电工实验指导书教材

1、实验一 基尔霍夫定律和叠加原理的验证一、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、验证线性电路中叠加原理的正确性及其适用范围。3、加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。4、进一步掌握仪器仪表的使用方法。二、实验原理（一）基尔霍夫定律基尔霍夫定律是电路理论中最基本的定律之一，它阐明了电路整体结构必须遵守的规律，应用极为广泛。基尔霍夫定律有两条：一是电流定律，另一是电压定律。测量某电路的各支路电流及多个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律和电压定律。（1）基尔霍夫电流定律（简称KCL）是：在任一时刻，流入到电路任一节点的电流总和等于从该节点流出的电流总和，换

2、句话说就是在任一时刻，流入到电路任一节点的电流的代数和为零。这一定律实质上是电流连续性的表现。运用这条定律时必须注意电流的方向，如果不知道电流的真实方向，可以先假设每一电流的正方向（也称参考方向），根据参考方向就可写出基尔霍夫的电流定律表达式。例如图1.1a所示为电路中某一节点N，共有五条支路与它相连，五个电流的参考正方向如图所示，根据基尔霍夫定律就可写出： I1+ I2+ I3= I4+ I5如果把基尔霍夫定律写成一般形式就是I=0。显然，这条定律与各支路上接的是什么样的元件无关，不论是线性电路还是非线性电路，它是普遍适用的。电流定律原是运用于某一节点的，我们也可以把它推广运用于电路中的任一

3、假设的封闭面，例如图1.1b所示封闭面S所包围的电路有三条支路与电路其余部分相连接，其电流为I1、I2、I3，则I1+I2+I3=0，因为对任一封闭面来说，电流仍然必须是连续的。（2）基尔霍夫电压定律（简称KVL）是：在任一时刻，沿闭合回路电压降的代数和总等于零。把这一定律写成一般形式，即为U=0，例如在图1.1c所示的闭合回路中，电阻两端的电压参考正方向如箭头所示，如果从节点a出发，顺时针方向绕行一周又回到a点，便可写出：U1+U2-U3-U4=0,显然，基尔霍夫电压定律也是和沿闭合回路上元件的性质无关，因此，不论是线性电路还是非线性电路，它是普遍适用的。 （二）叠加原理几个电压源在某线性网

4、络中共同作用时（也可以是几个电流源共同作用，或电压源和电流源混合共同作用），它们在电路中任一支路产生的电流或在任意两点间所产生的电压降，等于这些电压源或电流源分别单独作用时，在该部分所产生的电流或电压降的代数和，这一结论称为线性电路的叠加原理。如果网络是非线性的（如电路中含有稳压管等非线性元件），叠加原理不适用。总而言之，叠加原理即为：在有几个独立源共同作用的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路其它各电阻元件上所产生的电流和电压

5、值）也将增加或减小K倍。本实验中，先使电压源分别单独使用，测量各点间的电压和各支路的电流，然后再使电压源共同作用，测量各点间的电压和各支路的电流，验证是否满足叠加原理。三、实验设备1、RXDI-1A电路原理实验箱 1台2、万用表 1台四、实验内容及步骤（一）基尔霍夫定律的实验线路如图1.2所示：1、实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示。2、分别将两路直流稳压电源（如：一路U2为+12V电源，另一路U1为024V可调直流稳压源）接入电路，令U1=6V，U2=12V。3、电路实验箱上的直流电流表分别接入三条支路中，记录电流值，此时应注意电流表的极性应与电流的假设方向

6、一致。4、用数字万用表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，并记录。被测量I1（mA）I2（mA）I3（mA）U1（V）U2（V）UFA（V）UAB（V）UAD（V）UCD（V）UDE（V）计算值测量值误差（二）叠加原理的实验线路图如图1.3所示1、按图1.3电路接线，取U1=12V，U2为可调直流稳压电源，调至U2=+6V。 2、令U1单独作用时（使BC短接），用直流电流表和数字万用表测量各支路电流及各电阻元件两端电压，将数据记入表格中。3、令U1和U2共同作用时，重复上述的测量和记录。测量项目实验内容U1（V）U2（V）I1（mA）I2（mA）I3（mA）UAB（V）UAD（V）UCD（V

