2023年电工实验报告

实验一电位、电压的测量及基尔霍夫定律的验证一、实验目的１、用实验证明电路中电位的相对性、电压的绝对性。2、验证基尔霍夫定律的对的性,加深对基尔霍夫定律的理解。3、掌握直流电工仪表的使用方法，学会使用电流插头、插座测量支路电流的方法。二、实验线路ﻩ实验线路如图１－1所示。图1-1 三、实验环节将两路直流稳压电源接入电路，令E1=12Ｖ,E2=6Ｖ(以直流数字电压表读数为准）。1、电压、电位的测量。ﻩ1)以图中的A点作为电位的参考点，分别测量Ｂ、C、D各点的电位值U及相邻两点之间的电压值UＡB、UＣD、UAC、UBＤ,数据记入表1-１中。ﻩ2）以Ｃ点作为电位的参考点，反复实验内容1）的环节。2、基尔霍夫定律的验证。 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，熟悉电流插头的结构,注意直流毫安表读出电流值的正、负情况。 2)用直流毫安表分别测出三条支路的电流值并记入表1－２中，验证I=0。ﻩ3)用直流电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值并记入表１-１-２中，验证Ｕ=０。四、实验数据表1-1电位参考点项目UAＵＢUＣUDUABUＣDＵＡCUBD（V)(Ｖ)Ａ计算值测量值相对误差C计算值测量值相对误差表1-2被测量I1I2I3∑I=ＵABUBCUCAＵ=（mＡ）(V)计算值测量值相对误差五、思考题ﻩ1、用万用表的直流电压档测量电位时,用负表棒(黑色)接参考电位点，用正表棒(红色）接被测各点，若指针正偏或显示正值，则表白该点电位参考点电位；若指针反向偏转,此时应调换万用表的表棒,表白该点电位参考点电位。A、高于B、低于ﻩ2、若以F点作为参考电位点,Ｒ1电阻上的电压(）Ａ、增大Ｂ、减小Ｃ、不变六、其他实验线路及数据表格图1-2表1-3电压、电位的测量电位参考点计算测量值UAＵＢUＣＵＤUEUFＵABUBCUＣDUDEUＥFUＦAUAＤ（V）（Ｖ）A计算测量D计算测量表1－4基尔霍夫定律的验证被测量I1I2I3E1E2UＦAUABUADUCDUCE(ｍA)(V)(V)计算值测量值实验二叠加原理和戴维南定理实验目的牢固掌握叠加原理的基本概念,进一步验证叠加原理的对的性。验证戴维南定理。掌握测量等效电动势与等效内阻的方法。实验线路1、叠加原理实验线路如下图所示图2-12、戴维南定理实验线路如下图所示图2-2实验环节叠加原理实验实验前,先将两路直流稳压电源接入电路，令E1＝12Ｖ,E2＝6V。按图2-1接线,并将开关S1、S2投向短路一侧。（开关S１和S2分别控制E1、E2两电源的工作状况，当开关投向短侧时说明该电源不作用于电路。）接通E1=1２V电源，S2投短路侧（E１单独作用)，测量此时各支路电流，测量结果填入表２-1中。接通Ｅ2=6V电源，S1投短路侧(E2单独作用）,测量此时各支路电流，测量结果填入表2-1中。接通E１=１2V电源,Ｅ2=６V电源（Ｅ1和E2共同作用)，测量此时各支路电流,测量结果填入表2-1中。戴维南定理实验按图2－2接线，将一路直流稳压电源接入电路，令U保持１２V。１)测网络的开路电压ＵOC。RL与有源二端网络的端点A、Ｂ断开,用电压表测有源二端网络开路电压UOC,（Ａ、B两点间电压)，即得等效电压源的等效电动势ES。记入表2－２中。测网络的短路电流IＳＣ。RＬ与有源二端网络的端点A、Ｂ断开，将电流表连接在A、Ｂ之间，则电流表的读数就是有源二端网络的短路电流ISＣ。记入表2-2中。3）测有源二端网络入端电阻R0。三种方法测量,结果记入表2-2中。:a）先将电压源及负载RL从电路中断开,并将电路中原电压源所接的两点用一根导线短接。用万用表测出Ａ、B两点间的电阻RAB（RAB＝R0）。b）测有源二端网络开路电压UOC和有源二端网络短路电流ＩSC，求出入端电阻R０。（R0=UＯC/ＩSC）c)先断开RＬ，测网络的开路电压UOＣ。再将RL接上,用电压表测负载RＬ的两端电压ＵAB，调节RＬ,使ＵAB＝（１／２)UＯＣ,则有Ｒ0=RL。（为什么?)