因數(shù)的提高在正弦交流電路中，只有純電阻電路，平均功率P和視在功率S是相等的。若電路中含有

7、電抗元件并在非諧振狀態(tài)時平均功率總是小于視在功率。平均功率與視在功率之比稱為功率因數(shù)，即可見功率因數(shù)是電路阻抗角的余弦值，并且電路中的阻抗角越大，功率因數(shù)越低；反之，電路阻抗角越小，功率因數(shù)越高。功率因數(shù)的高低反映了電源容量被充分利用的情況。負(fù)載的功率因數(shù)低，會使電源容量不能充分利用；同時，無功電流在輸電線路中造成損耗，影響整個輸電網(wǎng)的效率。因此，提高功率因數(shù)成為電力系統(tǒng)需要解決的重要課題。實(shí)際應(yīng)用電路中，如圖2-3所示，負(fù)載多為感性負(fù)載，提高功率因數(shù)通常用電容補(bǔ)償法，即在負(fù)載兩端并聯(lián)補(bǔ)償電容。容量為： 其中為補(bǔ)償前的功率因數(shù)角，為補(bǔ)償前的功率因數(shù)角。加入電容后，電路的總電流i是電容電流iC和

8、負(fù)載電流iL的矢量和。電容的電流和負(fù)載電流相位差大于900，適當(dāng)?shù)碾娙菘墒馆斎腚娏鱥降低。但當(dāng)補(bǔ)償?shù)碾娙萘窟^大時，使電路由感性變?yōu)槿菪?，反使輸入電流i增大。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1智能交流電壓表0450V12智能交流電流表5A13單相智能功率表1DGJ-07-14電容器1F,2.2F,4.7F/500V各1DGJ-055白熾燈及燈座220V，15W13DGJ-04四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1按圖2-3接線。R為220V15W的白熾燈泡，電容器為4.7UF/450V。經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后，接通實(shí)驗(yàn)臺220V電源。記錄UURUC值，驗(yàn)證電壓三角形關(guān)系。表2-1 測 量 值 計 算 值U（V）UR（V

9、）UC（V）U¢（與UR¢+ UC組成）U¢= DU=U¢-U（V）DU/U（%） 圖2-42.在實(shí)驗(yàn)臺中選擇鎮(zhèn)流器與開關(guān)、電流測量插口，用15W燈泡作電阻R,并聯(lián)電容器,輸入接220V,連接成圖2-4所示電路。3.閉合開關(guān)K，此時燈泡應(yīng)亮，從0起逐步增大電容量，分別測量輸入電壓U、總電流I、負(fù)載燈管電流IL、電容器電流IC、功率P。將數(shù)值填入表2-2。表2-2 電容（F）測試項01F2.2F4.7F7.9FU(V)I(mA)IC(mA)IL(mA)PCOS=(P/UI)五、實(shí)驗(yàn)報告 1.根據(jù)表3-1中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上繪出IL = f ( C )。IC

10、 = f ( C )。I= f ( C )。 COS = f ( C ) 等曲線。 2.從測量數(shù)據(jù)中，求出燈泡等效電阻。鎮(zhèn)流器等效電阻，鎮(zhèn)流器電感。 3.回答以下問題： （1）在表2-1中UR 和UC 的代數(shù)和為什么大于U? (2) 在圖2-4中并聯(lián)電容器后，總功率P是否變化？為什么？ （3）為什么并聯(lián)電容器后總電流會減少？繪相量圖說明。六、實(shí)驗(yàn)注意事項1. 本實(shí)驗(yàn)用交流市電220V，務(wù)必注意用電安全。每次連接實(shí)驗(yàn)電路前請關(guān)閉電源。 2. 功率表要正確接入電路。七、預(yù)習(xí)思考題1.閱讀本實(shí)驗(yàn)所附“單相智能功率、功率因數(shù)表使用指南”（P7）。 2. 為了改善電路的功率因數(shù)，常在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器

11、， 此時增加了一條電流支路，試問電路的總電流是增大還是減小，此時感性元件上的電流和功率是否改變？3. 提高線路功率因數(shù)為什么只采用并聯(lián)電容器法， 而不用串聯(lián)法？并聯(lián)的電容器是否越大越好？ 附：DGJ-07-1單相智能功率、功率因數(shù)表使用指南 （1）按接線原理圖，接好線路。 （2）接通電源，或按“復(fù)位”鍵后，面板上各LED數(shù)碼管將顯示“0”，表示測試系統(tǒng)已準(zhǔn)備就緒，進(jìn)入初始狀態(tài)。 （3）面板上五個按鍵，在實(shí)際測試過程中只用到“復(fù)位”、“功能”、“確認(rèn)”三個鍵。 “功能”鍵：是儀表測試與顯示功能的選擇鍵。若連續(xù)按動該鍵5次，則LED數(shù)碼管將顯示5種不同的功能指示符號，5個功能符分述如下：次數(shù)123