7、）UDE（V）UFA（V）U1（单独作用）计算值测量值误差U2（单独作用）计算值测量值误差U1+U2（共同作用）计算值测量值误差五、注意事项实验过程中注意仪表量程的及时更换。六、实验报告1、根据实验数据，选定实验电路图1.2中的A节点，验证KCL的正确性。2、根据实验数据，选定实验电路图1.2中任一闭合回路，验证KVL的正确性。3、根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。4、分析误差原因。5、实验体会。6、思考题：各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用理论定性分析以及用实验数据进行计算并作出结论。实验二 戴维南定理有源二端网络等效参数的测定一、实验目的1、验证戴维南定理的正确性。2

8、、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二、实验原理1、任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源二端口网络）。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势ES等于这个有源二端网络的开路电压U0C，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（电压源视为短路，电流源视为开路）时的等效电阻（参照图2.1）。U0C和R0称为有源二端网络的等效参数。2、有源二端网络等效参数的测量方法（1）开路电压、短路电流法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U0C，然后将其输出端短

9、路，用电流表测其短路电流ISC，则内阻为R0=U0C/ISC。若二端网络的内阻值很低短路电流很大时，则不宜测短路电流。（2）伏安法利用有源二端网络的外特性，用电压表、电流表求出U0C和R0，如图2.2所示。可知改变RL可测得一组U、I数据，作出该网络的外特性曲线，如图2.2所示，曲线坐标的截距就是等效电源电压U0C，曲线斜率的绝对值就是等效电源内阻R0 。即根据外特性曲线求出斜率tg，则内阻R0=tg=U/I= U0C/ISC 。（3）半电压法如图2.3所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由万用表测量）即为被测有源二端网络的等效内阻值。（4）零示法在测量具有高内阻有源二端网络

10、的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图2.4所示。零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与二端网络的开路电压相等时，电压表的读数为“0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。（5）其它方法将电压源短路，电流源开路，断开负载测输出两端的电阻即是R0。三、实验设备1、RXDI-1A电路原理实验箱 1台2、万用表 1台四、实验内容及步骤被测有源二端网络如图4.5所示。1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路U0C和R0 。按图2.5（a）电路接入稳

11、压电源ES和恒流源IS，测定U0C和R0 。UOC（V）ISC（mA）R0= UOC/ ISC（）2、负载实验按图2.5（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。RL（） 0U (V)I (mA)3、验证戴维南定理用电阻箱将阻值调整到等于按步骤1所得的等效电阻值R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压U0C之值）相串联，如图2.5（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴维南定理进行验证。RL（） 0U (V)I (mA)4、测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法：将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源断开，短路电压源），然后用伏安法或者直接用万用

12、表的欧姆档去测定负载RL开路后输出端两点间的电阻，即为被测网络的等效内阻R0或称网络的入端电阻Ri。5、用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压U0C，电路及数据表格自拟。五、实验注意事项1、注意测量时及时更换电流表量程。2、步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源直接短接。3、用万用表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。4、改接线路时，需关掉电源。六、实验报告1、根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析产生误差的原因。2、根据步骤1、4、5，用各种方法测得的U0C、R0和预先的电路计算的结果作比较，你能得出什么结论？1、 实验体会。实验三

