电工技术部分实验指导书.docx
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电工技术部分实验指导书
《电工电子技术B》实验指导书
电工技术部分
实验学时:
6学时
实验一基尔霍夫定律
一、实验目的
1.对基尔霍夫电压定律和电流定律进行验证,加深对两个定律的理解。
2.学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。
二、原理说明
KCL和KVL是电路分析理论中最重要的的基本定律,适用于线性或非线性电路、时变或非变电路的分析计算。
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,是一种“电路结构”或“拓扑”的约束,与具体元件无关。
而元件的伏安约束关系描述的是元件的具体特性,与电路的结构(即电路的接点、回路数目及连接方式)无关。
正是由于二者的结合,才能衍生出多种多样的电路分析方法(如节点法和网孔法)。
KCL指出:
任何时刻流进和流出任一个节点的电流的代数和为零,即
Σi(t)=0或ΣI=0
KVL指出:
任何时刻任何一个回路或网孔的电压降的代数和为零,即
Σu(t)=0或ΣU=0
运用上述定律时必须注意电流的正方向,此方向可预先任意设定。
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
1台
RTDG-1
2
直流数字电压表
1块
RTT01
3
直流数字毫安表
1块
RTT01
4
实验电路板挂箱
1个
RTDG02
四、实验内容
实验线路如图2-1所示。
图2-1
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,并熟悉线路结构,掌握各开关的操作使用方法。
2.分别将两路直流稳压源接入电路,令E1=6V,E2=12V,其数值要用电压表监测。
3.熟悉电流插头和插孔的结构,先将电流插头的红黑两接线端接至数字毫安表的“+、-”极;再将电流插头分别插入三条支路的三个电流插孔中,读出相应的电流值,记入表2-1中。
4.用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值,数据记入表2-1中。
表2-1基尔霍夫定律的验证
内容
电源电压(V)
支路电流(mA)
回路电压(V)
E1
E2
I1
I2
I3
ΣI
UFA
UAB
UCD
UDE
ΣU
计算值
测量值
相对误差
五、实验注意事项
1.两路直流稳压源的电压值和电路端电压值均应以电压表测量的读数为准,电源表盘指示只作为显示仪表,不能作为测量仪表使用,恒压源输出以接负载后为准。
2.谨防电压源两端碰线短路而损坏仪器。
3.若用指针式电流表进行测量时,要识别电流插头所接电流表的“+、-”极性。
当电表指针出现反偏时,必须调换电流表极性重新测量,此时读得的电流值必须冠以负号。
六、预习思考题
1.根据图2-1的电路参数,计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值,记入表中,以便实验测量时,可正确地选定毫安表和电压表的量程。
2.若用指针式直流毫安表测各支路电流,什么情况下可能出现指针反偏,应如何处理?
在记录数据时应注意什么?
若用直流数字毫安表进行测量时,则会有什么显示?