12、45顯示COSFSAVEDISPP含義功率因數(shù)及負(fù)載性質(zhì)被測信號頻率存儲測量次數(shù)記錄數(shù)據(jù)查詢功率 “確認(rèn)”鍵：在選定上述5個功能之一后，按一下“確認(rèn)”鍵，LED數(shù)碼管將顯示該功能下的測試結(jié)果數(shù)據(jù)。例如，選定COS功能按“確認(rèn)”鍵顯示功率因數(shù)值，其中C表示負(fù)載為容性，L表示負(fù)載為感性。 “復(fù)位”鍵：在任何狀態(tài)下，只要按一下此鍵，系統(tǒng)便恢復(fù)到初始狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)三 三相交流電路負(fù)載的連接及測量一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 掌握三相負(fù)載作星形連接三角形連接的方法，驗(yàn)證這兩種接法電路的線電壓與相電壓及線電流與相電流之間的關(guān)系。 2. 充分理解三相四線制供電糸統(tǒng)中中線（零線）的作用。二原理說明 1. 三相負(fù)載可接成星形（

13、又稱“Y”形）或三角形（又稱“”形）。當(dāng)三相對稱負(fù)載作星形連接時，線電壓UL是相電壓UP的倍。線電流IL等于相電流IP，即 在這種情況下，流過中線的電流IN=0，所以可以省去中線。 當(dāng)對稱三相負(fù)載作三角形形聯(lián)接時，UL=UP，IL= IP 。2. 不對稱三相負(fù)載作星形連接時，必須采用三相四線制接法，即Y0接法。而且中線必須牢固連接，以保證三相不對稱負(fù)載的每相電壓維持對稱不變。若中線斷開，將會導(dǎo)致三相負(fù)載電壓不對稱，負(fù)載輕（功率?。┑南嚯妷哼^高，使負(fù)載遭受損壞；負(fù)載重（功率大）的相電壓過低，使負(fù)載不能正常工作。尤其是對于三相照明負(fù)載，無條件地一律采用Y0接法。3. 當(dāng)不對稱負(fù)載作三角形聯(lián)接時，I

14、L IP，但只要電源的線電壓UL對稱，加在三相負(fù)載上的電壓仍是對稱的，對各相負(fù)載工作沒有影響。三實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1智能交流電壓表0500V12智能交流電流表5A13三相自耦調(diào)壓器0380V14三相燈組負(fù)載220V,15W白熾燈3組DGJ-045電流表測量插座3DGJ-04四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 三相負(fù)載星形連接（三相四線制供電） 按圖3-1連接實(shí)驗(yàn)電路。經(jīng)檢查接線確認(rèn)無誤后方可開啟實(shí)驗(yàn)臺電源，然后調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的輸出，使線電壓為220V。按表3-1內(nèi)容完成各項實(shí)驗(yàn)，即分別測量三相負(fù)載的線電壓、相電壓、線電流、相電流中線電流電源與負(fù)載中點(diǎn)間的電壓。將所測得的數(shù)據(jù)記入表3-1中，并觀察

15、各相燈組亮暗的變化程度，特別要注意觀察中線的作用。NABC圖3-1UL=220V 表3-1 測量 數(shù)據(jù)負(fù)載 情況開燈盞數(shù)線電流（A）線電壓（V）相電壓（V）中線電流IN(A)中點(diǎn)電壓UN, N (V)A相B相C相IAIBICUABUBCUCAUAN,UBN,UCN,YO接對稱333Y接對稱333Y0接不對稱123Y接不對稱123YO接B相斷開13Y接B相斷開13 2. 負(fù)載三角形聯(lián)接（三相三線制供電） 按圖3-2改接線路，經(jīng)檢查接線確認(rèn)無誤后接通三相電源，并調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使其輸出線電壓為220V，并按表3-2的內(nèi)容進(jìn)行測試。ABC圖3-2UL=220V 表3-2 測量 數(shù)據(jù)負(fù)載 情況開燈數(shù)據(jù)線電壓=相電（V）線電流（A）相電流（A）A,B相B,C相C,A相UABUBCUCAIAIBICIABIBCICA三相對稱333三相不對稱123五實(shí)驗(yàn)注意事項1. 本實(shí)驗(yàn)采用三相交流市電，線電壓為380V，應(yīng)穿絕緣鞋進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)時要注意人身安全，不可觸及導(dǎo)電部件，防止意外事故發(fā)生。2. 每次接線完畢，同組同學(xué)應(yīng)自查一遍，然后由指導(dǎo)教師檢查后，方可接通電源，必須嚴(yán)格遵守先斷電再接線后通電；先斷電后拆線的實(shí)驗(yàn)操作原則。3. 星形負(fù)載作短路實(shí)驗(yàn)時，必須首先斷開關(guān)中線，以免發(fā)生短路事故。六預(yù)習(xí)思考題 1. 三相負(fù)載根據(jù)什么條件作星形或三角形連接?2.