机本电工实验指导书

1、电工实验指导书实验须知一、 实验应注意的事项 请不要迟到、旷课。对于旷课的同学，取消该同学该实验成绩。迟到20分钟内的同学要酌情扣分（540分），迟到20钟以上按旷课处理。请假或补假须经系同意并盖章。 实验前每位同学要预习，阅读实验教材，熟悉实验线路及内容，了解仪器设备的使用。拟出实验所需的数据记录图表。 进实验室后，检查所用仪器设备是否齐全，能否满足实验要求。 为减少接线差错，每个接头或焊接端所连接线头一般不超过两个。接线时主电路应从电源的一端开始，先接主要的串联电路，后接各个并联支路，终止于电源的另一端。最后须经指导教师同意后方可接通电源。 实验过程中，如发现有异常声音、火花、异常气味、超

2、量程等不正常现象时，应立即切断电源。待找出原因并排除故障后，经指导教师同意方可继续进行实验。 测量数据和调整仪器要认真仔细，注意人身及设备的安全。对220V以上的电压要特别小心，严禁带电接、拆线路，人体严禁接触线路中带电的金属部位，以免发生人身触电事故。 凡是违章操作损坏设备者，要写出事故原因，并接实验室有关条例处理。 实验指导书上对每个实验均已列出一些本实验应的注意问题，请认真阅读并思考。二、电工实验的一般过程1 到达实验室后先在实验情况登记表上签到并交上预习报告，无预习报告或预习报告不合格的同学原则上不能做实验。2 检查所在实验台的设备是否完好（主要检查万用表及实验台电源是否被烧毁）。3

3、每张实验台元器件均已摆放好，未经老师允许禁止实验台之间互换、借用设备。4 实验内容完成后，实验结果须经指导教师认可，在教师同意后才能拆线。5 拆线前必须先切断电源，最后应将全部仪器设备及器材复位，清理好导线、工具、元器件，等老师检查并签字后方可离开实验室。三、对实验报告的一般要求实验报告是实验工作的全面总结，报告要求文理通顺，简明扼要，字迹端正，图表清晰，分析合理，讨论深入，结论正确。实验报告一般要求应有如下内容。 实验日期、同组人姓名、名称、目的、和使用的仪器设备的名称、规格等。 分析实验原理、及实验的方法、手段及实验的一般过程。 根据实验数据整理成数据表格或根据要求绘制成曲线、波形图等。

4、分析处理实验结果（包括误差分析、结论、实验问题的解答、实验收获及心得体会、意见等）。请参考实验指导书最后一项。. 记录实验中出现的问题、现象及故障的处理分析。实验一 电工技术认识实验1实验目的 1.1掌握指针式万用表在测量直流电压、直流电流及正弦交流电压的方法。1. 2掌握指针式万用表测量电阻的方法以及实验数据的处理。2实验仪器及装置ZH-12型通用电学实验台，万用表，电阻和导线一批。3实验原理实验原理图如图1所示： 电路元件的各参考值为：，。 3.1测量电压时，应采用万用表的相应电压档位； 3.2测量电流时，应采用万用表相应的电流档位； 3.3测量电流时，既可将万用表（相应的电流档）串入电路

5、中进行测量（直接法）；也可以测量电路中某个已知阻值的电阻电压，再由欧姆定律计算出电流（间接法）。 3.4在测量电流、电压时，应先估算一下实际的电流、电压值，尽量使表的指针读数在满量程的满量程之间。测量电阻时，使表的指针读数尽量在中间位置。 3.5万用表的误差其系统误差是（或称最大误差）为量程电表的等级。例：通用万用表的等级为2.5级，用量程为50V的档去测量某个电压时，其产生的系统误差应为 3.6测量值的误差，分绝对误差和相对误差。 绝对误差 = 测量值真值 相对误差 4实验内容 4.1用万用表测量直流电流 4.1.1将万用表串入1、5两点之间，测出1、5两点之间的电流并记于表1中，画出此时的