13、信号的观察与测量一、实验目的1学习使用示波器、函数信号发生器和交流电压表。2掌握定量测量电信号的幅值、周期和相位的方法。二、必备知识1.直流、正弦交流、方波信号是电路实验中常用的电源信号，可由直流稳压电源、函数信号发生器提供。这些信号的波形可用示波器进行观察。测试信号幅度的常用仪器有万用表、交流电压表和示波器。直流电压一般用万用表测量比较方便，如需要也可用示波器测量。应注意用万用表和交流电压表测量交流电时，读数都是有效值，它们的测试对象仅限于正弦交流电；示波器可测量各种信号波形，它的读数为峰-峰值。2示波器测量方法：示波器定量测量时，垂直电压分度“VOLTS/div”旋钮和扫描时间旋钮“TIM

14、E/div”的“微调”旋钮应置于校准位置（即示波器屏幕显示区10、17和2处无“”符号）。a直流电压的测量 首先使屏幕显示一水平扫描线。输入耦合方式置于“GND”，此时显示的扫描线为零电平的参考基准线，再将输入耦合方式置于“DC”位置。输入端加上被测信号，此时，“VOLTS/div” 档位所指的数值与信号在垂直方向位移的格数相乘，即为测得的直流电压值。高于或低于零电平的电压分别为正值和负值。 例：被测点距基准电平为1.8格，如 “VDLTS/div” 档位置于5V/div，则直流电压为： U=1.85=9V。b交流电压的测量如图2.4.1 ，如果“VDLTS/div” 档位置于2V/div（此

15、数值在示波器屏幕显示区位置11或18处显示），屏幕上显示被测信号峰-峰之间的高度为4格，计算方法为：U峰-峰=24=8V电压最大值： UM=U峰-峰电压有效值： U= 如果用光标测量，可将两条水平光标线移到波形两测试点，直接从示波器屏幕下方文字显示读出电压值。 c时间、频率的测量 如图3.1，屏幕显示被测信号一个周期所占格数为6格，如果扫描时间“TIME/div”的档位在0.5ms/div（此数值在示波器屏幕显示区位置3处显示），则周期T=60.5=3mS，频率f=1/T=333HZ。时间、频率也可用光标测量，只需将两条竖直光标线调到信号一个周期波形位置，直接从示波器屏幕下方文字显示读出周期和

16、频率值。 d同频率两信号之间相位差的测量将两被测信号送入CH1和CH2通道，读出信号一个周期所占的格数为A，两信号相应点所占的格数为B，则相位差为 ，如图3.2，波形一个周期占6格，两信号相应点所占的格数为1格，则相位差 e示波器测量电流用示波器不能直接进行电流测量，可采用间接测量法，即测量被测支路中已知电阻上的电压，然后用欧姆定律计算出电流。若被测支路中无电阻元件，需串接一个小阻值的电阻，此电阻也称取样电阻。三、实验仪器 1SS-7802A型双踪示波器2EE1642B1型功率函数信号发生器3AS2294A型交流电压表4十进制电容箱（RX7-O型 01.111F）5旋转式电阻箱（099999.

17、9）四、实验内容及步骤 1观察示波器“标准信号”波形将CH1或CH2测试线（红色夹子）接到示波器“CAL”输出端。改变触发源或调节触发电平数值，观察波形稳定情况。波形稳定后，用示波器测出该“标准信号”的峰峰值与周期，并与给定的标准值进行比较。测试值记录： f= V峰-峰= 2信号发生器输出电压幅值的测量将信号发生器输出频率调为f = 1KHz，波形选择正弦波。由小到大调节输出幅值，用示波器和交流电压表分别测量，选取3个不同电压值记入表3.1，其中最后一次调为信号发生器最大输出电压值。由示波器测量结果计算出有效值并与交流电压表测量结果进行比较，选取一组数据画出波形图。表3.1 测量信号发生器输出

