電工技術(shù)部分實驗指導(dǎo)書

1、電工電子技術(shù)B實驗指導(dǎo)書電工技術(shù)部分實驗學(xué)時： 6 學(xué)時實驗一基爾霍夫定律一、實驗?zāi)康?. 對基爾霍夫電壓定律和電流定律進(jìn)行驗證，加深對兩個定律的理解。2. 學(xué)會用電流插頭、插座測量各支路電流的方法。二、原理說明KCL和 KVL 是電路分析理論中最重要的的基本定律，適用于線性或非線性電路、時變或非變電路的分析計算。 KCL和 KVL 是對于電路中各支路的電流或電壓的一種約束關(guān)系，是一種“電路結(jié)構(gòu)”或“拓?fù)洹钡募s束，與具體元件無關(guān)。而元件的伏安約束關(guān)系描述的是元件的具體特性，與電路的結(jié)構(gòu)（即電路的接點(diǎn)、回路數(shù)目及連接方式）無關(guān)。正是由于二者的結(jié)合，才能衍生出多種多樣的電路分析方法（如節(jié)點(diǎn)法和網(wǎng)孔

2、法）。KCL指出：任何時刻流進(jìn)和流出任一個節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和為零，即 i(t) 或 I 0 u(t) 或 U 0運(yùn)用上述定律時必須注意電流的正方向，此方向可預(yù)先任意設(shè)定。三、實驗設(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0 30V1 臺RTDG-12直流數(shù)字電壓表1 塊RTT013直流數(shù)字毫安表1 塊RTT014實驗電路板掛箱1 個RTDG02四、實驗內(nèi)容實驗線路如圖2-1 所示。圖 2-11. 實驗前先任意設(shè)定三條支路的電流參考方向，如圖中的I 1、 I 2、I 3 所示，并熟悉線路結(jié)構(gòu)，掌握各開關(guān)的操作使用方法。2.分別將兩路直流穩(wěn)壓源接入電路，令E1 6V ， E2 12V ，其數(shù)值要

3、用電壓表監(jiān)測。3.熟悉電流插頭和插孔的結(jié)構(gòu)，先將電流插頭的紅黑兩接線端接至數(shù)字毫安表的“、”極；再將電流插頭分別插入三條支路的三個電流插孔中，讀出相應(yīng)的電流值，記入表2-1 中。4. 用直流數(shù)字電壓表分別測量兩路電源及電阻元件上的電壓值，數(shù)據(jù)記入表2-1 中。表 2-1 基爾霍夫定律的驗證內(nèi)容電源電壓 (V)支路電流 (mA)回路電壓 (V)E1E2I1I 2I3IU FAU ABU CDU DEU計算值測量值相對誤差五、實驗注意事項1. 兩路直流穩(wěn)壓源的電壓值和電路端電壓值均應(yīng)以電壓表測量的讀數(shù)為準(zhǔn)，電源表盤指示只作為顯示儀表，不能作為測量儀表使用，恒壓源輸出以接負(fù)載后為準(zhǔn)。2. 謹(jǐn)防電壓源

4、兩端碰線短路而損壞儀器。3. 若用指針式電流表進(jìn)行測量時，要識別電流插頭所接電流表的“、”極性。當(dāng)電表指針出現(xiàn)反偏時，必須調(diào)換電流表極性重新測量，此時讀得的電流值必須冠以負(fù)號。六、預(yù)習(xí)思考題1.根據(jù)圖 2-1 的電路參數(shù)， 計算出待測的電流 I1、I2、I 3 和各電阻上的電壓值， 記入表中，以便實驗測量時，可正確地選定毫安表和電壓表的量程。2.若用指針式直流毫安表測各支路電流，什么情況下可能出現(xiàn)指針反偏，應(yīng)如何處理？在記錄數(shù)據(jù)時應(yīng)注意什么？若用直流數(shù)字毫安表進(jìn)行測量時，則會有什么顯示？七、實驗報告1. 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)， 選定實驗電路中的任一個節(jié)點(diǎn)， 驗證 KCL的正確性； 選定任一個閉合回路，

5、驗證 KVL 的正確性。2. 誤差原因分析。3. 本次實驗的收獲體會。實驗二疊加原理的驗證一、實驗?zāi)康?.驗證線性電路疊加原理的正確性，從而加深對線性電路的疊加性和齊次性的認(rèn)識和理解。2.加深理解疊加原理對非線性電路不適用。二、原理說明疊加原理包含兩部分內(nèi)容：1.線性電路的疊加性：在有幾個獨(dú)立源共同作用下的線性電路中，任何一條支路的電流或電壓，都可以看成是由每一個獨(dú)立源單獨(dú)作用時在該支路所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。2.線性電路的齊次性：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) （即電路中各支路的電流和電壓值）也將增加或減小K 倍。某獨(dú)立源單獨(dú)作用是指：在電路中將該獨(dú)立源之外

