電器學原理實驗指導書20101012

1、溫刑大學WENZHOU UNIVERSITY電器學原理實驗指導書電子信息實驗教學中心2010年9月實驗要求及注意事項（一）實驗前的準備。 在進入實驗室進行實驗操作之前，必須認真地預習實驗指導書及教材中的相關(guān)部 分，做到明確實驗原理、實驗目的和任務；熟悉實驗線路，實驗步驟、操作程序；了解 并掌握本次實驗的儀器設備及其技術(shù)性能。在此基礎(chǔ)上寫好實驗預習報告，列出記錄實 驗數(shù)據(jù)的表格。牢牢記住本次實驗應該注重的問題，以防在實驗操作中損壞實驗設備和 實驗儀表。經(jīng)實驗教師檢查并能準確回答實驗中應注意的問題之后，才能進入實驗室進 行實驗。（二）實驗中同組學生應有明確的實驗分工，分別擔任接線、查線、操作、觀察

2、、 記錄等工作， 使實驗進行的井然有序， 不忙不亂。防止出現(xiàn)一人操作， 他人觀看的現(xiàn)象， 更不允許在實驗室隨意走動、亂動設備、大聲喧嘩。如有發(fā)生，不聽勸阻，防礙他人實 驗，實驗教師有權(quán)停止其實驗，并逐出實驗室。（三）實驗時，首先應將本次實驗所用設備和儀表、實驗電路板安排在合適的位置 上，以便于接線、操作、讀取數(shù)據(jù)和觀察波形為原則。接線應清楚整齊以便于檢查，導 線應力求少用并要盡量避免交叉，每個接線柱上不應聯(lián)接三根以上導線。按實驗電路圖接好線路后，本組同學首先要檢查線路聯(lián)接是否正確，發(fā)現(xiàn)錯誤應立 即糾正。然后再請實驗教師檢查，確認無誤后方可接通電源進行實驗。決不準許未經(jīng)檢 查線路正確與否，就草率

3、接通電源以造成實驗設備和儀表的損壞。線路檢查無誤后，于 正式實驗前可大致試做一遍。試做時可不必仔細讀取數(shù)據(jù)和描繪曲線，目的在于觀察實 驗現(xiàn)象的變化、儀表量程的選取、設備位置是否合適、操作是否方便。如有異?，F(xiàn)象出 現(xiàn)，如異味、冒煙、發(fā)熱或打火等現(xiàn)象，應立即斷開電源，查找原因并及時處理。聯(lián)接線路時一般應先接串聯(lián)電路，后接并聯(lián)電路，先接主電路，后接輔助電路，最 后接通電源。接通電源時按實驗要求逐次接通開關(guān)。在電路過渡過程中， 為避免過渡過程沖擊電流表和功率表的電流線圈而造成儀表換 壞，一般電流表和功率表電流線圈不能固接在電路中，而是通過電流插口或試觸法來替 代。這樣既可保護儀表不受意外損壞，又能提高

4、儀表利用率。（五）、經(jīng)過試作無問題后，可正式進行實驗。按照本次實驗的目的內(nèi)容、實驗步 驟進行有序操作。實驗中應按實驗要求有目的地調(diào)整實驗參數(shù)，正確讀取數(shù)據(jù)和描繪曲 線。測繪曲線時測量點的間隔和數(shù)目要選得合適，被測量的極大值和極小值對應點的數(shù) 據(jù)一定要測出。在曲線的彎曲部分應多選幾個測量點。測量點的分布要在所研究整個范 圍內(nèi)，不要局限于某一個小范圍內(nèi)，也不要超出研究范圍。實驗數(shù)據(jù)應記錄在事先準備 好的表格中，實驗曲線的測量點應在事先準備好的坐標紙上標記。（六）、注意安全用電。實驗中電源電壓一般在 220-380V 左右，所以實驗中不得用手觸及未經(jīng)絕緣的金屬 裸露部分，即使是在低壓情況下也不例外。

