东华大学电工实验.docx
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东华大学电工实验
电工电子技术实验
东华大学电工电子中心
2009、3
一、序言……………………………………………………………………………………3
二、实验注意事项………………………………………………………………………4
三、数字功率表与九孔板的应用…………………………………………………5
四、电工电子技术实验内容…………………………………………………………9
实验一等效电源定理……………………………………………………………………9
实验二叠加原理…………………………………………………………………………12
实验三串联谐振电路……………………………………………………………………14
实验四单相交流并联电路………………………………………………………………16
实验五三相交流电路负载的接法………………………………………………………19
实验六三相功率的测量…………………………………………………………………23
实验七RC网络对矩形脉冲的响应………………………………………………………26
实验八三相异步电动机正反转控制电路………………………………………………29
实验九三相异步电动机时间控制电路…………………………………………………31
实验十一阶电路的响应…………………………………………………………………33
实验十一单相半波整流电路……………………………………………………………39
实验十二单相桥式整流电路……………………………………………………………42
实验十三单管交流放大电路……………………………………………………………45
实验十四直流差分放大电路特性测试…………………………………………………48
实验十五负反馈放大器性能的测试……………………………………………………51
实验十六集成运算放大器的基本运算电路……………………………………………53
实验十七逻辑门组合应用………………………………………………………………57
实验十八触发器功能测试及应用………………………………………………………59
实验十九计数、译码、显示电路………………………………………………………61
实验二十显示译码电路的设计…………………………………………………………65
实验二十一集成定时器555应用实验…………………………………………………66
一、序言
实验是研究自然科学的一种重要方法,而电工学又是一门实践性很强的学科,因此,电工电子技术实验在电工学教学环节中更显得重要。
电工电子技术实验除了进一步巩固理论知识之外,还应培养学生掌握科学实验技能,为将来从事科技工作打好必要的基础。
通过电工电子技术实验,要求学生达到以下要求:
1.能正确使用常用的电工仪表、电子仪器、电机和电器等设备。
2.能单独安排并进行简单的实验。
3.能准确读取实验数据,绘制工整的实验曲线,分析实验结果和编写整洁合格的实验报告。
4.具有一般的安全用电常识和操作技能。
这本实验教材是根据150学时电工学教学大纲草案并结合我校几年来的教学实践和设备情况编写的。
在经过一段时间使用之后,又作了修改,充实了一些内容,并把常用电工仪表和电子仪器等设备较有系统地编入在内,以便学生预习时参考,且有利于单独设课。
实验内容包括仪器使用、电路实验、电机和控制电路、晶体管线性电路、脉冲数字电路以及综合性实验。
我们认为,学了电工学之后,应给同学以实践锻炼的机会,所以在完成大纲中所规定的实验之外,还安排了二个综合性大作业。
这样能使学生对电工学的具体应用有所了解。
同时掌握电子元件的焊接,印刷线路板的设计制作以及操作技能。
每个大作业所需时间,各专业可根据需要来选择。
由于我们对电工学的教学大纲还研究得不够,水平也有限,又受到教学设备的限制,因此,对实验内容的安排、选择和深度还不够完善,希望使用本实验教材的广大师生批评指正。
东华大学
电工电子中心
二、实验注意事项
1.实验按不同班级专业的情况,有单人组和双人组,分组决定后,中途不锝任意改变桌号。
2.学生在每次实验前应认真预习,编写预习报告,了解实验内容、仪器性能、使用方法以及注意事项等,同时画好必要的记录表格,以备实验时作原始记录。
教师要检查学生的预习情况,未经预习者不得进行实验。
3.学生上实验者不得迟到,对迟到者,教师可酌情停止其实验。
4.非本次实验用的仪器设备,未经老师许可不得任意动用。
5.实验时应听从教师指导。