6、的其他獨(dú)立源“去掉” ，即電壓源用短路線取代，電流源用開路取代，受控源保持不變。對含非線性元件（如二極管）的電路，疊加原理不適用。疊加原理一般也不適用于“功率的疊加” ，P ( I).( U) IU 三、實驗設(shè)備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1雙輸出直流穩(wěn)壓電源0 30V 可調(diào)1 臺RTDG-12萬用表MF-30 或其它1 塊RTT013直流數(shù)字電壓表1RTT014直流數(shù)字毫安表1RTDG025疊加原理實驗電路板1四、實驗內(nèi)容與步驟實驗線路如圖 3-1 所示。按圖 3-1，取 E1 = 12V ， E2= 6V。令電源 E1 單獨(dú)作用時（將開關(guān)S1 投向 E1 側(cè)，開關(guān) S2 投向短路側(cè)） ，用直

7、流數(shù)字電壓表和毫安表（接電流插頭）測量各支路電流及各電阻元件兩端的電壓，數(shù)據(jù)記入表格3-1。圖 3-1 疊加原理的驗證表 3-1 線性電路疊加原理的驗證測量項目E1E2I1I2I 3UABU CDU ADUDEU FA實驗內(nèi)容(v)(v)(mA)(mA)(mA)(v)(v)(v)(v)(v)E1 單獨(dú)作用E2 單獨(dú)作用E1+E2 作用2E2 單獨(dú)作用E1/2 單獨(dú)作用2.令電源 E2 單獨(dú)作用時（將開關(guān)S1 投向短路側(cè)，開關(guān)S2 投向 E2 側(cè)），重復(fù)實驗步驟 2的測量和記錄。3.令 E1 和 E2 共同作用時（開關(guān) S1 和 S2 分別投向 E1 和 E2 側(cè)），重復(fù)上述的測量和記錄。4.將

8、 E2 的數(shù)值增大兩倍，調(diào)至 ( 12V) ，重復(fù)上述第3 項的測量并記錄。5.將 R5 換成一只二極管1N4007（即將開關(guān) S3 投向二極管 D 側(cè)）重復(fù) 1 5 的測量過程，數(shù)據(jù)記入表 3-2中。表 3-2含二極管的非線性電路測量項目E1E2I1I2I 3UABU CDU ADUDEU FA實驗內(nèi)容(v)(v)(mA)(mA)(mA)(v)(v)(v)(v)(v)E1 單獨(dú)作用E2 單獨(dú)作用E1+E2 作用2E2 單獨(dú)作用E1/2 單獨(dú)作用五、實驗注意事項1.用電流插頭測量各支路電流時，應(yīng)注意儀表的極性及數(shù)據(jù)表格中“、”號的記錄。2.正確選用儀表量程并注意及時更換。3.恒壓源輸出以接上負(fù)

9、載后為準(zhǔn)。六、預(yù)習(xí)思考題1.疊加原理中E1、E2 分別單獨(dú)作用，在實驗中應(yīng)如何操作？可否直接將不作用的電源（E1 或 E2）置零（短接）？2.實驗電路中，若有一個電阻器改為二極管，試問疊加原理的迭加性與齊次性還成立嗎？為什么？七、實驗報告1.根據(jù)所測實驗數(shù)據(jù)，歸納、總結(jié)實驗結(jié)論，即驗證線性電路的疊加性與齊次性。2.各電阻器所消耗的功率能否用疊加原理計算得出？試用上述實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算并作結(jié)論。3.通過表 3-2 所測實驗數(shù)據(jù)，你能得出什么樣的結(jié)論？4.本次實驗的收獲與體會。實驗三單相交流電路及功率因數(shù)的提高一、實驗?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. 了解日光燈電路的

10、特點(diǎn)，理解改善電路功率因數(shù)的意義并掌握其方法。二、原理說明1. 交流電路中電壓、電流相量之間的關(guān)系在單相正弦交流電路中，各支路電流和回路中各元件兩端的電壓滿足相量形式的基爾霍夫定律，即： I 0 和 U 0圖 15-1 所示的RC串聯(lián)電路，在正弦穩(wěn)態(tài)信號U 的激勵下，電阻上的端電壓U 與電路中的電流I同相位，當(dāng)R 的阻值改變時，U R 和 U C 的大小會隨之改變，但相位差總是保持90°，U R 的相量軌跡是一個半圓，電壓U 、UC與U R 三者之間形成一個直角三角形。即U = U R + U C ，相位角 acr tg (Uc / U R)改變電阻R 時，可改變角的大小，故RC串聯(lián)

