電工上冊實驗

1、實驗一基爾霍夫定律和戴維南定理一、 實驗?zāi)康?.通過實驗驗證基爾霍夫電流定律和電壓定律，鞏固所學(xué)理論知識2.加深對參考方向概念的理解。二、實驗原理基爾霍夫定律是電路理論中最基本也是最重要的定律之一，它概括了電路中電流和電壓分別遵循的基本規(guī)律，它包括基爾霍夫電流定律（）和基爾霍夫電壓定律（）?；鶢柣舴蚬?jié)點電流定律：電路中任意時刻流進(jìn)（或流出）任一節(jié)點的電流的代數(shù)和等于零，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（2）此定律闡述了電路電路任一節(jié)點上各支路電流間的約束關(guān)系，這種關(guān)系，與各支路上元件的性質(zhì)無關(guān)，不論元件是線形的或是非線形的，含源的或是無源的，時變的或時不變的?；鶢柣舴蚧芈冯妷憾桑弘娐分腥我鈺r刻，沿任意閉合回

2、路，電壓的代數(shù)和為零，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（2）此定律闡明了任意閉合回路中各電壓間的約束關(guān)系，這種關(guān)系僅與電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與構(gòu)成回路的各元件的性質(zhì)無關(guān)，不論這些元件是線形的或非線形的，含源的或無源的，時變的或時不變的。參考方向：和表達(dá)式中的電流和電壓都是代數(shù)量，它們除具有大小之外，還有其方向，其方向是以它量值的正、負(fù)表示的，為研究問題方便，人們通常在電路中假定一個方向為參考，稱為參考方向，當(dāng)電路中的電流（或電壓）的實際方向與參考方向相同時取正值，其實際方向與參考方向相反時取負(fù)值。例如，測量某節(jié)點各支路電流時，可以設(shè)流入該節(jié)點的電流方向為參考方向（反之亦可），將電流表負(fù)極接到該節(jié)點上，而將表的正極

3、分別串入各條支路，當(dāng)電流表指針正向偏轉(zhuǎn)時，說明該支路電流是流入節(jié)點的，與參考方向相同，取其值為正，若指針方向方向偏轉(zhuǎn)，說明該支路是流出節(jié)點，與參考方向相反，倒換電流表極性，再測量，取其值為負(fù)。將測量的結(jié)果填如表2-1中表2-1計算值 測量值 誤差I(lǐng)1 （mA）I2 （mA）I3 （mA）I圖2-12驗證基爾霍夫回路電壓定律（KVL）實驗電路與圖2-1相同，用聯(lián)接導(dǎo)線將三個電流借口短路。取兩個驗證回路：回路1為ABEFA，回路2為BCDEB。由電壓表依次測取ABEFA回路中各支路電壓UBC、UCD、UDE、UEB，將測量結(jié)果填入表2-2中。測量時可選逆時針方向為繞行方向，并注意電壓表的指針偏轉(zhuǎn)方

4、向及取值的正與負(fù)。表2-2UABUBEUEFUFA回路IUUBCUCDUDEUEB回路U計算值測量值誤差（二）戴維南定理本實驗在電路單元板上進(jìn)行，按圖2-2接線，使U1=25V，選擇CD兩端左側(cè)為一端口含源網(wǎng)絡(luò)。1測量含源一端口網(wǎng)絡(luò)的外部伏安特性：調(diào)節(jié)含源一端口網(wǎng)絡(luò)外接電阻RL的數(shù)值 ，使其分別為表2-3中的數(shù)值，測量通過R2的電流（X5和X6電流接口處電流表讀數(shù)）和兩端電壓，將測量結(jié)果填入表2-3中，其中RL=0時的電流稱為短路電流。表2-3RL() 0 500 1K1.5K2K2.5K開路I(mA)U(V)圖2-22驗證戴維南定理（1）測量C、D端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC第一種方法：直接測量

5、法當(dāng)含源一端口網(wǎng)絡(luò)的入端等效電阻RI與電壓表內(nèi)阻RV相比可以忽略不計時，可以直接用電壓表測量其開路電壓UOC。第二種方法：補償法當(dāng)一端口網(wǎng)絡(luò)的的入端電阻RI與電壓表內(nèi)阻RV相比不可忽略時，用電壓表直接測量其開路電壓UOC，就會影響被測電路的原工作狀態(tài)，使所測電壓與實際間有較大的誤差。補償法可以排除電壓表內(nèi)阻對測量所造成的影響。圖2-4補償法則一斷口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓圖2-4 是用補償法測量電壓的電路，測量步驟如下：用電壓表初測一端口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，并調(diào)整補償電路中分壓器的電壓，使它近似等于初測的開路電壓。將C、D與C、D對應(yīng)相接再細(xì)調(diào)補償電路中分壓器的輸出電壓，使檢流計G的指示為零。因為G中無電流