实验线路应简洁合理,导线的粗、细、长、短要选择得恰当,线路接好后应反复检查,确认无误时才接通电源。
每当合闸通电时,应提醒同学注意,防止触电。
6.实验必须严格按实验步骤进行,如实地记录实验情况和数据,积极思考,并随时注意读取数据是否合理。
如发现错误,应加以纠正。
7.实验时必须保持仪器设备在正常情况下运行。
如发现故障或损坏,应立即切断电源,向教师报告。
8.在直接使用380/220V市电作为实验电源时,应特别注意人生安全。
操作时,人应该站在橡皮地毯上:
换接线路时,必须切断电源。
不要用手触及任何带电部分。
对电子仪器,如发现机壳有麻电现象时,应及时报告指导教师。
9.实验结束时,不要立即拆线,应先对实验记录进行仔细查阅,看看有无遗漏和错误,再提请指导教师查阅同意,然后才能拆线。
拆线时要注意先切断电源。
10.实验结束后,须将导线、仪器设备等整理好,恢复原位,并将原始数据填入正式表格中,经指导教师签名后,才能离开实验室。
三、数字功率表与九孔板的应用
一、数字功率表(PW系列单相电量表)的使用
(一)概述
PW系列电量测量仪能同时测量并显示某支路有效值电压/电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、工频及电度值等。
(二)仪表特性
1、三个显示窗口,电压、电流测量值各占一个四位显示窗口,最上排的四位显示窗口分别作为工频/功率因素/有功功率/无功功率/视在功率/电度值等参数的巡回显示。
2、测量范围
电流:
0~100MA,0~1A,0~10A,(10A以上接电流互感器),量程可自动切换。
电压:
0~100V,0~600V(600V以上接电压互感器),阻抗≥2MΩ。
3、采样频率:
8KHZ,交流截止频率≤2KHZ,测量精度:
±0。
2%F。
S
4、二路任设参数继电器报警输出,触点容量:
250VAC/3A30VDC/3A
5、一路任设参数在0~20MA内任意调整变送输出,电流负载≤600Ω
6、配置RS485通讯接口。
7、电度值具有掉电保护和电度预设值到切断供电电源功能。
8、输入/输出全部采用数字调零调幅,使操作更简单、可靠。
9、电源:
85V~260VAC/DC,功耗<5VA
10、环境温度:
0~50℃,相对湿度:
30%~90%RH。
(三)仪表端子与接线
当负载电流≥3A时,电流输入端两个端子都应接线,以平均分配电流通过,避免端子发热。
(四)仪表使用与操作
1、仪表通电使用前,必须检查端子的接线是否准确,确认无误才能通电。
2、仪表共有4个按键,两种操作状态,SET为转换显示参数键、▲/▼为加/减键,为移位和修改键。
仪表操作状态转换图
*测量状态下。
处于任何参数显示状态,按SET健>5秒都可进入报警参数设定,电压/电流显示窗口固定不变。
巡显窗口则显示SET选择的参数值,同时相应参数指示灯亮。
*指示灯HZ亮显示工频值:
PF亮显示功率因素值:
W/KW亮显示KW单位值:
闪动表示显示W单位值。
VAR亮表示显示无功功率值。
VA亮表示显示视在功率值。
KWH亮表示显示电度值。
COM亮表示正在通讯。
二、九孔板应用
九孔板主要用于电路及模拟电路的实验,使用的是专用的器件与模块,优点是接触可靠。
面板结构如下图:
板的上面有两排用黑线连接的孔,表示这些孔是连在一起的,主要用于引接电源,其中间往下有许多用黑线连接的9孔、6孔,这些孔相当于一个节点,节点互相之间没有关系,孔用于连接导线和器件,使用专用的器件和专用的导线,便可以连接我们所需要的实验电路,器件的摆放如下图:
四、电工电子技术实验内容
实验一等效电源定理
一、实验目的
1、用实验方法来验证等效电源定理(戴维宁定理)。
2、用实验方法来确定等效电源定理中的等效电阻R0和等效电动势E0。
3、学习直流稳压电源和数字式直流电压表的使用。
二、实验内容说明
1、戴维宁定理
任何一个有源二端网络都可用一个恒定的电动势E0和一个阻值为R0的电阻相串联的等效电路来代替。
该恒定电动势E0等于有源二端网络的开路电压,其等效内阻R0等于该有源二端网络所对应的无源二端网络的等效电阻。
2、有源二端网络的等效参数E0和R0的测量方法
(1)开路电压、短路电流法
在有源二端网络输出端开路时,用电压表直接测出其输出端的开路电压UOC,E0=UOC;
将有源二端网络输出端短路,用电流表测其短路电流ISC,则等效内阻R0=UOC/ISC。
(2)伏安法
用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性。