４)A、B间接RL（任意值），测RL两端电压和流过RL上的电流记入表2-3中。实验数据表2－１叠加原理实验数据I１（mA）I2（mA)Ｉ3（mA)测量计算测量计算测量计算U１=12VＵ2=6VＵ1=12VU２=６Ｖ表2-2戴维南定理实验数据（1)开路电压UOC（V）短路电流ＩSC（mA）等效内阻R0a)b)c)测量值计算值表2-3戴维南定理实验数据（２)UＲＬ(Ｖ）ＩＲL(mＡ）计算值测量值计算值测量值ＲＬ=RL=五、思考题改接线路时，必须先电源。实验中，如将电阻Ｒ１换成二极管D,则I3I1与I2的和。今在二端网络中接上负载RＬ,已知RL等于该网络的入端电阻，测得负载上的电压为Ｕ,则该网络的等效电压源的电动势为。六、其他实验线路图2-3叠加原理实验电路图2-４戴维南定理实验电路实验三RＣ-阶线性电路暂态过程实验目的1、学习RＣ电路在阶跃电压激励下响应的测量方法,了解电路时间常数对暂态过程的影响。2、学习电路时间常数τ=RC的测定方法。*3、观测RC电路在脉冲信号激励下的响应波形,掌握有关微分电路和积分电路的概念。*4、进一步学会用示波器观测和研究电路的响应。实验原理（简述）及线路在具有储能元件(C、L）的电路中，电路由一种稳定状态变化到另一种稳定状态需要有一定的时间，称之为电路的暂态过程。RC-阶电路的零输入和零状态响应分别按指数规律衰减和增长,其变化快慢取决于τ。零输入响应:,τ=ＲＣ电路的时间常数。零状态响应：时间常数τ的测定方法:分析可知，当t＝τ时，零输入响应有，零状态响应有。因此,当电容上电压为上述所相应数值时，相应的时间就是时间常数τ。图3-1RC电路零输入响应和零状态响应的实验线路图*2、微分电路和积分电路一个RC串联电路,在方波序列脉冲的反复激励下:当τ＝RＣ<<时（T为方波脉冲的反复周期)，此时从电阻R上得到微分输出响应。当τ=RC＞>时，此时从电容C上得到积分输出响应。图３-2ＲC微分电路与积分电路实验仪器与设备序号名称型号与规格数量备注1示波器YB4320A12直流稳压电源ＷYK—303B313函数信号发生器ＥE１0２1Ａ１4数字万用表VC９801A１５秒表或手表16暂态实验板+实验箱１+１四、实验内容与环节测量RC电路的零输入响应和零状态响应:１)观测零输入响应：断开Ｋ2、K3，将稳压电源输出调至１0V,接通K1，由电阻R１给电容Ｃ充电，当Uc＝10Ｖ时,断开K1，接通K2，电容C对R2放电;同时开始计时，每隔10秒,用数字万用表DC-２0Ｖ档记录电容电压值，填入表3-1中。2）观测零状态响应:断开K1,接通K3，使电容C电压放电干净，即Uc＝0V;稳压电源输出电压保持1０V，断开K２、K3，接通K1，R１和C串联后接入１0Ｖ稳压电源,同时开始计时,记录数据填入表3-1中。表３-１：时间t/S测量值0１02030４05０６０７0８09010０11０120130140零输入Ｕc（t）／V计算i(t)值零状态Ｕc(t)／V计算ｉ(t)值计算τ=RC=ｓ实测τ＝s＊2、观测微分电路和积分电路在脉冲激励下的响应:调节函数信号发生器,使其输出Ｕpｐ=5V，ｆ=1KHz的方波信号，并通过信号线,将激励ｕ和响应uR或uc分别接至示波器的两个输入端CＨ1和ＣH２，观测激励和响应的变化规律。1)当τ＜<tｐ时，选择R=100Ω，C=0.１μF，此时从电阻R上得到微分输出响应。2)当τ＞>tｐ时，选择R=10KΩ,Ｃ=0.33μF，此时从电容C上得到积分输出响应。观测并描绘u(t)、uR(t）或uc(t)的信号波形。五、实验报告根据实验数据,在图示坐标上绘出RC－阶电路的①零输入响应和②零状态响应曲线,并由曲线测得τ值与计算值作比较。①RC电路的零输入响应②RC电路的零状态响应*2、根据实验观测,总结、归纳微分电路和积分电路的形成条件和重要特点,回答下列问题:（１)微分电路反映变化，∴τ要（)［小or大];(）上输出［ＲorC]。（２)积分电路反映求和累计,∴τ要()［小oｒ大］;(）上输出[ＲｏrC]。注：*2、合用于多学时。实验四Ｒ、L、C串联谐振实验目的学习用实验方法测试R、Ｌ、C串联谐振电路的频率特性。