电工实验讲义2.docx
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电工实验讲义2.docx
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电工实验讲义2
《电工学实验》目录
一、单相电度表的校验………………………………………………………………1
二、正弦稳态交流电路相量的研究………………………………………………………3
三、单相铁心变压器特性的测试……………………………………………6
四、三相交流电路电压、电流的测量…………………………………………………8
五、三相电路功率的测量……………………………………………………………11
六、三相鼠笼式异步电动机………………………………………………………14
七、三相鼠笼式异步电动机点动和自锁控制……………………………………18
八、三相鼠笼式异步电动机正反转控制…………………………………………21
实验一 单相电度表的校验
一、实验目的
1.掌握电度表的接线方法。
2.学会电度表的校验方法。
二、原理说明
1.电度表是一种感应式仪表,是根据交变磁场在金属中产生感应电流,从而产生转矩的基本原理而工作的仪表,主要用于测量交流电路中的电能。
它的指示器能随着电能的不断增大(也就是随着时间的延续)而连续地转动,从而能随时反应出电能积累的总数值。
因此,它的指示器是一个“积算机构”,是将转动部分通过齿轮传动机构折换为被测电能的数值,由数字及刻度直接指示出来。
它的驱动元件是由电压铁芯线圈和电流铁心线圈在空间上、下排列,中间隔以铝制的园盘。
驱动两个铁心线圈的交流电,建立起合成的特殊分布的交变磁场,并穿过铝盘,在铝盘上产生出感应电流。
该电流与磁场的相互作用结果产生转动力矩驱使铝盘转动。
铝盘上方装有一个永久磁铁,其作用是对转动的铝盘产生制动力矩,使铝盘转速与负载功率成正比。
因此,在某一段测量时间内,负载所消耗的电能W就与铝盘的转数n成正比。
即
,比例系数N称为电度表常数,常在电度表上标明,其单位是转/1千瓦小时。
2.电度表的灵敏度是指在额定电压、额定频率及cosφ=1的条件下,从零开始调节负载电流,测出铝盘开始转动的最小电流值Imin,则仪表的灵敏度表示为
式中的IN为电度表的额定电流。
Imin通常较小,约为IN的0.5%。
3.电度表的潜动是指负载电流等于零时,电度表仍出现缓慢转动的现象。
按照规定,无负载电流时,在电度表的电压线圈上施加其额定电压的110%(达242V)时,观察其铝盘的转动是否超过一圈。
凡超过一圈者,判为潜动不合格。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
电度表
1.5(6)A
1
2
单相功率表
1
(DGJ-07)
3
交流电压表
0~500V
1
4
交流电流表
0~5A
1
5
自耦调压器
1
6
白炽灯
220V,100W
3
自备
7
灯泡、灯泡座
220V,15W
9
DGJ-04
8
秒表
1
自备
四、实验内容与步骤
记录被校验电度表的数据:
额定电流IN=,额定电压UN=,
电度表常数N= ,准确度为
1.用功率表、秒表法校验电度表的准确度
按图26-1接线。
电度表的接线与功率表相同,其电流线圈与负载串联,电压线圈与负载并联。
图26-1
线路经指导教师检查无误后,接通电源。
将调压器的输出电压调到220V,按表26-1的要求接通灯组负载,用秒表定时记录电度表转盘的转数及记录各仪表的读数。
为了准确地记时及计圈数,可将电度表转盘上的一小段着色标记刚出现(或刚结束)时作为秒表计时的开始,并同时读出电度表的起始读数。
此外,为了能记录整数转数,可先预定好转数,待电度表转盘刚转完此转数时,作为秒表测定时间的终点,并同时读出电度表的终止读数。
所有数据记入表26-1。
建议n取24圈,则300W负载时,需时2分钟左右。
表26-1
负载
情况
测量值
计算值
U
(V)
I
(A)
电表读数(kwh)
时间
(s)
转数
n
计算
电能
W’(kwh)
△W/W
(%)
电度表常数N
起
止
W
300W
300W
为了准确和熟悉起见,可重复多做几次。
2.电度表灵敏度的测试
电度表灵敏度的测试要用到专用的变阻器,一般都不具备。
此处可将图26-1中的灯组负载改成三组灯组相串联,并全部用220V、15W灯泡。
再在电度表与灯组负载之间串接8W,30K~10K的电阻(取自DG09挂箱上的8W,10K、20K电阻)。
每组先开通一只灯泡。
接通220V后看电度表转盘是否开始转动。
然后逐只增加灯泡或者减少电阻。
直到转盘开转。
则这时电流表的读数可大致作为其灵敏度。
请同学们自行估算其误差。
做此实验前应使电度表转盘的着色标记处于可看见的位置。
由于负载很小,转盘的转动很缓慢,必须耐心观察。
3.检查电度表的潜动是否合格
断开电度表的电流线圈回路,调节调压器的输出电压为额定电压的110%(即242V),仔细观察电度表的转盘有否转动。
一般允许有缓慢地转动。
若转动不超过一圈即停止,则该电度表的潜动为合格,反之则不合格。
实验前应使电度表转盘的着色标记处于可看见的位置。
由于“潜动”非常缓慢,要观察正常的电度表“潜动”是否超过一圈,需要一小时以上。
五、实验注意事项
1.本实验台配有一只电度表,实验时,只要将电度表挂在DGJ-04挂箱上的相应位置,并用螺母紧固即可。
接线时要御下护板。
实验完毕,拆除线路后,要装回护板。
2.记录时,同组同学要密切配合。
秒表定时、读取转数和电度表读数步调要一致,以确保测量的准确性。
3.实验中用到220V强电,操作时应注意安全。
凡需改动接线,必须切断电源,接好线后,检查元误后才能加电。
六、预习思考题
1.查找有关资料,了解电度表的结构、原理及其检定方法。
2.电度表接线有哪些错误接法,它们会造成什么后果?