根据外特性曲线求出斜率tgФ,则等效内阻R0=tgФ=ΔU/ΔI=UOC/ISC。
三、实验步骤
(a)(b)
图1—1等效电源定理实验电路图
1、电流源按图1-2连接,接上工作电源+15V,输出端接电流表,单独调节电流调节旋钮,使电流达到设定值,去除电流表,将输出C、D按极性准确接入电路,电流源工作电源+15V不能去掉并且不能与电路中的任何节点相连。
图1—2电流源调节示意图
2、电路在9孔板上的排列如图1—3所示,接入ES=12(V),IS=5(mA),图中RL为负载电阻。
图1—3等效电源定理实验排列接线图
3、开路电压、短路电流法
将负载RL开路,用直流电压表测量A、B两点间的电压UAB,(即为开路电压UAB=UOC);然后在输出端负载短路的状态下,测量短路电流ISC并将数据填入表1-1。
表1-1
UOC(V)
ISC(mA)
R0=UOC/ISC(Ω)
*Ro的测量,采用半功率法,将可变电阻器中点与一端接入负载回路,取代RL,调节电阻器使负载电压两端VRL=VOC/2,此时电阻器的值=Ro。
4、伏安法
改变负载电阻RL的阻值,测量有源二端网络的外特性,并将数据填入表1-2。
表1-2
RL(KΩ)
∞
10
5.1
3
2
1
0.2
0
UAB(V)
I(mA)
5、验证戴维宁定理
按图1—1(b)接线,图中UOC的值由稳压电源提供,R0由电位器调节确定,改变负载电阻RL的阻值,测量UAB和I,并将数据填入表1-3。
表1-3
RL(KΩ)
∞
10
5.1
3
2
1
0.2
0
UAB(V)
I(mA)
四、实验设备
可调直流稳压电源可调电阻箱(可变电阻器)电工电路基本模块系统
五、预习要求
对实验电路预先计算出E0和R0以便调整实验线路及测量时可准确选取电表的量程。
E0=R0=
六、实验报告要求
1、根据步骤4绘出曲线UAB-I,验证戴维宁定理。
2、根据步骤3方法测得的UOC和R0与预习时电路计算的结果比较,你能得出什么结论。
3、归纳、总结实验结果。
4、心得体会及其它。
实验二叠加原理
一、实验目的
1、验证叠加原理。
2、利用叠加原理实验结果验证基尔霍夫定理。
二、实验内容说明
叠加原理是线性电路重要性质之一。
叠加原理指出在有几个独立电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电压,可以看成是由每一个独立电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。
应用叠加原理时应注意:
1、计算和分析各电源分别作用时,除单独作用的电源外,应将其它电源去掉,但应保留其内阻,因此对恒压源应短路,对恒流源应开路。
2、电路中任一支路中的电流或其两端电压等于分别作用时的代数和(相加时应注意各电流、电压的方向)。
三、实验步骤:
1、按图2-1接线,E1=12(V),E2=9(V)。
图2—1实验线路电路图
2、令E1单独作用时,E2短路,测量各支路电流和电压,并记录在表格2-1中。
(注意电流表的极性,如果发现电流表的指针反偏,则把电流表的+、—端对换,数据前加—号。
)
3、令E2单独作用时,E1短路,测量各支路电流和电压,并记录在表格2-1中。
4、令E1、E2同时作用,测量各支路电流和电压,并记录在表格2-1中。
表2-1
测量项目
E1
(V)
E2
(V)
I1
(mA)
I2
(mA)
I3
(mA)
UAB
(V)
UCD
(V)
UAD
(V)
UDE
(V)
UAF
(V)
E1单独作用
E2单独作用
E1、E2同时作用
5、叠加原理验证
E1、E2同时作用:
表2-2中的“实验叠加结果”是指表2-1中E1、E2单独作用之和,“理论计算值”是按图2-1各参数理论计算的结果。
表2-2
计算项目
I1
(mA)
I2
(mA)
I3
(mA)
UAB
(V)
UCD
(V)
UAD
(V)
UDE
(V)
UAF
(V)
实验叠加结果
理论计算值
(1)验证基尔霍夫定律
(a)I1=I2+I3
(b)UAB+UBC+UCD+UDA=0
注意:
E不作用是指去除E,将电路接E的两端用导线短路。
四、实验设备
可调直流稳压电源数字万用表电工电路基本模块系统
五、预习要求
1、了解操作步骤。
2、预习时计算好被测电压、电流的数值,以便实验时正确选择仪表的量程及极性。
六、实验报告要求
1、根据实验数据,进行分析、比较、归纳,总结实验结论,验证线性电路的叠加性与基尔霍夫定律。
2、电路中的支路电流、电压可以叠加,功率能否叠加?