加深理解电路发生谐振的条件、特点,掌握电路品质因数（电路Q值)的物理意义及其测定方法。实验原理及线路图５-1R、L、C串联谐振电路１、在图5-1所示的R、L、C串联电路中，假如Ｕ、R、Ｌ、C的大小保持不变，改变电源频率f，则XL、XC、|Ｚ｜、、Ｉ等都将随着f的变化而改变，它们随频率变化的曲线为频率特性。UＲ、ＵＬ、UC及Ｉ随频率变化的曲线如图５-2,5－３所示。随着频率的变化，当XＬ=ＸC时，即Ｌ＝1/C时,电路将出现串联谐振。谐振频率为。uＩUCULＱ大UＵＲＱ小0ｆ00f０ 图5-２各电压随f变化曲线图5-3电流随ｆ变化曲线实验环节图5-４R、L、Ｃ串联谐振实验电路按图５-4实验线路接线,取R=5１0/／2.２k,C=2200pＦ//６800pF。接通信号发生器电源,调节信号源使输出电压为1V的正弦信号，用交流毫伏表测电压，示波器监视信号源的输出。调节信号发生器输出电压的频率(维持Uｉ=１V不变），用毫伏表分别测得ＵＲ、UＬ、UＣ，记入表5-1中。令输入信号电压Ｕi=1V，并在整个实验过程中保持不变。当测得UL=UC时,信号源输出电压U的频率即为谐振频率fO。改变电阻值,反复环节1）,2)的测量过程。四、表格与数据表５-１数据记录与计算Ui=1Ｖ,Ｒ＝５1０//２．2k,C＝２２０0pF／/68０0ｐＦ,fO=,Q=，I＝UR/Ｒf(kHz)UＲ（Ｖ)UL(V）UＣ(V)I=根据测量数据，绘出ＵＲ、UL、UC及Ｉ随f变化的关系曲线。思考题谐振状态时,电路呈()A．电阻性B.电感性Ｃ.电容性要提高R、Ｌ、C串联电路的品质因数，电路的参数应（)A．减小ＲB．减小ＬC．增大C谐振时，电路的电流(）A．最小Ｂ．最大Ｃ．不拟定假如频率一定,要使电路发生谐振，可以调节()A．电阻.B.电感Ｃ.电容D电容或电感六、本实验也可采用空心线性电感实现，实现电路如图1-5-5所示，具体参数详见表1-5-2。图５-５Ｒ、L、C串联谐振实验电路表5－2数据记录与计算Ui＝2V,R=30０，C=0.１F,ｆO=KＨz,Q＝,I＝UR／Rf(kHｚ)1.5２2．4２．52．62．73UR(Ｖ）ＵＬ（V)UＣ(V)Ｉ(mA)实验五交流正弦稳态电路相量的研究实验六单相交流电路——参数测量与功率因数的改善实验目的１、通过对R-Ｌ串联电路及其与Ｃ并联的单相交流电路的实际测定,查找出它们的电压、电流及功率之间的关系。2、学习电路元件参数的测量方法(间接法测定R、r、L、Ｃ等）。3、掌握感性负载并联电容提高功率因数的方法,并进一步理解其实质。４、学习并掌握功率表的使用。R-L串联电路的参数测量及计算方法图４-1R-L串联电路及电压电流相量图图4-1表达了一个Ｒ-Ｌ串联电路,s是电感线圈,这里用内阻r与抱负电感ＸL串联来代表电感线圈，设其总阻抗为ZＳ。电源电压U将超前电流Ｉ１一个角度，由相量图上的电压三角形，根据余弦定理，得:US２=UＲ2+U2-2ＵURｃos从而求出，而U（R+r）＝UＣｏｓ,式中U（R+ｒ）＝UR+Uｒ，又由于ＵL=USｉｎ，这样可求得：Ｒ＝UR／I１；r=Ｕr/I1；XL=UL／I1；Ｌ=ＸL/ω=XL/2πｆ实验内容及环节（◎为电流插座,用来串入电流表测量电流I，I1,IC)图４－２单相交流电路功率因数改善的实验电路按图４-２所示实验线路接线,R＝100（实验台上滑线变阻器取1/3处)，电感30００匝。实验台三相交流电源的相电压约为2２0V，假如有自耦调压器,将三相电源的二次侧相电压调至1００V做为实验线路的总电压U。假如没有自耦调压器,实验线路使用2２0V的相电压。1、3０0０匝电感线圈负载实验１)R－L串联电路实验闭合开关S，断开开关S1，即为R-L电路。用功率表、电压表、电流表量测并读取U，ＵR，ＵS，I,I1，及P等数据,记入表4-1中。（注意：此时，电容未并入电路,Ｉ=I1)２)R-Ｌ串联电路并电容C实验闭合开关S，逐步选择并入的电容C的数值,并再次测量U，UR,US,I,I1,IC及P等数据，将不同的电容Ｃ值时相应的上述数据值记入表4-1中。2、１５0０匝电感线圈负载实验*将图4－2中电感改为线性电感（1500匝，40ｍH)，反复1实验环节。