6、通過，這時電壓表指示的電壓等于被測電壓，并且補償電路的接入沒有影響被測電路的工作狀態(tài)。表2-4RL() 0 500 1K1.5K2K2.5K開路I(mA)U(V)（2）用補償法（或直接測量法）所測得的開路電壓UOC和步驟1中測得的短路電流（RL=0）ISC，計算C、D端入端等效電阻。 RCD=RI=UOC/ISC（3）構(gòu)成戴維南等效電路如圖2-5，其中電壓源用直流穩(wěn)壓電源代替，調(diào)節(jié)電源輸出電壓，使之等于UOC，RI用電阻箱代替，在C、D端接入負(fù)載電阻RL。 按和表2-3中相同的電阻值，測取電流和電壓，填入表2-4。（4）將表2-3和2-4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗證戴維南定理。 圖2-5戴維南等效電

7、路五、實驗報告及要求1、利用表2-1和表2-2中的測量結(jié)果說明基爾霍夫兩個定律的正確性。2、利用圖2-1中所給數(shù)據(jù)，通過電路定律計算各支路電壓和電流，并計算測量值與計算值之間的誤差，分析誤差產(chǎn)生的原因。3、在同一張坐標(biāo)紙上畫出原一端口網(wǎng)絡(luò)和各等效網(wǎng)絡(luò)的伏安特性曲線，并做分析比較，說明如何驗證戴維南定理。4、回答下列思考題 （1）已知某支路電流為3mA，現(xiàn)有量程分別為5mA和10mA兩只電流表，你將使用哪只電流表進(jìn)行測量？為什么？ （2）改變電流或電壓的參考方向，對驗證基爾霍夫定律有影響嗎？為什么？*（3）對于圖2-4，如果在補償法測量開路電壓時，將C 與D相接，D與C相接，能否達(dá)到測量電壓UC

8、D的目的？為什么？實驗二 日光燈電路功率因數(shù)的提高一、實驗?zāi)康?掌握日光燈電路的工作原理及電路聯(lián)接方法。2通過測量電路功率，進(jìn)一步掌握功率表的使用方法。3掌握改善日光燈電路功率因數(shù)的方法。二預(yù)習(xí)提要1掌握感性負(fù)載提高功率因數(shù)的方法、意義、矢量圖等內(nèi)容。2熟悉日光燈電路原理。 日光燈電路主要是由日光燈管、鎮(zhèn)流器、啟輝器等元件組成，電路如圖3-1所示：圖3-1日光燈電路 燈管兩端有燈絲，管內(nèi)充有惰性氣體（氬氣或氪氣）及少量水銀，管壁涂有熒光粉。當(dāng)管內(nèi)產(chǎn)生弧光放電時，水銀蒸氣受激發(fā)，輻射大量紫外線，管壁上的熒光粉在紫外線的激發(fā)下，輻射出接近日光的光線，日光等的發(fā)光效率較白熾燈高一倍多，是目前應(yīng)用最普

9、遍的光源之一，日光燈管產(chǎn)生放電的條件，一是燈絲要預(yù)熱并發(fā)射熱電子，二是燈管兩端需要加一個高的電壓是管內(nèi)氣體擊穿放電，通常的日光燈管本身不能直接在220V電源上使用。啟輝器有兩個電極，一個是雙金屬片，另一個是固定片，二極之間有一個小容量電容器。一定數(shù)值的電壓加在啟輝器兩端時，啟輝器產(chǎn)生輝光放電，雙金屬片因放電而受熱伸直，并與靜片接觸，而后啟輝器因動片與靜片接觸，放電停止，冷卻且自動分開。鎮(zhèn)流器是一個帶鐵芯的電感線圈。電源接通時，電壓同時加到燈管兩端和啟輝器的兩個電極上，對于燈管來說，因電壓低不能放電；但對啟輝器，此電壓則可以起輝、發(fā)熱并使雙金屬片伸直與靜片接觸。于是有電流流過鎮(zhèn)流器、燈絲和啟輝器