11、電路具有移相的作用。2.交流 電路 的功 率因數(shù)交流 電路 的功 率因 數(shù)定 義為有功功率與視在功率之比，即：cos P / S其中 為電路的總電壓與總電流之間的相位差。交流電路的負(fù)載多為感性（如日光燈、電動機(jī)、變壓器等），電感與外界交換能量本身需要一定的無功功率，因此功率因數(shù)比較低(cos 0.5)。從供電方面來看，在同一電壓下輸送給負(fù)載一定的有功功率時，所需電流就較大；若將功率因數(shù)提高(如 cos 1 )，所需電流就可小些。這樣即可提高供電設(shè)備的利用率，又可減少線路的能量損失。所以， 功率因數(shù)的大小關(guān)系到電源設(shè)備及輸電線路能否得到充分利用。為了提高交流電路的功率因數(shù)，可在感性負(fù)載兩端并聯(lián)適

12、當(dāng)?shù)碾娙?，如圖 15-2 所示。并聯(lián)電容以后，對于原電路所加的電壓和負(fù)載參數(shù)均未改變，但由于Ic 的出現(xiàn)，電路的總電流I減小了，總電壓與總電流之間的相位差減小，即功率因數(shù)cos得到提高。3. 日光燈電路及功率因數(shù)的提高日光燈電路由燈管 R、鎮(zhèn)流器 L 和啟輝器 S 組成， C 是補(bǔ)償電容器， 用以改善電路的功率因數(shù)，如圖 15-3 所示。其工作原理如下：當(dāng)接通 220V 交流電源時，電源電壓通過鎮(zhèn)流器施加于啟輝器兩電極上，使極間氣體導(dǎo)電，可動電極 (雙金屬片 )與固定電極接觸。由于兩電極接觸不再產(chǎn)生熱量，雙金屬片冷卻復(fù)原使電路突然斷開，此時鎮(zhèn)流器產(chǎn)生一較高的自感電勢經(jīng)回路施加于燈管兩端，而使燈

13、管迅速起燃，電流經(jīng)鎮(zhèn)流器、燈管而流通。燈管起燃后，兩端壓降較低，起輝器不再動作，日光燈正常工作。三、實驗設(shè)備序號名 稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1自耦調(diào)壓器0220V1RTDG012交流電流表0 5A1RTT03-13交流電壓表0300V1RTT03-14單相瓦特表D34-W 或其它1RTT045白熾燈泡40W/220V3RTDG076鎮(zhèn)流器與 40W燈管配用1RTDG087啟輝器與 40W燈管配用1RTDG088電容器1 F,2.2 F4.7 F/400VRTDG089日光燈燈管40W1RTDG-110電流插座3RTDG08四、實驗內(nèi)容1. 用一只 220V ， 40W 的白熾燈泡和4.7 F/45

14、0V路，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后，接通市電，將自耦調(diào)壓器輸出調(diào)至電容器組成如圖220V 。記錄15-1 所示的實驗電U、U R、U C 值，驗證電壓三角形關(guān)系。 改變亮燈盞數(shù) (即改變 R)成并聯(lián)電容 C 之值，重復(fù)測量，數(shù)據(jù)記入表 15-1 中。表 15-1 驗證電壓關(guān)系負(fù)載情況測量值計算值RCU(v)UR(v)Uc(v)U(UR,UC組成 Rt )U?40WR34.7 F40WR24.7F40WR12.2 F2. 日光燈線路接線與測量。圖15-3組 成 線路，經(jīng)指導(dǎo) 教 師檢 查 后接 通 市電 交 流220V 電源，調(diào)節(jié)自 耦 調(diào)壓 器 的輸出，使其輸出電壓緩慢增大，直到日光燈剛啟輝點(diǎn)亮為至，按

15、表15-2 記錄各表數(shù)據(jù)。然后將電壓調(diào)至220V ，測量功率P 和 PR，電流 I ，電壓 U，U L， UR 等值，計算鎮(zhèn)流器等值電阻 r 和等效電感L 。日光燈工作狀態(tài)U(V)I(A)表 15-2 日光燈電路的測量測量值P(W)UR(V)UrL(V)Pr(W)計r(算 )值L(H)啟輝狀態(tài)正常工作3. 并聯(lián)電路電路功率因數(shù)的改善。按圖 15-3 組成實驗線路。經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后，接通市電，將自耦調(diào)壓器的輸出調(diào)至讀數(shù)， 通過一只電流表和三個電流插孔分別測得三條支路的電流，量。220V ，記錄功率表，電壓表改變電容值， 進(jìn)行重復(fù)測測量數(shù)值計算值電容值I L(A)I C(A)cos I ACos