实验数据根据实验所得数据，计算出电路中各元件参数值，填入表中。表4-1数据项目测量值计算值ＵURUSＩI1ＩＣＰRXLＸC∣ZS∣rcoｓVAWΩ未投CC=μＦＣ=μFC=μFC=μFC=μFC=μＦC＝μＦC=μＦC=μＦC＝μF五、作出电流随电容变化的关系曲线Ｉ=f（C）六、问题为什么电感性负载在并联电容器后可以提高功率因数,并联电容越大,功率因数越高？（）A:是B:不一定RL串联电路在并联电容后，电路的总功率P及RＬ支路中的电流如何变化?()A:增大B:不变C:减小电感性负载串联电容后线路的功率因数是否发生变化?(）A:变B：不变C:不一定实验七三相交流电路一、实验目的掌握三相负载的星形，三角形联结方法。验证两种接法下，三相负载的线电压与相电压,线电流与相电流之间的关系。充足理解三相四线制供电系统中中线的作用。二、三相负载电路图６－1三相负载星形连接图6-2三相负载三角形连接三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1交流电压表0～５00V1D332交流电流表0～5A1Ｄ32３万用表1自备4三相自耦调压器1ＤG０１５三相灯组负载220Ｖ,15W白炽灯9ＤＧ086电流插座3DG０９ＫHＤＧ-1型高性能电工综合实验装置相电压调整到100V。工大自制实验装置相电压为２２0Ｖ。四、实验线路1．将图6-3所示三相负载和元器件连接成星形并且有中线,使用开关接通和断开中线,中线上串联电流表插孔，用来测量中线电流IＮ。2.将图6-4所示三相负载和元器件连接成三角形,相线上要串联电流表插孔，用来测量线电流IA,IB,IC。图6-3三相负载星形连接线路图6-4三相负载三角形连接线路五、实验环节将三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后，方可启动实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出相电压为100Ｖ，并按下述内容完毕各项实验。负载星形联接按图6-3所示,连接实验电路,经教师检查合格后方可接通电源。有中线(ＹＮ）令三相负载对称，即闭合所有控灯开关K，使A、B、Ｃ三相灯数为3:3:3。测量负载相电压、相电流,线电压、线电流，中线电流及电源与负载间的中点电压,记入表6－1中。令三相负载不对称，即Ｃ相去掉两只灯，使A、B、C三相灯数为3:3：1。反复上述环节。无中线(Y）断电,拆除中线NN’,此时为无中线的三相电路。反复环节（１)不对称负载的特例Ａ相开路,使三相灯数为３：３:1,分别在有中线、无中线的情况下,反复上述环节。观测各相灯泡明暗情况,了解不对称负载联接时，若中线断开将对负载工作电压的严重影响。2、负载作三角形(△)联接:按图６-４所示，连接实验电路,经教师检查合格后方可通电实验。在负载对称时，即A、Ｂ、C三相灯数为3:3:３,测量线电压、线电流、相电流。负载不对称时,即Ａ、B、C三相灯数为３:3:1,反复上述环节。将数据记入表6－２中。六、表格与数据表6－1测量数据负载情况线电流（mＡ)线电压(Ｖ)相电压(Ｖ）IN(ｍA)UNN’(V）IAIBIＣUABUBCUＣAＵAN’UBN’UCＮ’ＹＮ对称不对称Y对称不对称特例有中线无中线表6-2测量数据负载情况线电流(mA)相电流(ｍA）相电压=线电压（V)IＡIBICＩABＩBCＩＣAUAＢUBCUCＡ△对称不对称七问题１.星形联结实验中,在无中线的情况下,A相去掉２只灯,A相剩下的1只灯是变亮还是变暗?(）A变亮B变暗2．星形联结实验中，在无中线负载不对称的情况下，则负载的相电压有无也许超过电源的相电压?()A有也许Ｂ不也许3．三角形联结实验中，在负载对称与不对称两种情况下，每只灯的亮度是否有所不同？()A相同B不相同实验八异步电动机点动与自锁控制一实验目的了解接触器、热继电器、按钮、熔断器等常用电气设备的构造、原理和使用。掌握笼型异步电动机的点动和自锁控制电路的实际连接与操作，进一步理解点动控制和自锁控制的特点。二实验线路三实验环节点动控制按图1接线:主回路:三相电源输出端熔断器FＵ1接触器KＭ的主触头热