5、實驗中應養(yǎng)成單手操作的習慣，能單手操作 盡量不用雙手操作。閉合或斷開閘刀開關(guān)應迅速果斷，同時用目光監(jiān)視儀表設備有無異 常，如有異常應立即切斷電源，停止實驗進行檢查。（七）、實驗工作結(jié)束后，先切斷電源，但暫時不要拆線，認真檢查實驗內(nèi)容和實 驗結(jié)果。確認無一疏漏，實驗結(jié)果經(jīng)實驗教師檢查無誤后，方可拆除線路。將實驗設備 歸復原位、整理導線、清理實驗臺面后經(jīng)教師允許方可離開實驗室。（八）、實驗報告的編寫。 編寫實驗報告是將實驗結(jié)果進行總結(jié)、分析和提高的階段。目錄實驗一、常用低壓電器的認識與使用 5實驗二、 低壓電器控制電路實驗 8實驗三、斷路器延時保護特性的測試 15實驗四、斷路器瞬時保護特性的測試

6、17實驗一 常用低壓電器的認識與使用實驗目的和要求1、了解常用低壓電器的種類2、了解低壓電器標牌參數(shù)的意義3、掌握常用低壓電器的使用方法 實驗內(nèi)容1、認識斷路器、互感器、接觸器、繼電器、按鈕開關(guān)等低壓電器2、認識各種低壓電器的標牌及標牌上參數(shù)的意義3、學習斷路器、互感器、接觸器、繼電器、按鈕開關(guān)等低壓電器的使用方法主要實驗儀器與器材1、萬用表一只2、斷路器、互感器、接觸器、繼電器、常閉按鈕開關(guān)，常開按鈕開關(guān)等各一只3、電線若干實驗原理電器是一種能根據(jù)外界的信號和要求，手動或自動地接通或斷開電路，斷續(xù)或連續(xù)地改變電路 參數(shù)，以實現(xiàn)電路或非電對象的切換、控制、保護、檢測、變換和調(diào)節(jié)的電氣設備。電器

7、按其工作電壓等級可分為高壓電器和低壓電器。低壓電器通常指工作在交流電壓1 200V及其以下或直流電壓 1 500V及其以下的電路中的電器。這里介紹幾種常用的低壓電器。斷路器常用的低壓斷路器俗稱自動空氣開關(guān)，是低壓配電網(wǎng)中的主要器件開關(guān)之一，它不僅可以接通 和分斷正常負載電流、電動機工作電流和過載電流，而且可以接通和分斷短路電流。主要用在不頻 繁操作的低壓配電線路或開關(guān)柜中作為電源開關(guān)使用，并對線路、電器設備及電動機等實行保護， 當它們發(fā)生嚴重過電流、過載、短路、斷相、漏電等故障時，能自動切斷線路，起保護作用。低壓 斷路器按結(jié)構(gòu)形式分有萬能框架式、塑料外殼式和模塊式三種。智能化斷路器的特征則是采

8、用了以微處理器或單片機為核心的智能控制器（智能脫扣器），智能化斷路器原理框圖如下所示。N W V U互感器不得用于商業(yè)用途僅供個人參考互感器按比例變換電壓或電流的設備?；ジ衅鞯墓δ苁菍⒏唠妷夯虼箅娏靼幢壤儞Q成標準低 電壓（100V）或標準小電流（5A或10A,均指額定值），以便實現(xiàn)測量儀表、保護設備及自動控制設 備的標準化、小型化?；ジ衅鬟€可用來隔開高電壓系統(tǒng)，以保證人身和設備的安全。分為電壓互感 器和電流互感器兩大類。電壓互感器：按原理分為電磁感應式和電容分壓式兩類。前者多用于220千伏（kV）及以下各種電壓等級；后者則一般用于 110kV以上的電力系統(tǒng)，在 330765kV超高壓電力系統(tǒng)