18、电压幅值记录测量次数123交流电压表读数U最大示波器测量峰-峰值有效值计算结果3示波器测量信号的频率将示波器接入信号发生器输出端，信号发生器输出调为U峰-峰= 4V，波形选择方波，频率分别调为200Hz、1650Hz、5KHz（由信号发生器频率计读出），用示波器测出该信号的频率（采用两种测量方法），结果记入表3.2，选取一组数据画出波形图。测试时注意观察垂直耦合方式（DC/AC）改变对波形的影响，用文字叙述变化过程。表3.2 示波器测量信号频率记录信号发生器输出频率200Hz1650Hz5000Hz方法1：直读法“TIME/div”档位一个周期占有的格数信号周期计算所得频率方法2：光标法t1/

19、t4示波器测量信号的相位按图3.3接线。信号发生器输出频率f=1KHz、峰-峰值UP-P = 4V的正弦波，用示波器同时观察信号源输出电压与电容电压的波形，调节R或C，观察波形的变化。记录R=2K,C=0.2F时观察到的波形，并测出它们的相位差。 图3.3 RC测试电路注意：信号发生器和示波器的接地端需接到一起，否则可能造成电路局部短路。示波器CH1与CH2通道的接地端内部是相连的。六、实验报告要求1按照实验任务的要求，用坐标纸画出所观察的波形，并标明示波器垂直电压分度值和扫描时间档位。2归纳示波器使用要点。实验四 功率因数日光灯实验一、实验目的1、验证交流电路的基尔霍夫定律。 了解日光灯电路

20、的工作原理。 了解提高功率因数的意义和方法。二、实验仪器及设备 数字万用表 一块 交流电流表 一块 电学实验台 日光灯管 、镇流器、电容器、起辉器 各一个三、实验原理 日光灯工作原理：日光灯电路由灯管、启动器和镇流器组成，如图4-1所示。日光灯：灯管是内壁涂有荧光物质的细长玻璃管，管的两端装有灯丝电极，灯丝上涂有受 热后易发射电子的氧化物，管内充有稀薄的惰性气体和少量的水银蒸汽。它的起辉电压是400500V，起辉后管压降只有80V左右。因此，日光灯不能直接接在220V电源上使用。 启辉器：相当于一个自动开关，是由一个充有氖气的辉光管和一个小容量的电容器组成。 辉光管的两个金属电极离得相当近，当

21、接通电源时，由于日光灯没有点亮，电源电压全部加 在启动器辉光管的两个电极之间，使辉光管放电，放电产生的热量使到“U”形电极受热趋 于伸直，两电极接触，这时日光灯的灯丝通过电极与镇流器及电源构成一个回路。灯丝因有 电流通过而发热，从而使氧化物发射电子。同时，辉光管两个电极接通时，电极间的电压为 零，辉光放电停止，倒“U”形双金属片因温度下降而复原，两电极分开，回路中的电流突 然被切断，于是在镇流器两端产生一个瞬间高压。这个高感应电压连同电源电压一起加在灯 管的两端，使热灯丝之间产生弧光放电并辐射出紫外线，管内壁的荧光粉因受紫外线激发而 发出可见光。小电容用来防止启燃过程中产生的杂散电波对附近无线

22、电设备的干扰。镇流器：它的作用一是在灯管起燃瞬间产生一高电压，帮助灯管起燃；二是在正常工作时，限制电路中的电流。 提高功率因数的意义和方法在电力系统中，当负载的有功功率一定，电源电压一定时，功率因数越小，线路中的电流就越大，使线路压降、功率损耗增大，从而降低了电能传输效率，也使电源设备得不到充分利 用。因此，提高功率因数具有重大的经济意义。在用户中，一般感性负载很多。如电动机、变压器、电风扇、洗衣机等，都是感性负载其功 率因数较低。提高功率因数的方法是在负载两端并联电容器。让电容器产生的无功功率来补 偿感性负载消耗的无功功率以减少线路总的无功功率来达到提高功率因数的目的。四、实验内容及步骤 了