3、心得体会及其它。
实验三串联谐振电路
一、实验目的
1、了解R、L、C串联电路在谐振时的特点。
2、测绘不同品质因数的电路的谐振曲线。
3、熟悉低频信号发生器和晶体管毫伏表的使用。
二、实验内容说明
1、
在单相R、L、C串联交流电路中,电流
其中:
R为回路的总有效电阻;
XL=ωL=2πfL为感抗;
为容抗。
若外施电压一定,改变电源频率f,则当频率到达某一特定值f0时,XL=XC,电路便发生谐振。
这时电路的电流为最大。
在电信技术上常利用这一现象来接收电台。
当电路发生谐振时,
谐振电流
谐振频率
2、R的大小对回路品质因数有很大影响,R大,品质因数低,选择性劣;R小,品质因数高,选择性好。
3、回路电流对不同频率的关系曲线,即I=f(f),称为谐振曲线。
为了观察不同品质因数时的谐振曲线形状,常人为地在回路中接入一个电阻R’,并用从这个电阻上测得的电压VR’来求得电流I,即
4、I0的处所对应的上、下限频率之差,称为通频带宽度,用Δf表示,即
Δf=f2—f1
因此回路的品质因数Qr可用下式表示:
三、实验步骤
1、如图3-1所示,在输入端加有效值为1V
的正弦交流信号(用交流豪伏表测量)。
2、将K接300Ω位置,保持信号发生器输出电压为1V不变,调节频率从低到高,用交流毫伏表测300Ω电阻两端的电压VR为最大,即电路处于谐振状态(此时测波形输出输入同相),此时显示的频率即为谐振频率f0,将其记录于表中。
图3-1R、L、C串联电路实验接线图
3、在谐振状态下,用交流毫伏表测得
VC=(V),VL=(V)。
4、将K拨到1KΩ处,重复上述测试,并将数据记录于表格中。
在谐振状态下,用交流毫伏表测VC=(V),VL=(V)。
(注意:
①每改变一次频率,须调节信号发生器电压微调旋钮,使其输出电压保持为1V。
②在谐振点附近时,频率级数应分细些,以便找出谐振点。
③测量时,信号发生器接地端与毫伏表接地端应一致。
)
记录表
频率
F
(Hz)
f1
f0
f2
测试VR(V)
R=300Ω
计算I(A)
R=300Ω
频率
F
(Hz)
f1
f0
f2
测试VR’(V)
R’=1KΩ
计算I(A)
R’=1KΩ
四、实验设备
信号发生器交流毫伏表电工电路基本模块系统
五、预习内容
1、复习电压谐振原理。
2、熟悉信号发生器和交流毫伏表的使用方法。
六、实验报告要求
1、根据实验数据求出电流I值,填入记录表中
2、作R=300Ω和R’=1KΩ时的谐振曲线。
(绘在坐标纸上)。
3、根据谐振曲线求出二种情况下的通频带宽度Δf和品质因数Qr。
实验四单相交流并联电路
一、实验目的
1、熟悉功率表的原理及单相功率的测量方法。
2、观察在单相感性交流电路中并接不同电容值的电容后,整个电路中电流和功率变化的情况。
二、实验内容说明
本实验采用40W日光灯电路作实验对象。
因为日光灯电路中串联了一个镇流器,所以是个感性电路。
它的功率因数(cosψ)较低,约为0.6左右。
这样低的功率因数是不利于节约用电的,为此必须提高其功率因数。
提高功率因数的方法一般是在线路上并联一个电容器。
起先,当并联电容C值增加时,总电流减小,功率因数提高。
当C达到某一数值后,功率因数为1。
以后若再增加C值,功率因数反而降低了,总电流将会增加。
如用I=f(c)曲线来表示,则如下图所示。
图4-1I—C曲线
三、实验步骤
1、按图4-2实验电路进行接线。
2、经检查无误后,合上电源开关DK,观察日光灯是否工作正常,然后改变可变电容箱的电容值,从0增加到6微法。
每当改变一次电容C值,应分别测量总电路、电容支路和日光灯支路中的电流、电压及功率,并将测量数据填入表中。
测量时应注意,当改变电容C时,总电路电流必有一个最小值,且此时的功率因数为最大(cosψ≈1)。
这一数据必须计入表中。
图4—2单相交流并联电路实验原理图
记录表
项目
C值
总电路
日光灯支路
电容支路
V(V)
I(mA)
P(W)
实测
cosψ
VL(V)
IL(mA
PL(W)
VC(V)
IC(mA
PC(W)
开路
2uF
3uF
4uF
5uF
6uF
四、实验设备
多功能电路装置
五、预习内容
1、为什么改变电容C值时,总电流I随着改变,而功率则几乎不变?