9、中應用較多。按 用途，電壓互感器又分為測量用和保護用兩類。電磁感應式電壓互感器。工作原理與變壓器相同。 基本結(jié)構(gòu)也是鐵芯和原、副繞組。特點是容量很小且比較恒定，正常運行時接近于空載狀態(tài)。電壓 互感器本身阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增加而燒毀線圈。為此，電壓互感器原邊接 有熔斷器，副邊接地，以免原、副邊絕緣損壞時，副邊出現(xiàn)對地高電位而造成事故。電磁感應式電 壓互感器的等值電路與變壓器的等值電路相同。電容分壓式電壓互感器。在電容分壓器的基礎(chǔ)上 制成。電容式電壓互感器多與電力系統(tǒng)載波通信的耦合電容器合用，以簡化系統(tǒng)，降低造價。此時， 它還需滿足通信運行上的要求。電流互感器：工作原理、等值電

10、路與一般變壓器相同，只是其原邊繞組串聯(lián)在被測電路中，且匝 數(shù)很少；副邊繞組接電流表、繼電器電流線圈等低阻抗負載，近似短路。原邊電流（即被測電流） 和副邊電流取決于被測線路的負載，與電流互感器副邊負載無關(guān)。電流互感器運行時，副邊不允許 開路。因為在這種情況下，原邊電流均成為勵磁電流，將導致磁通和副邊電壓大大超過正常值而危 及人身及設備安全。因此，電流互感器副邊回路中不允許接熔斷器，也不允許在運行時未經(jīng)旁路就 拆卸電流表及繼電器等設備。接觸器接觸器是一種用于頻繁地接通或斷開交直流主電路、大容量控制電路等大電流電路的自動切換 電器，其特點是用小電流來控制大電流。接觸器按驅(qū)動觸頭系統(tǒng)的動力不同分為電磁

11、接觸器、氣動 接觸器、液壓接觸器等。新型的真空接觸器與晶閘管交流接觸器正在逐步使用。交流接觸器的結(jié)構(gòu) 如下所示：m 1-6燮流擅蛆器啊姑機I-動常橋2-靜觸頭芥銜鐵4-緩沖弾費，電施線卿&鐵心齊墊氈慶的蟲彈邂矢滅弧翠10-觸頭壓血賢片智能化接觸器的主要特征是裝有智能化電磁系統(tǒng)，并具有與數(shù)據(jù)總線及與其他設備之間互相通 信的功能，其本身還具有對運行工況自動識別、控制和執(zhí)行的能力。智能化接觸器是對接觸器的整 個動態(tài)工作過程進行實時控制，根據(jù)動作過程中檢測到的電磁系統(tǒng)的參數(shù)，如線圈電流、電磁吸力、 運動位移、速度和加速度、正常吸合門檻電壓和釋放電壓參數(shù)，進行實時數(shù)據(jù)處理，并依此選取事 先存儲在

12、控制芯片中的相應控制方案以實現(xiàn)“確定”的動作，從而同步吸合、保持和分斷3個過程,保證觸頭開斷過程的電弧能量最小，實現(xiàn)3個過程的最佳實時控制。繼電器不得用于商業(yè)用途僅供個人參考繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路） 通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在 電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。在我國低壓電器型號是按產(chǎn)品種類編制的，產(chǎn)品型號采用漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組合表示，其組合方式如下：特殊壞境條件瀝牛件號r用字母表朮） 輔助規(guī)格代號1用數(shù)了表示） 通用派生代號（用字譯表示）棊本規(guī)格代號（用

