《电工学实验指导书》word版

1、PAGE PAGE 22 电工学实验 （I） 华南师范大学物理与电信学院电路分析、电工实验室20083 目 录 电工实验概述 （2）实验一 电路元件伏安特性的测定 （6）实验二 叠加原理验证 （9）实验三 正弦稳态交流电路相量研究 （11）实验四 三相交流电路负载的连接 （15） 实验五 单相变压器实验 （18） 电工实验概述一实验前的准备工作1认真预习实验指导书及教材中的有关部分，通过预习，充分了解本次实验的目有原理步骤和仪器的使用方法，并将实验目的基本原理实验电路实验数据填写的表格写画在实验报告上。2进入实验室后，要熟悉电工综合实验台实验装置的结构及电源配备情况，选中本实验所用电源及接通电

2、源时各开关动作顺序。按指导书所列仪器清单，挑选所用实验电路板及测量仪表单元板，检查所用其他仪器设备是否齐全和符合实验要求。二 根据实验电路图，联接实验电路1导线的长短和两端接头种类的选择要合适，联接导线应尽可能少用，并力求简捷清楚，尽量避免导线间的交叉。接头要插紧，每个接线柱上最好不要多于二个播头。图01画出了实验电路图及两种不同的接线方法，显然图01（C）接线方法较好。 2一般应先接串联电路,后接并联回路;或先接主电路,后接辅助电路,最后接通电源电路。3任何负载应先经过开关和保险才能和电源联接,并根据负载电流的大小选择保险丝。4线路接好后,先由同组同学做好复查工作,再经经教师检查,方可接通电

3、源。5实验过程中,如需改变接线,必须先切断电源,待改完线路并再次进行检查后,方可接通电源继续进行实验。6为避免电路过渡过程冲击电流表和功率表电流线圈而损坏仪表,一般电流表和功率表电流线圈并不接死在电路中,而是通过电流测量插口来代替它。这样既可以保护仪表不受意外损坏,并且可以提高仪表的得用率。电流测量插口是专门为电流表方便地串入电路而设计的。插口两极是用插头制成。当将电流插头插入插口时,插头的绝缘层将电路切断,又通过电流表将电路接通,从而达到测量电路电流的目的。当将插头拨出插口时,电路又自动闭合。三数据的观测与记录观测并记录实验中的现象和数据是实验过程中最主要的步骤,必须认真仔细地进行。1测量数

4、据前的试做检查为保证实验结果的正确,接通电路以后,不要忙于马上测量数据,而要先大致试做一遍,主要观察各被测量的变化情况和出现的现象是否与理论预料结果相符,如果出现非正常情况,应及时找出原因进行处理。试做过程还可以发现仪表种类和量程选择是否合适,设备的放置及操作是否方便等。若有问题都应在正式实验之前解决。数据的测量与记录试做无问题就可以读取数据,如果要测某一变化曲线,测量点的数目和间隔应选得合适。被测量的最大值或最小值相应的点一定要测出；在变化曲线的较弯曲处，测量点应选得密一些，变化曲线较平滑处，测量点可取得稀一些。测量点要分布在所研究的整个范围内，不要仅局限于某一小部分。测量点的选择，在试做时

5、就要给予考虑。图0-2是合理选择测量点的一个例子。利用指针式仪表测量数据时，目光应正对仪表（对有反射镜的仪表，在看到指针与它在镜中的影像重合时方可读数）。一般指针式仪表可读出三位有效数字，未位数字根据指针在小格中的位置来估计。实验数据应记在事先列好的数据表格中，一定要注明被测量的名称单位。保持定值的量可单独记录。四 安全用电1实验中应严肃认真细心地进行测试，因电压一般在220-380伏左右，所以不得用手触及未经绝缘的电源或电路中的裸露部分。在接线拆线和改接线路时均应切断电源。2闭合或断开闸刀开关时应迅速果断，同时用目光监视仪表和电机设备有无异常现象。例如，有无指针反偏或超量程现象，有无发热冒烟

6、电机转速过高等现象。如果有这些现象应立即切断电源，停止实验，并进行检查。3电源接通后，应培养单手操作习惯，能用单手操作的尽量不用双手操作，以防双手触及线电压电路。4万一出现某种事故，应迅速切断电源，本实验台上有一桔红色“急停”按钮，按下此钮将会迅速切断电源（在正常情况下不要随便按动此钮，以影响实验的正常进行）。五 实验总结与报告1实验后，应先核对实验数据是否齐全合理，并经教师审核，以便在电路拆除前有核对和重新测量的机会。拆除线路前应首先切断所有电源，然后逐一拆除线路，并将仪器工具导线放置整齐。2实验报告的内容应包括：（1）实验目的与要求。（2）实验原理（主要画出实验电路及写出计算公式）。（3）