23、解日光灯的各部件及其工作原理 按图4-2接好线路，电容器先不要接入电路。 图4-2 改善功率因数实验电路图注意：此实验系强电，一定请指导教师检查无误后，方可通电实验。认真阅读常用仪器 仪表的使用说明，掌握交流电流表、电压表和功率表的使用方法。 闭合开关K，测量灯管两端的电压U，镇流器两端的电压U，电路中的电流I，各元件的功率和总功率，并将数据填入表4.1中。 将电容器C=10F接入线路，再次测量上述数据并记入表4.1中。表4.1改善功率因数测量表 IULUDUPPDPLIC并联C前 0并联C后 五、实验报告 从测量数据中求出日光灯电阻、镇流器电阻、镇流器的电感和并联电容的数值。 验证基尔霍夫定

24、律。 并电容后，功率因数有何变化?要使功率因数提高到1，应并联多大电容? 此电路是过补偿还是欠补偿?为什么? 可否用串联电容的方法来提高感性负载的功率因数? 并联电容后电路总电流I应变大还是变小?试用相量图来说明实验五 电器的识别与继电器工作电压的测定一、实验目的1. 熟悉一些常用的控制电器和保护电器。2. 熟悉常用低压电器的结构、工作原理、型号规格及使用方法。3. 掌握交直流电压继电器的吸合电压和释放电压的整定方法。4. 学会实验线路的接法和控制线路的连接。5. 培养电气线路安装操作能力。二、实验器材1. 刀开关（1个）、按钮（1个）、熔断器（2个）、调压器（1个）、接触器（1个）、空气阻尼

25、式时间继电器（1个）、电动机（1台）和万用表（1个）等。2. 连接导线若干。三、实验原理和线路图5-1 继电器调压电路四、实验内容及步骤1、常用低压电器的结构及原理分析。通过对电器的拆装，了解其内部结构及工作原理，如触电系统的动作过程、常开常闭触点的动作顺序、触点弹簧的作用；时间继电器通电延时与断电延时的转换等。2、返回系数的测量。（1）接线前将刀开关手柄与电源断开，在断电状态下连接线路。（2）按照实验图1来连接各个电器。接线按照主回路、控制回路分步来接；接线的次序按照自上而下，从左到右来接；先主后辅的基本原则。接线尽可能的整齐、清晰、能用短线的地方，就用短线连接，便于检查。在连接的地方，使接

26、点尽可能的牢固、可靠。（3）自己检查线路是否按照线路连接，确保无误。注意：将调压器的输出电压先调到最低（即输出为零）！（4）接完线以后须经指导老师检查线路后，方可接通电源。（5）慢慢调大调压器的输出电压，观察接触器的动作情况，将电压调到最大（250V）。（6）慢慢调小调压器的输出电压，观察接触器的动作情况，做好数据记录，得出结果，返回系数K释放电压 / 吸合电压。（7）实验完毕后，先关电源（断开QG），然后才能拆除接线，并清点、整理实验器材。五、预习要求1. 认真准备，建立安全操作的概念，保证人身和设备的安全。2. 实验之前，熟悉各元件的特性。3. 读懂实验电路图，掌握电路工作原理。4. 对实

27、验步骤有一定的了解，以便实验中的安全，按时的完成任务。六、实验报告要求1. 按照一定的格式书写实验报告。2. 画出实验电路图，叙述实验操作步骤。实验六 三相异步电动机的继电接触器控制一、实验目的 1学习异步电动机直接起动控制电路的接线、查线和操作。2学习异步电动机正反转控制电路的接线、查线和操作。二、实验器材1刀开关（1个）、隔离开关（1个）、按钮（3个）、熔断器（2个）、调压器（1个）、交流接触器（2个）、电动机（1台）和万用表（1个）等。2连接导线若干。三、实验内容说明1 电动机直接起动控制电路 在三相异步电动机定子绕组连向三相电源的主电路中接有隔离开关QS，熔断器FU，接触器的主触点KM