13、數(shù)序表示j 特殊派生代號用字梅表示）設計序號（用教7表示）類組代號用字譯表示）實驗步驟1、認識斷路器、互感器、接觸器、繼電器、按鈕開關(guān)等低壓電器。熟悉常用低壓電器工作原理。2、認識各種低壓電器的標牌及標牌上參數(shù)的意義。觀察各種低壓電器的外形，記錄其銘牌數(shù)據(jù)，同時指出型號中數(shù)字的意義。3、學習斷路器、互感器、接觸器、繼電器、按鈕開關(guān)等低壓電器的使用方法。 熟悉斷路器、互感器、繼電器、按鈕開關(guān)等低壓電器的使用方法。按下圖連接電路，觀察接觸器動作及紅綠指示燈亮暗的情況。僅供個人參考實驗二 低壓電器控制電路實驗實驗目的和要求1、了解電機控制電路的原理2、掌握電機控制電路的連接方法3、了解一般控制電路的

14、原理和連接方法實驗內(nèi)容1、理解電機控制電路、電機保護電路、電機正反轉(zhuǎn)控制電路的原理2、學習電機控制電路的連接方法3、測試電機控制電路的功能主要實驗儀器與器材1、電工實驗臺一臺2、三相異步電機一臺3、萬用表，示波器。4、電線若干實驗原理異步電機直接起動-點動控制，其電路如圖一所示:圖一步電機直接起動-點動控制控 制 電 路其動作過程如下：按下按鍵（SB）= 線圈（KM通電=觸頭KM閉合=電機轉(zhuǎn)動；按鈕松開=線圈（KM）斷電=觸頭KM打開=電機停轉(zhuǎn)。異步電機直接起動-連續(xù)運行，電機控制如圖二所示:圖二電機連續(xù)運行控制電路僅供個人參考該電路有自保的功能，當按下按鈕（SB）,線圈（KM通電，電機起動；

15、同時，輔助觸頭（KM）閉合，即使按鈕松開，線圈保持通電狀態(tài)，電機連續(xù)運轉(zhuǎn)。異步機的直接起動-過載保護，其控制電路如圖三所示：電擬成回路 只要接兩和就可以了. V-'熱繼電器觸頭KH圖三電機過載保護控制電路電機點動控制電路簡單，但其直接起動時產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會對電網(wǎng)、電動機本身及 其負載機械設備帶來不利影響，對于容量較大的電動機，這些危害也就尤為嚴重，簡單的解決辦法 采用降壓起動。啟動是先降低它的工作電壓，以減少啟動電流對線路負載的沖擊，待啟動后再切換 回電動機的額定工作電壓，這種方式叫軟起動。軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能 和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，

16、國外稱為Soft Starter，實際上是個調(diào)壓器，用于電機起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。當采用單片機等智能設備來控制三相電壓使其慢慢上 升，就可實現(xiàn)電機的智能控制。實驗步驟1、點動控制電路（1） 按圖一接好實驗電路，并接入鉗形表和互感器及示波器（注意示波器的地線的連接）。（2） 檢查無誤后，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，降低電壓到表中的值，按起動按鈕SB記錄起動電流，通過觀 察示波器中的波形并記錄。啟動電壓（V）90100110120130140150160啟動電流（A）（3）放開起動按鈕 SB,觀察電機的工作情況。2、單向運行的控制電路（1）按圖二接好實驗電路，并接入電流表和測速表。（2） 檢查無誤

17、后，調(diào)節(jié)調(diào)壓器，降低電壓到表中的值，按起動按鈕SBo（3）調(diào)節(jié)輸出電壓到150V,而后慢慢上升電壓，記錄電機的工作電流和轉(zhuǎn)速。電壓（V）170180190200210220230240250260270電流（A）轉(zhuǎn)速（rpm）僅供個人參考（4）按下常閉按鈕 SB1,觀察電機的工作情況。3、可逆運轉(zhuǎn)控制電路按圖四接好實驗電路，檢查無誤后，按下述步驟控制電機的正、反轉(zhuǎn)實驗。LI L2 L3圖四 電機可逆轉(zhuǎn)控制電路（1） 正轉(zhuǎn)控制，合上開關(guān) QS按下正轉(zhuǎn)起動按鈕 SBF,觀察電動機的轉(zhuǎn)動方向。（2）按下反轉(zhuǎn)起動按鈕 SBR觀察電動機的轉(zhuǎn)動方向。思考題（1）由表一的結(jié)論可得應該如何設計智能軟啟動器？（