7、整理实验数据，计算实验结果及绘制特性曲线。实验曲线应绘制在坐标纸上，并标明坐标轴所代表的物理量单位。绘制曲线时，应用光滑细线条连接，不能用曲折线连接，不要强求曲线通过所有的实验数据点。图0-3给出了 （A） （B）图0-3实验曲线的绘制二种绘制实验曲线的方法，其中图0-3（A）的绘制方法是正确的。（4）回答实验指导书中提出的间题；总结实验中的心得体会和对实验的改进意见。3实验报告与上述要求相差较大时，指导教师可退还学生，并指定学生重做。实验报告应在做下一个实验前交给指导教师批阅，逾期不交者应停止参加下一个实验。六关于有效数字及实验数据的运算处理在许多情况下，测量仪表的指示位置不一定恰好与表盘刻

8、度线相符合，这就需要用估计法来读取最后一位数，这个估计出来的数字称为存疑数字（或欠准数字），超过一位存疑数字的估计是没有意义的。存疑数字前面的几位数字称为可靠数字。可靠数字加上未位的存疑数字称为有效数字。在记录有效数字时应注意以下几点：1有效数字的位数与小数点无关。例如1326与13.26都是四位有效数字。2“0”在数字之间或数字之未，均算作有效数字，在数字之前不算是有效数字。例如1.054.50都是三位有效数字，而0.450.015只是二位有效数字。还要注意3.5和3.50的意义是不同的，前者中的“3”是可靠数字，“5”是存疑数字；后者“3”和“5”均可靠数字，“0”是存疑数字。故3.50中

9、的“0”是不能省略的。3对于较大的数，有效数字的记法采用指数形式，以10的方次前面的数字代表有效数字。例如：4.5102 ，5.8103 等分别为二位及三位有效数字 5.80103 不能与成5.8103 。对于很小的数，例如：0.0036可写成3.610-3 。4进行数字运算时，应注意只保留一位存疑数字，它后面数字完全可以省去，在去掉第二位存疑数字时要用四舍五入的方法。 例子 44.6+3.67=？式中第一个数的“6”是存疑数字，第二个数的“7”是存疑数字（在数字下面加一横表示），做加法时有 446+ 367 4827因为44.6中的“6”是存疑数字，所以“6”加“6”进位后的“2”也一定是存

10、疑的，而它后面的“7”更是存疑数了。舍去第二位存疑数字时，按四舍五入的原则，“7”应进上一位，故446 + 3 .67=48.3例2 12.361.35=？ 式中有疑数字有四位，应只保留一位，去掉第二位存疑数字“8”时，应进上一位故 12361.35=16.7 一般说来，几个数相乘或相除时，最后结果的有效数字位数与几个数中有效数字位数最少的那个数相同。 实验一 电路元件伏安特性的测定实验目的熟悉直流电流电压表、电流表及万用表的使用方法增强对线性、非线性电阻及电源伏安特性的感性认识。学会绘制实验曲线。原理说明电阻元件的伏安特性是指元件的端电压与通过该元件的电流之间的函数关系。线性电阻元件的伏安特

11、性满足欧姆定律，其伏安特性曲线是一条过坐标原点的直线；非线性电阻元件的阻值不是常量，其器伏安特性不是直线。 实际电源的伏安特性是指实际电压源（或实际电流源）的输出电压、电流关系曲线。由于直流稳压电源的内阻很小，可近似看作恒压源。测量电压时应该将电压表并联在被测元件两端，测量电流时应该将电流表串联在被测电路中，测量直流时应严格注意选择正确的极性和合适的量程。实验设备 表1-1序号名称型号与规格数量 备注 1直流稳压电源0-30V可调一路 2直流数字电压表0-200V 1 3直流数字毫安表0-200mV 1 4电阻100/5W 1 5可变电阻箱 099999.91实验内容元件伏安特性的测试将200