七、实验报告
1.根据实验数据,选定实验电路中的任一个节点,验证KCL的正确性;选定任一个闭合回路,验证KVL的正确性。
2.误差原因分析。
3.本次实验的收获体会。
实验二叠加原理的验证
一、实验目的
1.验证线性电路叠加原理的正确性,从而加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。
2.加深理解叠加原理对非线性电路不适用。
二、原理说明
叠加原理包含两部分内容:
1.线性电路的叠加性:
在有几个独立源共同作用下的线性电路中,任何一条支路的电流或电压,都可以看成是由每一个独立源单独作用时在该支路所产生的电流或电压的代数和。
2.线性电路的齐次性:
当激励信号(某独立源的值)增加或减小K倍时,电路的响应(即电路中各支路的电流和电压值)也将增加或减小K倍。
某独立源单独作用是指:
在电路中将该独立源之外的其他独立源“去掉”,即电压源用短路线取代,电流源用开路取代,受控源保持不变。
对含非线性元件(如二极管)的电路,叠加原理不适用。
叠加原理一般也不适用于“功率的叠加”,P=(ΣI).(ΣU)≠ΣIU
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
双输出直流稳压电源
0~30V可调
1台
RTDG-1
2
万用表
MF-30或其它
1块
RTT01
3
直流数字电压表
1
RTT01
4
直流数字毫安表
1
RTDG02
5
叠加原理实验电路板
1
四、实验内容与步骤
实验线路如图3-1所示。
⒈按图3-1,取E1=﹢12V,E2=﹢6V。
⒉令电源E1单独作用时(将开关S1投向E1侧,开关S2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,数据记入表格3-1。
图3-1叠加原理的验证
表3-1线性电路叠加原理的验证
测量项目
实验内容
E1
(v)
E2
(v)
I1
(mA)
I2
(mA)
I3
(mA)
UAB
(v)
UCD
(v)
UAD
(v)
UDE
(v)
UFA
(v)
E1单独作用
E2单独作用
E1+E2作用
2E2单独作用
E1/2单独作用
2.令电源E2单独作用时(将开关S1投向短路侧,开关S2投向E2侧),重复实验步骤2的测量和记录。
3.令E1和E2共同作用时(开关S1和S2分别投向E1和E2侧),重复上述的测量和记录。
4.将E2的数值增大两倍,调至(+12V),重复上述第3项的测量并记录。
5.将R5换成一只二极管1N4007(即将开关S3投向二极管D侧)重复1~5的测量过程,数据记入表3-2中。
表3-2含二极管的非线性电路
测量项目
实验内容
E1
(v)
E2
(v)
I1
(mA)
I2
(mA)
I3
(mA)
UAB
(v)
UCD
(v)
UAD
(v)
UDE
(v)
UFA
(v)
E1单独作用
E2单独作用
E1+E2作用
2E2单独作用
E1/2单独作用
五、实验注意事项
1.用电流插头测量各支路电流时,应注意仪表的极性及数据表格中“+、-”号的记录。
2.正确选用仪表量程并注意及时更换。
3.恒压源输出以接上负载后为准。
六、预习思考题
1.叠加原理中E1、E2分别单独作用,在实验中应如何操作?
可否直接将不作用的电源(E1或E2)置零(短接)?
2.实验电路中,若有一个电阻器改为二极管,试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗?
为什么?
七、实验报告
1.根据所测实验数据,归纳、总结实验结论,即验证线性电路的叠加性与齐次性。
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。
3.通过表3-2所测实验数据,你能得出什么样的结论?
4.本次实验的收获与体会。
实验三单相交流电路及功率因数的提高
一、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.了解日光灯电路的特点,理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明
1.交流电路中电压、电流相量之间的关系
在单相正弦交流电路中,各支路电流和回路中各元件两端的电压满足相量形式的基尔霍夫定律,即:
Σ
=0和Σ
=0
图15-1所示的RC串联电路,在正弦稳态信号U的激励下,电阻上的端电压
与电路中的电流
同相位,当R的阻值改变时,
和
的大小会随之改变,但相位差总是保持90°,
的相量轨迹是一个半圆,电压
、
与
三者之间形成一个直角三角形。
即
=
+
,相位角φ=acrtg(Uc/UR)
改变电阻R时,可改变φ角的大小,故RC串联电路具有移相的作用。