10、，這樣燈絲得到預(yù)熱并發(fā)射電子，經(jīng)過1-3秒后，啟輝器因雙金屬片冷卻，使動片與靜片分開。由于電路中的電流突然中斷，便在鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個瞬時高電壓，此電壓與電源電壓迭加后加在燈管兩端，將管內(nèi)氣體擊穿而產(chǎn)生弧光放電。燈管點燃后，由于鎮(zhèn)流器的作用，燈管兩端的電壓比電源電壓低得很多，一般在50-100V。此電壓已不足以使啟輝器放電，故雙金屬片不會再與靜片閉合。啟輝器在電路中的作用相當(dāng)于一個自動開關(guān)。鎮(zhèn)流器在燈管啟動時產(chǎn)生高壓，有啟動前預(yù)熱燈絲及啟動后燈管工作時的限流作用。日光燈電路實質(zhì)上是一個電阻與電感的串聯(lián)電路。由于電感量較大，整個電路的功率因數(shù)是比較低的，為了提高功率因數(shù)，我們樂意在燈管與鎮(zhèn)流器串

11、聯(lián)后的兩端并聯(lián)電容器實現(xiàn)。三、實驗設(shè)備1日光燈管、座40W一套（實驗臺頂部）；2鎮(zhèn)流器、開關(guān)單元板（TS-B-19）一塊；3熔斷器、啟輝器單元板（TS-B-20）一塊；4電容器組單元板（TS-B-21）一塊；5電流測量插口（TS-B-22）一塊；6交流電壓表（TS-B-04）一塊；7交流電流表（TS-B-05）一只；8功率表一塊和導(dǎo)線若干。四實驗內(nèi)容及步驟1在實驗臺上選擇鎮(zhèn)流器與開關(guān)、啟輝器與熔斷器、電流測量插口，并聯(lián)電容器組等單元板及實驗臺頂部的日光燈管聯(lián)接成圖3-2所示電路。圖3-2 日光燈改善功率因數(shù)實驗電路2閉合開關(guān)S，此時日光燈應(yīng)亮，如用并聯(lián)電容器組完成實驗，則從0逐漸增大并聯(lián)電容器

12、，分別測量總電流I，燈管電流ID1、電容器電流IC，功率P。將數(shù)值填入表3-1，并做相應(yīng)計算（測量P計算cos）。表3-1電容（uF）測量項目0U（V）I（mA）IC（mA）ID（mA） Pcos=P/UI3.若并聯(lián)動態(tài)電路板上4F電容完成本實驗，則應(yīng)在并聯(lián)電容器前，測量燈管兩端電壓UD，鎮(zhèn)流器兩端電壓UL，總電流I（此時等于通過燈管的電流），及總功率P和燈管所消耗的功率PD，將數(shù)據(jù)填入表3-2。然后，并聯(lián)4F電容器，除再測量上述數(shù)據(jù)外，還應(yīng)測量通過電容器的電流IC和通過燈管中的電流ID，測量日光燈管消耗功率PD的電路圖，如圖3-3。將數(shù)據(jù)填入表3-2中，并做相應(yīng)計算。表3-2電容（uF）測量

13、項目 I ID IC U UD UL Pcos=P/UI并聯(lián)前并聯(lián)后圖3-3 日光燈電路測量燈管功率五、實驗報告 1根據(jù)表3-1中的數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上繪出ID=f(c),IC=f(c),I=f(c), cos=f(c)等曲線。 2從測量數(shù)據(jù)中（表3-1和表3-2），求出日光燈等效電阻，鎮(zhèn)流器等效電阻，鎮(zhèn)流器電感。 3回答下列問題 （1）U1和UD的代數(shù)為什么大雨U？ （2）并聯(lián)電容器后，總功率P是否變化？為什么？ （3）為什么并聯(lián)電容器后總電流會減少？繪向量圖說明實驗三 三相交流電路及功率的測量一、實驗?zāi)康?1學(xué)習(xí)三相電路中負(fù)載的星型和三角形聯(lián)接方法。 2通過實驗驗證對稱負(fù)載做星型和三角形連接時

14、，負(fù)載的線電壓UL和相電壓UP，負(fù)載的先電流IC和相電流IP間的關(guān)系。 3了解不對稱負(fù)載做星型聯(lián)接時中線的作用。 4學(xué)習(xí)用三瓦特表法和二瓦特表法測量三相電功率。二、預(yù)習(xí)提要和實驗原理 1當(dāng)對稱負(fù)載做星型連接時，其線電壓和相電壓，線電流和相電流之間的關(guān)系是UL=UPIL=IP做三角形連接時，它們的關(guān)系是UL=UPIL=IP三相總有功功率為 P=3PP=ULILcos2中線的作用3三相有功功率的測量方法有三瓦特計法和二瓦特計法兩種。三瓦特計法，通常用于三相四線制，該方法是用三個瓦特計分別測量出各相消耗的有功功率，其接線圖如圖4-1所示。三個瓦特計所測功率數(shù)的總和，就是三相負(fù)載消耗的總功率。圖4-1