12、电阻作为待测元件R1,按图1-1(a)所示电路接线，将稳压电源输出电压调至0V,逐步改变输出增加到10V,每隔2V，记下电压表和对应电流表读数，填入表1-2.表1-2U/V 0 2 4 6 810I/mA改变图1-1（a）的连接如图1-1(B) 电路所示，按上述步骤重做一次，并将测量数据填入表1-3.表1-3U/V 0 2 4 6 810I/mA 2、电源伏安特性的测定 （1）按图1-2所示电路接线，图中用可变电阻箱作可调电阻。 （2）断开开关S，通过测量电压UAC，并调节直流稳压电源，使电源电压的输出为15V；合上开关S，调节电阻箱使电流表指示分别为10mA、20mA、30mA、40mA、5

13、0mA，并测量相应的电压值UAC，将测试数据记入表1-4。表1-4I/mA 0 10 20 30 4050UAC/V五、 实验报告根据实验内容与步骤，记录各项测试数据。用坐标纸分别绘制电阻、电压源的伏安关系。 根据测量数据，用公式表示电阻、电压源的端电压U与电流的关系。 讨论表1-2和表1-3的数据有何差别？为什么会出现这些差别？总结直流电压表和电流表的使用方法和使用中要注意的问题。实验二 叠加原理的验证一、实验目的验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加原理的认识和理解。二、原理说明叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由

14、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。图2-1三、实验设备序号名称型号与规格数量 备注 1直流稳压电源0-30V可调二路 2万用表 1 3直流数字电压表0-200V 1 4直流数字毫安表0-200mV 1 5迭加原理实验电路板 1四，实验内容实验线路如图2-1所示，用 “基尔夫定律/叠加原理”线路。1将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。2令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧。）用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表2-1。 表2-1测量项目实验内容U1（V）U2（V）I1(mA

15、)I2(mA)I3(mA)UAB（V）UCD（V）UAD（V）UDE（V）UAE（V）U1单独作用U2单独作用U1U2共同作用2U2单独作用3令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表2-1。4令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧），重复上述的测量和记录，数据记入表2-1。5将U2的数值调至12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表2-1。五，实验注意事项1用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确叛断测得值的“，-”号后，记入数据表格。2注意仪表量程的及时更换。六， 实验报告

16、1根据实验数据表格，进行分析比较，归纳总结实验结论，即验证线性电路的叠加原理。2各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据，进行计算并作结论。实验三 正弦稳态交流电路相量研究实验目的1研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。2掌握日光灯线路的接线。3理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。原理说明1在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即I=0和U=0 。图3-1 2图3-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，UR与UC保持有900的相位差，即当R阻值改变时，U

17、R的相量轨迹是一个半园。U、UC与UR三者形成一个直角的电压三角形，如图3-2所示。R值改变时，可改变角的大小，从而达到移相的目的。图3-3图3-23日光灯线路如图3-3所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（COS值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。实验设备序号 名称信号与规格数量 备注1交流电压表0450V1D33 2交流电流表05A1D32 3功率表1D34 4自耦调压器1DG01 5镇流器、启辉器与40W灯管配用各1DG09 6日光灯灯管40W1 7电容器1F, 2.2F,4.7F/500V各1DG09 8白炽灯及灯座220V，

18、15W13DG08 9电流插座3DG09实验内容1按图3-1接线。R为220V15W的白炽灯泡，电容器为4.7UF/450V。经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出（即U）调至220V。记录UURUC值，验证电压三角形关系。 测 量 值 计 算 值U（V）UR（V）UC（V）U（与UR+ UC组成）U= U=U-U（V）U/U（%）日光灯线路接线与测量按图3-4接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电最压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U，UL，UA等值，验证电压电流相量关系。 测

19、量 数 据 计算值P(W)COSI(A)U(V)UL(v)UA(v)R()C0S启辉值正常工作值3.并联电路电路功率因数的改善。按图3-5组成实验线路。经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表电压表读数。通过一只电流珍和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行四三次重复测量。数据记入下页表中。电容值测量数据（f ）P(W)U(V)I(A)IL(A)IC（A）COS 0 2.2 4.7 6.9五实验注意事项1.本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。2.功率表要正确接入电路。3.线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好

20、。六、预习思考题1. 参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。阅读本实验所附“单相智能功率、功率因数表使用指南”。 2. 在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时， 人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮，或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？ 3. 为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器， 此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？4. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法， 而不用串联法？并联的电容器是否越大越好？七、实验报告1. 完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。 2. 根据实验数