18、2）示波器為什么要用隔離變壓器來提供電源？（3）由表二可得什么結(jié)論？僅供個人參考僅供個人參考實驗三斷路器延時保護特性的測試實驗目的和要求1、加深理解斷路器延時保護特性的概念2、了解斷路器延時保護的原理3、了解斷路器延時保護特性的測試方法 實驗內(nèi)容1、觀察斷路器結(jié)構(gòu)，理解延時保護原理2、等效法測試斷路器延時保護特性 主要實驗儀器與器材1、斷路器、互感器、交流接觸器各一只2、控制變壓器、調(diào)壓器各一臺3、萬用表、電流表各一只4、導線若干 實驗原理低壓斷路器又稱自動開關(guān)，它是一種既有手動開關(guān)作用，又能自動進行失壓、欠壓、過載、 和短路保護的電器。它可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電

19、動機等實 行保護，當它們發(fā)生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷 器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合，而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件，獲得了廣 泛的應用。低壓斷路器由操作機構(gòu)、觸點、保護裝置 (各種脫扣器)、滅弧系統(tǒng)等組成。 結(jié)構(gòu)如下圖所 示：1 2LI L2 L1a)原理圖b)1-主觸頭2-自由脫扣機構(gòu)剖面圖3-過電脫扣器4-分勵脫扣器5-熱脫扣器6- 欠電壓脫扣器 7-起動按鈕低壓斷路器的主觸點是靠手動操作或電動合閘的。主觸點閉合后，自由脫扣機構(gòu)將主觸點 鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線 圈和電源并聯(lián)。當電

20、路發(fā)生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構(gòu)動 作，主觸點斷開主電路。當電路過載時，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲，推動自由 脫扣機構(gòu)動作。當電路欠電壓時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機構(gòu)動作。分勵脫 扣器則作為遠距離控制用，在正常工作時，其線圈是斷電的，在需要距離控制時，按下起動按 鈕，使線圈通電，銜鐵帶動自由脫扣機構(gòu)動作，使主觸點斷開。僅供個人參考低壓斷路器性能的主要指標有分斷能力和保護特性。分斷能力是指開關(guān)在指定的使用和工作條件及在規(guī)定的電壓下接通和分斷的最大電流值(kA)。保護特性主要分為過電流保護、過載保護和欠電壓保護三種。這里主要討論斷路器的過電流保

21、護和過載保護。短路時要求能在幾毫秒內(nèi)檢測出來，斷路 器應在0. 2s以內(nèi)可靠斷開和分斷短路電流。作為過載長延時特性，并不要求塑殼斷路器快速 切斷故障線路，而是要求它能與被保護設備的過載熱特性有良好的配合，當過載電流時間過長，就會引起設備元件超過允許的溫升，縮短壽命。過載電流愈大，斷路器的動作愈快；過載電流(超過1. 3倍額定電流)愈小，斷路器的動作愈慢，稱為過載長延時反時限特性。其中瞬時特性和 短延時特性適用于短路動作，而長延時特性適用于過載保護。配電用塑殼斷路器的過載長延時特性標準要求：在+40C的環(huán)境溫度下，按額定電流的大小采用規(guī)定截面和長度的導線，額定電流J < 63A,各極同時通