6、电路图。 4.1.2将万用表接入A处，用导线将4、5两点相连接，测量此时的电流并记于表1中，并画出此时的电路图。 4.2用万用表测量直流电压 4.2.1用导线将A短接，并将4、5两点用导线相连接，用万用表直流电压档测量3、5两点的电压，记于表1中并画出此时的电路图。4.2.2自已设计用间接法测量Rg电阻上的电流并记于表1中。4.3用万用表的电阻档测量实验用电阻的阻值，比较测量值与标称值是否相等4.4用万用表的交流电压档测量实验台上电源的交流电压值。 I15 mAIg（直接法）mAU35 VIg（间接法）mA理论计算值测量值绝对误差相对误差 表15本实验注意事项51 接好电路所有元器件后再接电源

7、；52 注意电路的简洁；53 万用表一定要记得换挡;54 预习时一定要将表1的理论值算出。6实验报告6.1 写出实验目的，实验设备。6.2画出实验电路图，简述实验过程。6.1将各理论计算值与各实测值列表说明并比较，计算其绝对误差和相对误差。6.1比较用直接法和间接法测量电流，其值是否相等。 4实验二 电路基本定律及定理的验证1实验目的 1.1对已学过的电路的定律进行验证，从而加深对定律及定理的理解；并从中掌握基本仪器的使用。 1.2对基尔霍夫电流定律KCL和电压定律KVL进行验证。1.3测量并求出戴维南等效电路（直流情况），并加以验证。1.4明确在实际测量中必然会有一定误差，学会对产生的误差进

8、行误差分析和计算。2实验仪器设备ZH-12型通用电学实验台，万用表一块，电阻，导线若干。3实验原理3.1基尔霍夫电流定律KCL和电压定律KVL。KCL和KVL是电路分析理论中最重要的基本定律，适用于线性电路、非线性电路、时变或非时变电路的分析和计算；适用于时域（电流表示为）或其他域（如频域）电路的分析计算。KCL和KVL是对于电路中各支路的电流或电压的一种约束关系，这种约束关系和电路中具体元件的伏安约束 关系不同；前者是一种“电路结构”的约束，与具体元件无关；而后者元件伏安约束关系描述的是元件的具体特性，而与电路的结构无关。正是由于将基尔霍夫定律与元件的伏安特性结合，才能演生出多种多样的电路分

9、析方法，所以，通过实验来加深对基尔霍夫定律的理解，对学习电路分析课程是十分有帮助的。KCL指出：在电路中，在任何时刻，流进和流出任何一个节点的电流代数和为零。即： 或 （直流电路）KVL指出：在电路中，在任何时刻，任何一个回路或网络的电压降的代数和为零。即： 或 （直流电路）3.2戴维南定理戴维南定理与诺顿定理在电路分析中是一对“对偶”的定理，但戴维南定理在电路的理论分析中和实际电路的测量中似乎使用得更为普遍一些，并且也较易为读者接受。戴维南定理一般用于在电路分析时将电路中的一个复杂部份等效为一个简单的含独立电压源Uoc串联电阻Re组成的戴维南等效电路。该等效电路是对于分析“外电路”有效的，特

10、别是当外电路是一个变化的负载情形。戴维南定理是：在一个电路中，任何一个线性的二端网络（有源或无源）可以用由此二端网络的开路电压Uoc和等到效内阻Re串联组成的戴维南等效电路来代替；该等效电路对于分析此二端网络以外的外电路有效。4实验内容及步骤实验原理图如图1所示。 图 1电路中元件参考数值为，。4.1 KCL和KVL的验证 按图1接线后，分别断开电路中的ag连线、gb连线和gc连线，将电流表串入电路中，分别测出电流、和的数值（或用间接测量电流的方法测量电流）。列表记录各数据于表1中，计算测量值的绝对误差和相对误差 ，验证KCL。在测量过程中要注意电表的量程，测量前应先将测量值作估算，然后才进行