21、据，分别绘出电压、电流相量图， 验证相量形式的基尔霍夫定律。3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。实验四 三相交流电路负载的测量连接一实验目的掌握三相负载作星形联接三角形联接的方法，验证这两种接法下线相电压及线相电流之间的关系。充分理解三相四线供电糸统中中线的作用。二原理说明三相负载可接成星形（又称“Y”接）或三角形（又称“”接）。当三相对称负载作Y形联接时，线电压UL是相电压UP的倍。线电流IL等于相电流IP，即 在这种情况下，流过中线的电流I0=0，所以可以省去中线。当对称三相负载作形联接时，有IL= IP， UL=UP。2不对称三相负载作Y联接时，必须采用三相四线制接法，即Y0接法。而且

22、中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。倘若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。3当不对称负载作接时，ILIP，但只要电源的线电压UL对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。，使输出的三相三实验设备序号名称型号与规格数量 1交流电压表0500V 1 2交流电流表 05A 1 3万用表 1 4三相自耦调压器 1 5三相灯组负载220V,15W白炽灯 9 6 电门插座 3四实验内容三相负载星形联接（三相四线制供

23、电）按图4-1线路组接实验电路。即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源。将三相调压器的悬柄置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出线电压为220V，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流中线电流电源与负载中点间的电压。将所测得的数据记入表4-1中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。 图4-1表4-1测量数据实验内容（负载情况）开灯盏数线电流（A）线电压（V）相电压（V）中线电流I0(A)中点电压UN0 (V)A相B相C相IAIBICUABUBCUCAUA0UB0UC0

24、YO接平衡负载333Y接平衡负载 333Y0接不平衡负载123Y接不平衡负载123YO接B相断开13Y接B相断开13Y接B相短路13负载三角形联接（三相三线制供电）按图4-2改接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出线电压为220V，并按表4-2的内容进行测试。图4-2表4-2测量数据负载情况开灯数据线电压=相电压（V）线电流（A）相电流（A）A,B相B,C相C,A相UABUBCUCAIAIBICIABIBCICA三相平衡 3 3 3三相不平衡 1 2 3五实验注意事项1. 本实验采用三相交流市电,线电压为380V,应穿绝缘鞋进实验室。实验时要注意人身安全,不可触及导电

25、部件,防止意外事故发生。2. 每次接线完毕,同组同学应自查一遍,然后由指导教师检查后,方可接通电源,必须严格遵守先断电再接线后通电;先断电后拆线的实验操作原则。3. 星形负载作短路实验时,必须首先断开关中线,以免发生短路事故。六预习思考题1. 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接?2. 复习三相交流电路有关内容,试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下,当某相负载开路或短路时会出现什么情况?如果接上中线,情况又如何? 3本次实验中为什么要通过三相调压器将380V的市电线电压降为220V的线电压使用?七实验报告1.用实验测得的数据验证对称三相电路中的关系。 2.用实验数据和观察到的现象,总结

26、三相四线供电糸统中中线的作用。3.不对称三角形联接的负载,能否正常工作?实验是否能证明这一点?4根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图,并求出线电流值,然后与实验测得的线电流作比较,分析之。实验五 单相铁心变压器特性的测试实验目的通过测量,计算变压器的各项参数。学会测绘变压器的空载特性与外特性。二原理说明图5-1为测试变压器参数的电路。由各仪表读得变压器原边(AX,低压侧)的U1I1P1及付边(AX,高压侧)的U2I2,并用万用表R X 1档测出原副绕组的电阻R1和R2,即可算得变压器的以下各项参数值: 图5-1电压比 ， 电流比 原边阻抗 ， 副边阻抗 负载功率损耗功率， 原边线圈铜耗

27、副边铜耗, 铁耗2铁芯变压器是一个非线性元件,铁心中的磁感应强度B决定于外加电压的有效值U。当副边开路(即空载)时，原边的励磁电流I10与磁场强度H成正比。在变压器中，副边空载时，原边电压与电流的关系称为变压器的空载特性，这与铁芯的磁化曲线（B-H曲线）是一致的。空载实验通常是将高压侧开路，由低压侧通电进行测量，又因空载时功率因数很低，故测量功率时应采用低功率因数瓦特表。此外因变压器空载时阻抗很大，故电压表应接在电流表外侧。变压器外特性测试。为了满足三组灯泡负载额定电压为220V的要求，故以变压器的低压（36V）绕组作为原边，220V的高压绕组作为副边，即当作一台升压变压器使用。在保持原边电压U1（=36V）不变时，逐次增加灯泡负载（每只灯为15W），测定U1U2I1和I2，即可绘出变压器的外特性，即负载特性曲线U2=F（I2）。三实验设备 序号 名 称型号与规格 数量备注1交流电压表 0450V22