2.交流电路的功率因数
交流电路的功率因数定义为有功功率与视在功率之比,即:
cosφ=P/S
其中φ为电路的总电压与总电流之间的相位差。
交流电路的负载多为感性(如日光灯、电动机、变压器等),电感与外界交换能量本身需要一定的无功功率,因此功率因数比较低(cosφ<0.5)。
从供电方面来看,在同一电压下输送给负载一定的有功功率时,所需电流就较大;若将功率因数提高(如cosφ=1),所需电流就可小些。
这样即可提高供电设备的利用率,又可减少线路的能量损失。
所以,功率因数的大小关系到电源设备及输电线路能否得到充分利用。
为了提高交流电路的功率因数,可在感性负载两端并联适当的电容C,如图15-2所示。
并联电容C以后,对于原电路所加的电压和负载参数均未改变,但由于Ic的出现,电路的总电流
减小了,总电压与总电流之间的相位差φ减小,即功率因数cosφ得到提高。
3.日光灯电路及功率因数的提高
日光灯电路由灯管R、镇流器L和启辉器S组成,C是补偿电容器,用以改善电路的功率因数,如图15-3所示。
其工作原理如下:
当接通220V交流电源时,电源电压通过镇流器施加于启辉器两电极上,使极间气体导电,可动电极(双金属片)与固定电极接触。
由于两电极接触不再产生热量,双金属片冷却复原使电路突然断开,此时镇流器产生一较高的自感电势经回路施加于灯管两端,而使灯管迅速起燃,电流经镇流器、灯管而流通。
灯管起燃后,两端压降较低,起辉器不再动作,日光灯正常工作。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
自耦调压器
0~220V
1
RTDG01
2
交流电流表
0~5A
1
RTT03-1
3
交流电压表
0~300V
1
RTT03-1
4
单相瓦特表
D34-W或其它
1
RTT04
5
白炽灯泡
40W/220V
3
RTDG07
6
镇流器
与40W灯管配用
1
RTDG08
7
启辉器
与40W灯管配用
1
RTDG08
8
电容器
1μF,2.2μF4.7μF/400V
RTDG08
9
日光灯灯管
40W
1
RTDG-1
10
电流插座
3
RTDG08
四、实验内容
1.用一只220V,40W的白炽灯泡和4.7μF/450V电容器组成如图15-1所示的实验电路,经指导教师检查后,接通市电,将自耦调压器输出调至220V。
记录U、UR、UC值,验证电压三角形关系。
改变亮灯盏数(即改变R)成并联电容C之值,重复测量,数据记入表15-1中。
表15-1验证电压△关系
负载情况
测量值
计算值
R
C
U(v)
UR(v)
Uc(v)
U’(UR,UC组成RtΔ)
ΔU
Ø
40WR3
4.7μF
40WR2
4.7ΜF
40WR1
2.2μF
2.日光灯线路接线与测量。
按图15-3组成线路,经指导教师检查后接通市电交流220V电源,调节自耦调压器的输出,使其输出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为至,按表15-2记录各表数据。
然后将电压调至220V,测量功率P和PR,电流I,电压U,UL,UR等值,计算镇流器等值电阻r和等效电感L。
表15-2日光灯电路的测量
日光灯
测量值
计算值
工作状态
U(V)
I(A)
P(W)
UR(V)
UrL(V)
Pr(W)
r(Ω)
L(H)
启辉状态
正常工作
3.并联电路──电路功率因数的改善。
按图15-3组成实验线路。
经指导老师检查后,接通市电,将自耦调压器的输出调至220V,记录功率表,电压表读数,通过一只电流表和三个电流插孔分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行重复测量。
电容值
测量数值
计算值
P(w)
U(v)
I(A)
IL(A)
IC(A)
cosФ
I’A
Cos’Ф
0µF
1µF
2.2µF
3.2µF
4.7µF
5.7µF
6.9µF
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,读数时要注意量程和实际读数的折算关系。
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。
六、预习思考题
1.参阅课外资料,了解日光灯的启辉原理。
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.为了提高电路的功率因数,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?
所并的电容器是否越大越好?
5.若日光灯在正常电压下不能启动点燃,如何用电压表测出故障发生的位置?
试简述排除故障的过程?