15、 三瓦特計法測量三相電功率 二瓦特計法通常用于測量三相三線制負(fù)載功率，其接線如圖4-2所示，不論負(fù)載對稱與否，兩個瓦特表的讀數(shù)分別為：W1AW=IAUANcos(-30°)=ILUL cos(-30°)W2BW=IBUBN cos(+30°)=ILUL cos(+30°)式中為負(fù)載的功率因數(shù)角。三相總功率為兩個瓦特計讀數(shù)的代數(shù)和。當(dāng)<60°時，其中兩個表讀數(shù)均為正值，總功率為二瓦特計讀數(shù)之和；當(dāng)>60°時，一個表讀數(shù)為負(fù)值，總功率為二瓦特讀數(shù)之差。本實驗負(fù)載為白熾燈泡，接近純電阻性負(fù)載，0°，故二瓦特計讀數(shù)為正值

16、，三相總功率為兩個瓦特計讀數(shù)之和。(a)負(fù)載星型聯(lián)接 (b)負(fù)載三角形聯(lián)接圖4-二瓦特計測三相功率為充分利用儀表，保證儀表的安全使用和更方便地進(jìn)行測量，本實驗中我們將電流表、電壓表和功率表接成圖4-所示的電路。這樣便可以用一個瓦特計、一個電流表和一個電壓表同時測量各（線）相的電流、電壓和電功率，用這個測量電路進(jìn)行測量時，只要將電流測量插口插入待測電路的電流插口中，并將電壓表筆接到待測電壓接點上，就可以同時讀出電流、電壓和電功率，使用方法十分方便。（注意事項：使用瓦特表時，應(yīng)參照儀表說明書，注意儀表的接法和讀數(shù)方法，無論流過電流線圈的電流還是加在電壓線圈上的電壓，均不應(yīng)超過額定值，否則線圈破壞。

17、）圖4-3 儀表測量電路三、實驗儀器設(shè)備三相白熾燈負(fù)載單元板（TS-B-23）三塊電流測量插口單元板（TS-B-22）一塊三相負(fù)荷開關(guān)單元板（TS-B-18）一塊 交流電流表（2A）（TS-B-05）一只交流電壓表（450V）（TS-B-08）一只單相瓦特表一只電壓表測試筆一只三相調(diào)壓器一臺（或中心控制柜輸出220線電壓）四、實驗內(nèi)容及步驟：星型聯(lián)接負(fù)載(1)把電流表、電壓表接成圖4-4所示的儀表電路；(2)選取燈泡負(fù)載單元板，電流測量插口單元板及三相負(fù)荷開關(guān)單元板，安放在實驗臺架的合適位置上，按圖4-4將燈泡負(fù)載接成星型接法的實驗電路；(3)每相均開三盞燈（對稱負(fù)載）；(4)測量各線電壓、線

18、電流、相電壓、中線電流及用三瓦特計法和二瓦特計法測量三相電功率，并將所測得的數(shù)據(jù)填入表4-1中。表4-1（注意：二瓦特計法只有P1、P2即可）(5)將三相負(fù)載分別改為盞燈，接上中線，觀察各燈泡亮度是否有差別，然后拆除中線（斷開串接在中線上開關(guān)S），再觀察各等亮度是否有差別。重復(fù)步驟(4)的測量內(nèi)容并測量無中線時電源中性點N與負(fù)載中性點N之間的電位差UNN，將測量數(shù)據(jù)填入表4-1中。在斷開中線時，觀察亮度及測量數(shù)據(jù)，動作要迅速。不平衡負(fù)載無中線時，有的相電壓太高容易燒毀燈泡。圖4-4星型負(fù)載實驗電路三角形接法負(fù)載(1)按照圖4-5聯(lián)接成三角形負(fù)載的實驗電路，注意此時需要三相調(diào)壓電源，將線電壓調(diào)為220V。(2)每相開3盞燈（對稱負(fù)載），測量各線電壓、線電流、相電流、及用二瓦特計法測功率，并將所測得