28、，以及热继电器FR的发热元件。而接触器KM的线圈则与起动按钮SB2，停止按钮SB1及热继电器FR的动断触点串联后接到电源上构成控制电路，如图6-1所示。容量较小的异步电动机通常可用接触器进行直接起动，电动机起动时，先合上隔离开关QS接通电源，然后再按下起动按钮SB2，接触器线圈KM通电，于是接触器的三对动合主触点KM闭合而使电动机起动。与起动按钮并联的接触器动合辅助触点KM也同时闭合，将起动按钮的动合触点短接，当起动按钮松开后，接触器的线圈仍能通电，从而保证电动机能继续正常工作。这种利用接触器本身的动合辅助触点使其线圈保持通电的作用称为“自锁”作用，而该辅助触点也就称为自锁触点。按下停止按钮S

29、B1，接触器线圈断电，所有KM触点都断开，电动机就停止转动。 如果将控制电路中的自锁触点拆除，则可对电动机实行点动控制，这时按下起动按钮SB2时，电动机就运转，松手时就停转。 电动机在运转过程中，如果发生突然停电或电压严重下降的情况，接触器线圈KM将失电而断开所有动合触点。一旦电源恢复供电，电动机不会自行起动，必须按一下才能重新起动SB2，因而不会造成人身和设备事故。由此可见采用接触器控制的线路，具有失压和欠压保护作用。 在主电路中接有三个熔断器FU，是作电动机短路保护用的。另外还串联热继电器FR的三个发热元件，由于热继电器的整定电流等于电动机额定电流，当电动机过载时，电流超过额定值，经过一段

30、时间，热继电器因发热元件过热而使与接触线圈KM串联的动断触点FR断开，线圈KM断电之后使所有动合触点断开，从而使电动机停转，达到过载保护的目的。 以上所讨论的控制线路只适用于工作时不需电动机反转的场合，如泵和鼓风机等。 3 电动机正反转控制电路 吊车或某些生产机械的提升机构需要作左右上下两个方向的运动，拖动它们的电动机必须能作正、反两个方向的旋转。由异步电动机的工作原理可知，要使它反向旋转只需对调定子三根电源线中的任意两根，以改变定子电流的相序即可。为此要对异步电动机实现正、反转控制，需要用两只接触器，控制电路如图6-2所示。 从6-2图中主电路可见，若正转接触器KMF主触点闭合，电动机正转，

31、若KMF主触头断开而反转接触器KMR主触点闭合，电动机的三根电源线中有两根对调，因而反向旋转。不难看出，若正、反转接触器主触点同时闭合，将造成电源二相短路。 在控制电路中，正反转接触器的吸引线圈有各自的起动按钮与自锁触点。此外在线圈KMF的电路中串有KMR的一对动断辅助触点，而在线圈KMR的电路中也串有KMF的一对动断辅助触点。这样当按下正转起动按钮SBF时线圈KMF通电，使电动机正转，并且完成自锁作用。按下反转起动按钮SBR，线圈KMR亦不能通电，因而就排除了造成电源短路的可能性。同样在接通线圈KMR通电期间，线圈KMF也不能接通电源。这种依靠各自一对动断辅助触点使得一个接触器通电时另一个接触器无法同时接通的作用称作电气联锁。而用于此目的的动断辅助触点就称为联锁触点。要使电动机由正转变成反转，首先要正转接触器KMF断电，使与线圈KMR串联的联锁触点（正转接触器KMF的动断辅助触点）重新闭合，才有可能使线圈KMR通电。也就是说在正转接触器KMF通电时，必须先按停车按钮SB1使KMF失电，而后按反转起动按钮SBR使反转接触器KMR通电。 如果将上述线路中与按钮SBF、SBR并联的自锁触点KMF、KMR拆除，则可作为正反转的点动控制，点动控制时可不用停车按钮SB1。四、实验步骤1异步电动机直接起动控制实验 按图6-1所示线路接线，先接主电路，再接控制电路。接