11、测量。按图1接线，测量电压值，并列表记录数据于表2中，验证KVL。I1(mA)I2(mA)I3(mA)计算值测量值绝对误差相对误差表1Ucf(v)Ufo(v)Ucd(v)Udo(v)Ube(v)Ueo(v)计算值测量值 表24.3验证戴维南等效电路 对于图1电路，将f，o之间的电阻当成外电路，从电路中拿去，形成f，o之间开路的电压Us。(1)测量f，o之间的开路电压Us,并记录于表3中，即为戴维南等效电路中的独立电源。(2)测量戴维南等效电路内阻。 要求采用间接法测量电路的等效电阻。 US(V)Es(v)Is(mA)计算值3测量值 表3 图2 将电路中的所有独立电源“去掉”，在f，o端口上加上

12、一个数值已知的独立电源（本实验要求3V），并测出流经电源的电流，把,记于表3中，则。 （3）验证戴维南定理。图2是图1经戴维南定理等效后的电路。在图2中，IgUs/Rs，将此间接测量所得Ig与等效前电路图1中I2理论计算值比较，若两者相等则说明戴维南定理得到验证。5本实验注意事项51 接好电路所有元器件后再接电源；52 注意电路的简洁；53 万用表一定要记得换挡;54 真正了解4点中所提“去掉”的含义。55 预习时一定要将表1、表2、表3的理论值算出。6实验报告 6.1 写出实验目的，实验设备。6.2 画出实验电路图，简述实验过程。 6.3计算实验所测数据的理论值，并将各理论计算值及各实测值列

13、表说明，根据实验数据验证所要求验证的基本定理。 6.4 考虑测量误差产生的原因。实验三 交流电路中阻抗和功率的测定1实验目的1.1学习交流电路中阻抗的测定方法1.2学习交流电路中功率及功率因数的测定方法1.3加深对功率因数概念的理解，并学习一种提高交流电路功率因数的方法1.4了解日光灯的工作原理和日光灯各部件的作用，学会安装日光灯2实验仪器及设备ZH-12型通用电学实验台、交流电流表、万用表、日光灯一套、电容器若干个。3实验原理3.1交流电路中阻抗的测定：测定交流阻抗的方法很多。本实验只介绍U-A法及U-A-P法。 3.1.1 U-A法交流阻抗或复阻抗在极坐标中用它的模及幅角来表示，在复平面的

14、直角坐标中用它的实部及虑部来表示。无论用哪种方法来表示，都必须有两个参数来表征。所以，必须由两个方程来解。这样测定交流阻抗就比直流电阻的伏安法要复杂些。U-A法测交流阻抗的原理电路图如1所示。用交流电压表分别测出电源电压U、变阻器上的电压及被测阻抗Z上的电压。同时由交流电流表测出通过Z的电流I。根据KVL将上述三个电压作矢量图见图2（选择滑线电阻的电压作参考量），由图上求出Z的幅角.而Z的模由式(1)决定: (1)求得Z后，可进一步确定L(或C)，以及对应的直流等效损耗电阻。 3.1.2 U-A-P法。测试电路如图3 所示。负载Z的消耗功率为： (2)式中U为忽略电流表、功率表电流线圈内阻时，

15、负载Z上的电压有效值。I为忽略功率表电压线圈分流作用时，负载Z通过的电流有效值。是Z的幅角，是Z的功率因数。 所以，由（2）式可求得： = (3)进而可求出、Z及等效直流损耗电阻R、电感值或电容值。 3.2 日光灯功率及功率因数的测定。 我们这里所说的功率是指整套日光灯器件消耗的功率，即包括镇流器，而非单指灯管消耗的功率。所以整套日光灯可视作为一个感性负载。功率因数可由=算出。我们知道，一个感性负载总可以等效成一个纯电阻R与一个纯电感串联而成。这样，当有交流电流通过它时，电源提供给感性负载能量的一部份，被R以功率的形式消耗掉，这是我们所需要的。能量的另一部份贮存在电感L中，这部份能量在电源与负