22、1. 05倍額定電流(1 . 05 J ),斷路器lh內(nèi)不應脫扣，將電流上升到 1 . 30倍額定電流(1 . 30 J)，斷路器lh內(nèi)應脫扣；額 定電流J >63A，各極同時通1 . 05 J，斷路器2h內(nèi)不應脫扣，將電流上升到 1. 30 J ,斷 路器2h內(nèi)應脫扣。1 H 1 i i f LLr - HIL) yfoo o 0000-0 05 2 15 o 0 o 0 o 0 2 6 3 2 1007236126 3 11 芒亙運繪備壽龍sCiOOOu7200-S6OO-1200300120- d 30L2C4%2rl卜0,5-亠 L_ _i 丄i_? 3 4 5 ? 812頷融電

23、流倍數(shù)0 12 3 4 5 7 812潮定電匾倚數(shù)(b)BS 1榮鎖定電流規(guī)格的鋼殼斷路器特性曲線1一過闕反時限特杵 2短路瞋時持性為了提高斷路器出廠檢測的速度，一般采用等效法來檢測斷路器的長延時特性。根據(jù)公式:2 2Il ti =丨2 t2根據(jù)公式及特性曲線，可以加大輸入各級電流與額定電流的倍數(shù)，如兩倍額定電流時，脫 扣時間為30450s。若要更短的時間來檢測長延時特性，只要擴大試驗電流，如采用三倍、四 倍或五倍額定電流等，但最多不能超過七倍額定電流，因為這已快接近瞬時動作電流。同時， 采用額定電流倍數(shù)大的條件校驗，在時間上雖然快了，但對斷路器的熱元件、雙金屬片、脫扣 力等各種參數(shù)要求也比較

24、高，否則，易產(chǎn)生不穩(wěn)定；采用低倍整定時，如采用1.6倍、1.7倍校 僅供個人參考驗，雖時間較慢，但因其接近于 1.30倍，易達到穩(wěn)定。國內(nèi)生產(chǎn)廠家多為低倍校驗，但一般不 會低于1.50倍或1.45倍，因為再低的話，不僅時間太長，而且在常溫下，幾乎等同于1.30倍在+40C的試驗，就不是快速、等效的校驗了。實驗步驟1、觀察斷路器結(jié)構(gòu)，理解延時保護原理。2、等效法測試斷路器長延時保護特性。(1)電路功能測試。按電路圖搭建好電路，斷路器接20A。接入電壓表和互感器(注意互感器不能空載)，輸入電壓為220V,調(diào)節(jié)調(diào)壓器，完成下表。Vn10203040506070VoutIVn為調(diào)壓器顯示電壓，VOut

25、為調(diào)壓器輸出電壓，I為斷路器流過的電流(2)長延時保護特性測試。連接好電路，斷路器分別為6A, 10A, 20A，完成下表，并畫出相應斷路器的特性曲線。注意：脫扣后的斷路器應降溫后才能繼續(xù)實驗。額定電流6A10A20A電流倍數(shù)1.41.451.51.551.41.451.51.551.41.451.51.55脫扣時間實驗四 斷路器瞬時保護特性的測試實驗目的和要求1、加深理解斷路器瞬時保護特性的概念2、了解斷路器瞬時保護的原理3、了解斷路器瞬時保護特性的測試方法實驗內(nèi)容1、觀察斷路器結(jié)構(gòu)，理解瞬時保護原理2、等效法測試斷路器瞬時保護特性主要實驗儀器與器材1、斷路器、互感器、交流接觸器各一只2、變壓器、調(diào)壓器各一臺3、萬用表、電流表、峰值電流表各一只4、數(shù)字存儲示波器一臺5、導線若干實驗原理當電路發(fā)生短路時，短路電流引起電器設備絕緣損壞和產(chǎn)生強大的電動力，使電機和電路中的 各種電器設備產(chǎn)生機械性損壞，因此當電路出現(xiàn)短路電流時，必須迅速而可靠的斷開電源，其結(jié)構(gòu)8倍額定電流（81 n） 時，斷路器在規(guī)定時間0.2s不脫扣；測試電流達到12倍額定電流（121 n）時，斷路器在規(guī)定時間0.2s內(nèi)脫扣。斷路器瞬時脫扣器的動作時間為