七、实验报告
1.对被校电度表的各项技术指标作出评论。
2.对校表工作的体会。
3.其他。
实验二 正弦稳态交流电路相量的研究
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.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。
二、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图16-1
霍夫定律,即ΣI=0和ΣU=0。
2.图16-1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90º的相位差,即当
R阻值改变时,UR的相量轨迹是一个半园。
U、UC与UR三者形成一个直角形的电压三图16-2
角形,如图16-2所示。
R值改变时,可改
变φ角的大小,从而达到移相的目的。
3.日光灯线路如图16-3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
(cosφ值)。
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
三、实验设备图16-3
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0~500V
1
2
交流电流表
0~5A
1
3
功率表
1
(DGJ-07)
4
自耦调压器
1
5
镇流器、启辉器
与40W灯管配用
各1
DGJ-04
6
日光灯灯管
40W
1
屏内
7
电容器
1μF,2.2μF,4.7μF/500V
各1
DGJ-05
8
白炽灯及灯座
220V,15W
1~3
DGJ-04
9
电流插座
3
DGJ-04
图17-3
四、实验内容
1.按图16-1接线。
R为220V、15W的白炽灯泡,电容器为4.7μF/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U、UR、UC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Rt△)
(U’=
)
△U=U’-U(V)
△U/U(%)
2.日光灯线路接线与测量。
图16-4
按图16-4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。
测量数值
计算值
P(W)
Cosφ
I(A)
U(V)
UL(V)
UA(V)
r(Ω)
Cosφ
启辉值
正常工作值
3.并联电路──电路功率因数的改善。
按图16-5组成实验线路。
经指导老师检查后,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。
通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行三次重复测量。
数据记入下页表中。
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。
ic
图16-5
电容值
测量数值
计算值
(μF)
P(W)
COSφ
U(V)
I(A)
IL(A)
IC(A)
I’(A)
Cosφ
0
1
2.2
4.7
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(DGJ-04实验挂箱上有短接按钮,可用它代替启辉器做试验。
);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?
所并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。
实验三 单相铁心变压器特性的测试
一、实验目的
1.通过测量,计算变压器的各项参数。
2.学会测绘变压器的空载特性与外特性。
二、原理说明
1.图23-1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
图23-1
U1、I1、P1及付边(ax,高压侧)的U2、I2,并用万用表R×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:
U1I2
电压比 Ku=──,电流比 KI=──,
U2I1
U1U2
原边阻抗 Z1=──,副边阻抗 Z2=──,
I1I2
Z1
阻抗比=──,负载功率P2=U2I2cosφ2,
Z2
损耗功率Po=P1-P2,
P1
功率因数=───, 原边线圈铜耗Pcu1=I21R1,
U1I1
副边铜耗Pcu2=I22R2,铁耗PFe=Po-(Pcu1+Pcu2)
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。
3.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U1、U2、I1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
0~450V
2
2
交流电流表
0~5A
2
3
单相功率表
1
(DGJ-07)
4
试验变压器
220V/36V50VA
1
DGJ-04
5
自耦调压器
1
6
白炽灯
220V,15W
5
DGJ-04
四、实验内容
1.用交流法判别变压器绕组的同名端(参照实验二十二)。
2.按图23-1线路接线。
其中A、X为变压器的低压绕组,a、x为变压器的高压绕组。
即电源经屏内调压器接至低压绕组,高压绕组220V接ZL即15W的灯组负载(3只灯泡并联),经指导教师检查后方可进行实验。
3.将调压器手柄置于输出电压为零的位置(逆时针旋到底),合上电源开关,并调节调压器,使其输出电压为36V。
令负载开路及逐次增加负载(最多亮5个灯泡),分别记下五个仪表的读数,记入自拟的数据表格,绘制变压器外特性曲线。
实验完毕将调压器调回零位,断开电源。
当负载为4个及5个灯泡时,变压器已处于超载运行状态,很容易烧坏。
因此,测试和记录应尽量快,总共不应超过3分钟。
实验时,可先将5只灯泡并联安装好,断开控制每个灯泡的相应开关,通电且电压调至规定值后,再逐一打开各个灯的开关,并记录仪表读数。
待开5灯的数据记录完毕后,立即用相应的开关断开各灯。
4.将高压侧(副边)开路,确认调压器处在零位后,合上电源,调节调压器输出电压,使U1从零逐次上升到1.2倍的额定电压(1.2×36V),分别记下各次测得的U1,U20和I10数据,记入自拟的数据表格,用U1和I10绘制变压器的空载特性曲线。
五、实验注意事项
1.本实验是将变压器作为升压变压器使用,并用调节调压器提供原边电压U1,故使用调压器时应首先调至零位,然后才可合上电源。
此外,必须用电压表监视调压器的输出电压,防止被测变压器输出过高电压而损坏实验设备,且要注意安全,以防高压触电。
2.由负载实验转到空载实验时,要注意及时变更仪表量程。
3.遇异常情况,应立即断开电源,待处理好故障后,再继续实验。
六、预习思考题
1.为什么本实验将低压绕组作为原边进行通电实验?