16、载之间来回吞吐，除了在传输导线的电阻白白消耗一部份外，并不能被负载充分地利用。因而，电路的功率因数很低，为解决这个问题，通常是在电路的感性负载两端并联一个电容来提高电路的功率因数。具体内容参见有关的文献。日光灯电路并联电容后的相量图参见图5。其中、为日光灯的电流和功率因数角；、为并联电容后整个电路的总电流和功率因数角。由cos提高到cos所需的电容值C为： （）3.3日光灯的工作原理3.3.1日光灯的构成及各部分的作用。日光灯主要由灯管、镇流器、启动器三部分构成。灯管：灯管是一根装有两组灯丝的密封圆形玻璃管，管子内壁涂有荧光粉，灯管抽成真空之后，注入惰性气体（氩气等）和少量水银。灯管两端各有一

17、组灯丝。灯丝由钨毙绕成，表面涂有氧化钡等物质。其作用是使灯丝容易发射电子。镇流器：镇流器实质上就是一个铁心线圈，其作用有两个：启动时，与启动器配合产生一个瞬时高压，加在灯管的两组灯丝这间，促使灯管导通。灯管导电、点燃之后，镇流器用以限制通过灯管的电流，因而取名为镇流器。启动器（启辉器）：由装在铝壳里的小玻璃泡的小电容器构成。结构如图5所示，小电容的作用有两个：避免启动器两触头断开时产生火花，烧坏触头。防止灯管内部气体放电时产生的电磁波对无线电设备的干扰。日光灯电容器：用以提高日光灯的功率因数。3.3.2工作原理. 原理图如图4，接通电源以后，由于灯管未导电（点亮），电源电压全部加在启动器两端，

18、此电压高于启动器的起辉电压（有效值135V），所以启动器的双金属片与静触片之间发生辉光放电。辉光放电产生的热量使双金属片伸展，与静触片相碰，接通由镇流器和灯管的两组灯丝构成的电路，灯丝预热并发射电子，发射出的电子促使灯管内的氩气分子游离，灯丝预热产生的热量使管子里的水银蒸发变成水银蒸汽。 双金属片与静触片相碰以后，辉光放电停止。辉光放电停止后，双金属片开始冷却，渐向原位恢复，在此过程中，有那么一瞬间使原来接通的镇流器、灯丝回路，由接通状态变成断开状态。在断开的一瞬间，因镇流器线圈中的电流突变会在线圈中感应出一个相当高的电动势。此电动势与电源电压共同加在灯管的两端，促使灯管里的水银蒸汽和氩气离子

19、发生弧光放电。放电产生波长为2573埃（1埃=10-8厘米）的紫外线及少量可见光。紫外线被荧光粉吸收后，转换成一种近似日光的可见光。灯管导电发光后，由于镇流器的降压镇流作用，使灯管两端的电压低于启动器的起辉电压，因此启动器不会发生辉光放电而处于开路状态。此时可以摘除启动器，而日光灯可以正常发光，但会对周围的无线电设备有不良影响。 4 实验内容及步骤 4.1日光灯功率及功率因数的测定。4.1.1根据日光灯的额定工作电压及功率先选择好工作电源电压以及各仪表的量程。4.1.2按图4接好测试电路，操作过程要注意人身安全，不得带电进行接线和更换元件。4.1.3接好线后，在断电的情况下用万用表的电阻档对电