2、熟悉功率表的使用方法及读数。
如在测量过程中发现功率表出现负值时,应怎么办?
六、实验报告要求
1、验证记录表中的cosψ值。
2、取cosψ值最大的一组数据作相量图。
3、以I为纵坐标,C为横坐标,作I—C曲线。
(绘在坐标纸上)
实验五三相交流电路负载的接法
一、实验目的
1、学习三相负载的星形接法和三角形接法。
2、用实验方法证实负载作星形和三角形连接时,线电压与相电压,线电流与相电流
之间的关系。
3、了解星形接法负载不对称时,中线所起的作用。
4、观察不对称负载作三角形连接时的情况。
二、实验内容说明
1、三相电路负载的联结有星形和三角形两种接法。
2、联接的条件是保证每相负载实际承受的电压接近于它的额定电压。
如以VP代表负
载每相的额定电压,VL代表电源的线电压,则
当VP≈VL时,应采用三角形接法。
当时,应采用星形接法。
3、当电压及负载都对称时,线量与相量间的主要关系如下:
星形接法:
IL=IP
三角形接法:
VL=VP,
式中Vl、Vψ分别为线、相电压;Il、Iψ分别为线、相电流。
4、当负载不对称时,对于三角形接法及星形接法四线制的负载,各相负载的不对称
不致严重影响各相的电压,因此各相负载仍能正常工作。
对于星形接法三线制的负载,当各相负载不对称时,会严重影响各相的电压,使各相
不能正常工作,甚至发生损坏。
因此不对称负载的星形接法,必须采用四线制。
5、三相电路的总功率
当负载对称时为:
当负载不对称时,则总功率为各相功率之和,即
星形接法:
P=PA+PB+PC
三角形接法:
P=PAB+PBC+PCA
三、实验步骤
1、星形接法
2、
a)按图5—1接成星形接法实验电路。
图5—1星形接法实验电路图
经检查后接上220伏三相交流电源,合上K及K0,打开K1,组成对称Y0,观察电灯
亮度是否一致,并测量Vl、Vψ、Il、I0等数据填入表1中。
观察中线电流是否为零,以便核对负载是否对称。
打开K0,组成对称Y,重测各电压电流,并观察灯光亮度有否变化。
b)合上K1、K0,组成Y0不对称负载,测出Vl、Vψ、Il、I0等数据填入表1,并观察各相灯光亮度是否一致。
c)打开K0,组成Y不对称负载,观察各灯光亮度的变化,并测出Vl、Vψ、Il等数据填入表1中。
3、三角形接法
a)按图5—2构成三角形接法试验电路,经检查后合上K,打开K1,组成对称三相电路,观察灯光亮度是否一致,并测量Vl、Il、Iψ等数据填入表2。
b)合上K1,组成三相不对称电路,重复上述试验,并将读数填入表2中。
图5—2三角形接法实验电路图
表1(星形接法)
负载
情况
观察结果
计算结果
Vl(V)
VΨ(V)
Il=IΨ(A)
I0
(A)
PΨ(W)
P
(W)
VAB
VBC
VCA
Vax
Vby
Vcz
IA
IB
Ic
PA
PB
PC
对称Y0
对称Y
不对称Y0
不对称Y
表2(三角形接法)
负载
情况
观察结果
计算结果
Vl=VΨ(V)
Il(A)
IΨ(A)
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