此时,在实验过程中应注意什么问题?
2.为什么变压器的励磁参数一定是在空载实验加额定电压的情况下求出?
七、实验报告
1.根据实验内容,自拟数据表格,绘出变压器的外特性和空载特性曲线。
2.根据额定负载时测得的数据,计算变压器的各项参数。
U20-U2N
3.计算变压器的电压调整率△U%=─────×100%。
U20
4.心得体会及其他。
实验四 三相交流电路电压、电流的测量
一、实验目的
1.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。
2.充分理解三相四线供电系统中中线的作用。
二、原理说明
1.三相负载可接成星形(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
UL=
, IL=Ip
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Yo接法。
而且中线必须牢固联接,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,IL≠
Ip,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。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0~500V
1
2
交流电流表
0~5A
1
3
万用表
1
自备
4
三相自耦调压器
1
5
三相灯组负载
220V,15W白炽灯
9
DGJ-04
6
电门插座
3
DGJ-04
四、实验内容
1.三相负载星形联接(三相四线制供电)
按图24-1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,方可开启实验台电源,然后调节调压器的输出,使输出的三相线电压为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24-1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24-1
表24-1
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
IA
IB
IC
UAB
UBC
UCA
UA0
UB0
UC0
Y0接平衡负载
3
3
3
Y接平衡负载
3
3
3
Y0接不平衡负载
1
2
3
Y接不平衡负载
1
2
3
Y0接B相断开
1
3
Y接B相断开
1
3
Y接B相短路
1
3
2.负载三角形联接(三相三线制供电)
按图24-2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24-2的内容进行测试。
图24-2
表24-2
测量数据
负载情况
开灯盏数
线电压=相电压(V)
线电流(A)
相电流(A)
A-B相
B-C相
C-A相
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
IAB
IBC
ICA
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,必须首先断开中线,以免发生短路事故。
4.为避免烧坏灯泡,DGJ-04实验挂箱内设有过压保护装置。
当任一相电压>245~250V时,即声光报警并跳闸。
因此,在做Y接不平衡负载或缺相实验时,所加线电压应以最高相电压<240V为宜。
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,总结三相四线供电系统中中线的作用。
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。
5.心得体会及其他。
实验五 三相电路功率的测量
一、实验目的
1.掌握用一瓦特表法、二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法
2.进一步熟练掌握功率表的接线和使用方法
二、原理说明
1.对于三相四线制供电的三相星形联接的负载(即Yo接法),可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC,则三相负载的总有功功率ΣP=PA+PB+PC。
这就是一瓦特表法,如图25-1所示。
若三相负载是对称的,则只需测量一相的功率,再乘以3即得三相总的有功功率。
三相负载
图25-1图25-2
2.三相三线制供电系统中,不论三相负载是否对称,也不论负载是Y接还是△接,都可用二瓦特表法测量三相负载的总有功功率。
测量线路如图25-2所示。
若负载为感性或容性,且当相位差φ>60°时,线路中的一只功率表指针将反偏(数字式功率表将出现负读数),这时应将功率表电流线圈的两个端子调换(不能调换电压线圈端子),其读数应记为负值。
而三相总功率∑P=P1+P2(P1、P2本身不含任何意义)。
除图25-2的IA、UAC与IB、UBC接法外,还有IB、UAB与IC、UAC以及IA、UAB与IC、UBC两种接法。
三相平衡负载
3.对于三相三线制供电的三
相对称负载,可用一瓦特表法测得
三相负载的总无功功率Q,测试原
理线路如图25-3所示。
图示功率表读数的
倍,即为
对称三相电路总的无功功率。
除了
此图给出的一种连接法(IU、UVW)
外,还有另外两种连接法,即接成图25-3
(IV、UUW)或(IW、UUV)。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0~500V
2
2
交流电流表
0~5A
2
3
单相功率表
2
(DGJ-07)
4
万用表
1
自备
5
三相自耦调压器
1
6
三相灯组负载
220V,15W白炽灯
9
DGJ-04
7
三相电容负载
1μF,2.2μF,4.7μF/500V
各3
DGJ-05
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