20、路进行通路检查。4.1.4闭合开关K1（此时开关K2断开）日光灯工作，记录流过电路的总电流、总电压，以及流过镇流器，灯管，电容的电流和电压。将上述数据填入表格1中，并计算此时功率因数及日光灯管的功率。4.1.5闭合开关K2，即电路中加入电容器，再次记录流过电路的总电流、总电压，以及流过镇流器，灯管，电容的电流和电压。将上述数据填入表格1中，并计算此时功率因数。并用矢量图说明为什么总电流减小而功率因数却提高了。4.2用U-A法测定镇流器在其额定工作状态下的电感及直流等效电阻。本实验应按日光灯电路中的实际状态选择测试条件。即采用图4电路（开关K2断开），自己从表1中选出计算镇流器阻抗的数据。U总(

21、v)U镇(v)U灯(v)U容(v)I总(mA)I灯(mA)I容(mA)无电容有电容 表15本实验注意事项5.1 接好电路所有元器件后再接电源；5.2 注意电路的简洁；5.3 万用表一定要记得换挡;5.4 实验用220V交流电源。在操作时要特别注意安全，不能用手碰触电路中裸露的金属物，改接电路或更换量程时，一定要先行切断电源。6 实验报告 6.1 写出实验目的，实验设备。 6.2 画出实验电路图，简述其实验过程，用表格形式记录测量数据。 6.3 计算无电容和有电容时的日光灯管的功率及整个电路的功率因数。 6.4 用U-A法计算镇流器的阻抗，并画出三电压矢量图。 实验四 三相电路的测量1实验目的1

22、. 1掌握三相负载星形联接和三角形联接的方法。1 2验证三相对称负载和不对称负载星形联接时，线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系。1 3验证三相对称负载和不对称负载三角形联接时，线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系。2实验仪器及设备 ZH-12型通用电学实验台、电流表、万用表、灯泡、导线等3实验原理1、 三相电源目前，电力系统的主要供电方式是对称星形联接三相交流电源，即三相电动势的幅值（或有效值）相等，频率相同，相位相差120度。低压电源采用三相四线制供电，有三根火线，分别用A、B、C表示，一根中线，用N表示。任意两根火线之间的电压称线电压，任一根火线与中线之间的电压称相电压，它们的关

23、系为：。2、 三相负载星形联接有中线的情况负载对称：， ，负载不对称：，无中线的情况负载对称：， ，负载不对称：，3、 三相负载三角形联接负载对称：，负载不对称：，4 实验步骤4.1测试三相电源的线电压与相电压，填入表一，并验证其关系。表一电 源 线 电 压电 源 相 电 压UABUBCUCAUANUBNUCN4.2星形联接负载测试4.2.1负载按下图接线。4.2.2无中线（断开S2开关），测试负载对称（S1开关闭合）和不对称（S1开关断开） 时的各相电压、各相电流及中线电流，填入表二。 4.2.3有中线（闭合S2开关），测试负载对称（S1开关闭开）和不对称（S1开关断开） 时的各相电压、各相

24、电流及中线电流，填入表二。表二项目测试值BCIAIBICNN单位无中线负载对称负载不对称有中线负载对称负载不对称 A mA S1BmA C S2NmA 图14.3三角形联接负载测试4.3.1负载按下图接线。 4.3.2测试负载对称(S1开关断开)和负载不对称（S1开关闭合）时的各相电压，相电流及线电流。填入表三。表三项目测试值单位负载对称负载不对称 AmA mA B mA C S1 图2 5 本实验注意事项5.1接好电路所有元器件后再接电源；5.2注意电路的简洁；5.3万用表一定要记得换挡;5.4实验用220/380V交流电源。在操作时要特别注意安全，不能用手碰触电路中裸露的金属物，改接电路或更换量程时，一定要先行切断电源。6 实验报告 6.1 写出实验目的，实验设备，画出实验电路。 6.2整理所测数据并归纳观察到的现象。 6.3 根据实验数据验证对称的星形联结和三角形联结时有关电压和电流的倍关系。 6.4 结合测试数据说明不对称负载星形联结无中性线时，各相电压的分配关系，说明