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。
4.装接日光灯线路的心得体会及其他。
实验四异步电动机正反转控制
一、实验目的
1.通过对三相鼠笼式异步电动机正反转控制线路的安装接线,掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法。
2.加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。
3.学会分析、排除继电—接触控制线路故障的方法。
二、原理说明
在鼠笼机正反转控制线路中,通过象序的更换来改变电动机的旋转方向。
本实验给出两种不同的正、反转控制线路如图17-1及17-2,具有如下特点:
1.电气互锁
为了避免接触器KM1(正转)、KM2(反转)同时得电吸合造成三相电源短路,在KM1(KM2)线圈支路中串接有KM2(KM1)常闭触头,它们保证了线路工作时KM1、KM2不会同时得电(如图17-1),以达到电器互锁目的。
2.电气和机械双重互锁除电气互锁外,可再采用复合按钮SB1与SB2组成的机械互锁环节(如图17-2),以求线路工作更加可靠。
3.线路具有短路、过载、失、欠压保护等功能。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
三相交流电源
220V
2
三相异步电动动
RTDJ35
1
3
交流接触器
CJ46-9
1
RTT06
4
复合按钮
2
RTT06
5
热继电器
JR16B-20/3D
1
RTT06
6
交流电压表
1
RTT03-1
7
万用电表
1
四、实验内容
认识各电器的结构、图形符号、接线方法;抄录电动机及各电器铭牌数据;并用万用表Ω档检查各电器线圈、触头是否完好。
鼠笼机接成Δ接法;实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、W,供电线电压为220V。
1.接触器联锁的正反转控制线路
按图17-1接线,经指导教师检查后,方可进行通电操作。
(1)开启控制屏电源总开关,按启动按钮调节调压器输出,使输出线电压为220V。
(2)按正向启动按钮SB1,观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
(3)按反向启动按钮SB2,观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
(4)按停止按钮SB3,观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
(5)再按SB2,观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
(6)实验完毕,按控制屏停止按钮,切断三相交流电源。
图17-1
2.接触器和按钮双重联锁的正反转控制线路
按图17-2接线,经指导教师检查后,方可进行操作。
(1)按控制屏启动按钮,接通220V三相交流电源。
(2)按正向启动按钮SB1,电动机正向起动,观察电动机的转向及接触器的动作情况。
按停止按钮SB3,使电动机停转。
(3)按反向启动按钮SB2,电动机反向起动,观察电动机的转向及接触器的动作情况。
按停止按钮SB3,使电动机停转。
(4)按正向(或反向)启动按钮,电动机起动后,再去按反向(或正向)启动按钮,观察有何情况发生?
(5)电动机停稳后,同时按正、反向两只启动按钮,观察有何情况发生?
(6)失压与欠压保护
a、按启动按钮SB1(或SB2)电动机起动后,按控制屏停止按钮,断开实验线路三相电源,模拟电动机失压(或零压)状态,观察电动机与接触器的动作情况,随后,再按控制屏上启动按钮,接通三相电源,但不按SB1(或SB2),观察电动机能否自行起动?
b、重新起动电动机后,逐渐减小三相自耦调压器的输出电压,直至接触器释放,观察电动机是否自行停转。
⑺过载保护
打开热继电器的后盖,当电动机起动后,人为地拨动双金属片模拟电动机过载情况,观察电机、电器动作情况。
注意:
此向内容,较难操作且危险,有条件可由指导教师作师范操作。
实验完毕,将自耦调压器调回零位,按控制屏停止按钮,切断实验线路电源。
五、故障分析
1.接通电源后,按启动按钮(SB1或SB2),接触器吸合,但电动机不转,切发出“嗡嗡”声响或电动机能起动,但转速很慢。
这种故障来自主回路,大多是一相断线或电源缺相。
2.接通电源后,按启动按钮(SB1或SB2),若接触器通断频繁,且发出连续的劈啪声或吸合不牢,发出颤动声,此类故障原因可能是:
⑴线路接错,将接触器线圈与自身的常闭触头串在一条回路上了。
⑵自锁触头接触不良,时通时断。
⑶接触器铁心上的短路环脱落或断裂。
⑷电源电压过低或与接触器线圈电压等级不匹配。
六、预习思考题
1.在电动机正、反转控制线路中,为什么必须保证两个接触器不能同时工作?
采用哪些措施可解决此问题,这些方法有何利弊,最佳方案是什么?
2.在控制线路中,短路、过载、失、欠压保护等功能是如何实现的?
在实际运行过程中,这几种保护有何意义?
3.图17-2中辅助常闭触点KM2和KM1的作用是什么?
若在控制电路中将二者调接,主电路和控制电路能否正常工作?
为什么?
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- 电工 技术 部分 实验 指导书