16、P(w)U(v)I(A)0F1F2.2 F3.2 F4.7 F5.7 F6.9 F五、實驗注意事項1. 本實驗用交流市電 220V ，務(wù)必注意用電和人身安全。2. 功率表要正確接入電路，讀數(shù)時要注意量程和實際讀數(shù)的折算關(guān)系。3. 線路接線正確，日光燈不能啟輝時，應(yīng)檢查啟輝器及其接觸是否良好。六、預(yù)習(xí)思考題1. 參閱課外資料，了解日光燈的啟輝原理。2. 在日常生活中，當(dāng)日光燈上缺少了啟輝器時，人們常用一根導(dǎo)線將啟輝器的兩端短接一下， 然后迅速斷開，使日光燈點(diǎn)亮；或用一只啟輝器去點(diǎn)亮多只同類型的日光燈，這是為什么？3. 為了提高電路的功率因數(shù)，常在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，此時增加了一條電流支路，試問

17、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？4. 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？所并的電容器是否越大越好？5. 若日光燈在正常電壓下不能啟動點(diǎn)燃，如何用電壓表測出故障發(fā)生的位置?試簡述排除故障的過程?七、實驗報告1. 完成數(shù)據(jù)表格中的計算，進(jìn)行必要的誤差分析。2. 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，分別繪出電壓、電流相量圖，驗證相量形式的基爾霍夫定律。3. 討論改善電路功率因數(shù)的意義和方法。4. 裝接日光燈線路的心得體會及其他。實驗四異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制一、實驗?zāi)康?.通過對三相鼠籠式異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路的安裝接線，掌握由電氣原理圖接成實際操作電路的方法。2.加深

18、對電氣控制系統(tǒng)各種保護(hù)、自鎖、互鎖等環(huán)節(jié)的理解。3.學(xué)會分析、排除繼電接觸控制線路故障的方法。二、原理說明在鼠籠機(jī)正反轉(zhuǎn)控制線路中，種不同的正、反轉(zhuǎn)控制線路如圖通過象序的更換來改變電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。17-1 及 17-2 ，具有如下特點(diǎn)：本實驗給出兩1.電氣互鎖為了避免接觸器KM1（正轉(zhuǎn)）、KM 2（反轉(zhuǎn)）同時得電吸合造成三相電源短路，在KM1（KM2）線圈支路中串接有KM 2（ KM1）常閉觸頭，它們保證了線路工作時KM1、KM 2 不會同時得電（如圖17-1），以達(dá)到電器互鎖目的。2.電氣和機(jī)械雙重互鎖除電氣互鎖外，可再采用復(fù)合按鈕SB1 與SB2 組成的機(jī)械互鎖環(huán)節(jié)（如圖17-2），以求

19、線路工作更加可靠。3.線路具有短路、過載、失、欠壓保護(hù)等功能。三、實驗設(shè)備序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量備注1三相交流電源220V2三相異步電動動RTDJ3513交流接觸器CJ46-91RTT064復(fù)合按鈕2RTT065熱繼電器JR16B-20/3D1RTT066交流電壓表1RTT03-17萬用電表1四、實驗內(nèi)容認(rèn)識各電器的結(jié)構(gòu)、圖形符號、 接線方法；抄錄電動機(jī)及各電器銘牌數(shù)據(jù)；并用萬用表檔檢查各電器線圈、觸頭是否完好。鼠籠機(jī)接成接法；實驗線路電源端接三相自耦調(diào)壓器輸出端U、V 、W ，供電線電壓為220V 。1.接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路按圖 17-1 接線，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后，方可進(jìn)行通電操作。(1

20、)開啟控制屏電源總開關(guān)，按啟動按鈕調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使輸出線電壓為220V 。(2)按正向啟動按鈕SB1，觀察并記錄電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和接觸器的運(yùn)行情況。(3)按反向啟動按鈕SB2，觀察并記錄電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和接觸器的運(yùn)行情況。(4)按停止按鈕SB3 ，觀察并記錄電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和接觸器的運(yùn)行情況。(5)再按 SB2，觀察并記錄電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和接觸器的運(yùn)行情況。(6)實驗完畢，按控制屏停止按鈕，切斷三相交流電源。圖 17-12.接觸器和按鈕雙重聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制線路按圖 17-2 接線，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后，方可進(jìn)行操作。(1)按控制屏啟動按鈕，接通220V 三相交流電源。(2)按正向啟動按鈕 SB1，電動機(jī)正向起動， 觀察電動機(jī)的轉(zhuǎn)向及接觸器的動作情況。 按停止按鈕 SB3，使電動機(jī)停轉(zhuǎn)。(3)按反向啟動按鈕SB2，電動機(jī)反向起動，觀察電動機(jī)的轉(zhuǎn)向及接觸器的動作情況。按停止按鈕SB3，使電動機(jī)停轉(zhuǎn)。(4) 按正向（或反向）啟動按鈕，電動機(jī)起動后，再去按反向（或正向）啟動按鈕，觀察有何情況發(fā)生？(5)電動機(jī)停穩(wěn)后，同時按正、反向兩只啟動按鈕