电工实验指导书修订.docx
- 文档编号:11538559
- 上传时间:2023-03-19
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:1.85MB
电工实验指导书修订.docx
《电工实验指导书修订.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电工实验指导书修订.docx(35页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
电工实验指导书修订
武汉理工大学
电工实验指导书
2016-03-21
实验须知
电工实验的目的是使学生了解一些常用电子电气元件的特性,理解相关的电工线路,学会使用常用的电工仪器仪表,掌握基本的电路测量方法,通过实际操作.培养学生独立思考、独立分析和独立实验的工程实践能力。
为使实验正确、顺利地进行,保证设备、仪器仪表和人身的安全,在做电工实验时,必须注意以下几个方面的问题:
一.实验预习
实验前必须认真进行预习,弄清每次实验的目的、内容、线路、设备和仪器仪表的使用方法、测量和记录项目等等,做到心中有数.减少盲目性,提高实验效率。
二.实验线路
1.熟悉实验线路原理图,能读懂实验电路图并按图接好实验线路。
2.实验线路接线要准确、可靠、有条理,插头与线路中的插孔的结合要紧固,以免接触不良引起部分线路断开。
3.线路接好后,应先由同组同学相互检查,然后请实验指导教师检查认可后方能接通电源开始实验。
三.仪器仪表
1.认真掌握每次实验所用仪器仪表的使用方法、放置方式(水平或垂直)。
2.仪器仪表上的旋钮有起止位置的,旋转时要用力适度,旋转到头时严禁强制用力,以免损坏旋钮内部的轴及其连接部分,影响实验进行。
3.测量前应估算物理量数值选择好仪表的量限,然后将仪表接入线路测试点。
四.对异常现象的处理
在实验过程中,如发现火花、异声、异味、冒烟、过热等异常现象,应立刻断开电源,保护现场,请指导教师一起检查原因:
五.实验结束整理
1.实验完成后,应将实验记录交指导教师检查认可后,方可拆线。
2.实验结束应先断开电源开关,然后才能拆线。
3.实验桌上的仪器仪表和实验线路板应摆放整齐,连接导线应收拾干净。
六.实验报告的撰写
实验报告是实验过程的总结,必须应用理论知识分析实验数据、实验波形和实验现象,从中得出有价值科学结论。
实验完成后要写出分析中肯、结论简洁、字迹工整的实验报告;这不仅能深化理论学习的内容,而且更能培养正确总结实验工作和进行科学实验的能力。
实验报告书写要点如下:
1)实验目的。
2)实验时所用到的主要仪器设备的型号与规格。
3)实验电路及原理简述。
4)实验数据处理与误差分析以及实验结论。
实验一 R、L、C元件阻抗特性的测定
一、实验目的
1.验证电阻、感抗、容抗与频率的关系,测定R~f、XL~f及Xc~f特性曲线。
2.加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系。
二、原理说明
1.在正弦交流信号作用下,R、L、C电路元件在电路中的阻抗与信号的频率有关,它们的阻抗频率特性R~f,XL~f,Xc~f曲线如图1-1所示。
2.元件阻抗频率特性的测量电路如图1-2所示。
图1-1
图1-2中的r是提供测量回路电流用的标准小电阻,由于r的阻值远小于被测元件的阻抗值,因此可以认为AB之间的电压就是被测元件R、L或C两端的电压,流过被测元件的电流则可由r两端的电压除以r所得。
三、实验设备
表1-1
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
函数信号发生器
DG1062
1
2
交流毫伏表
CA2171
1
3
实验线路元件
R=1KΩ,C=0.1μF,L约1H
r=100Ω
1
四、实验内容
1.测量R、L、C元件的阻抗频率特性
通过电缆线将信号发生器输出的正弦信号接至如图1-2的电路,作为激励源
(用交流毫伏表测量)使激励电压的有效值为U=5V,每改变一次频率都要求电压5V恒定。
把信号源的输出频率从300Hz逐渐增至2.1KHz(用频率计测量),分别接于R、L、C三个元件激励端,再用交流毫伏表测量电阻r两端的电压Ur,从而计算各频率点时的R、XL与Xc之值,记入表1-2中。
图1-2
表1-2
f
300
600
900
1.2k
1.5k
1.8k
2.1k
100Ω与L串联时测
100Ω与R串联时测
100Ω与C串联时测
五、思考题
1.为什么要串联一个小电阻从而计算被测元件的阻抗?
可否用一个小电感或大电容代替?
为什么?
2.根据实验数据,在同一坐标系下绘制R、L、C三个元件的阻抗频率特性曲线,从中可得出什么结论?
实验二 电压源与电流源的等效变换
一、实验目的
1.掌握电源外特性的测试方法。
2.验证电压源与电流源等效变换的条件。
二、原理说明
1.一个直流稳压电源在一定的电流范围内,具有很小的内阻。
故在实用中,常将它视为一个理想的电压源,即其输出电压不随负载电流而变。
其外特性曲线,即其伏安特性曲线U=f(I)是一条平行于I轴的直线。
一个恒流源在实用中,在一定的电压范围内,可视为一个理想的电流源,即其输出电流不随负载两端的电压(亦即负载的电阻值)而变。
2.一个实际的电压源(或电流源),其端电压(或输出电流)不可能不随负载而变,因它具有一定的内阻值。
故在实验中,用一个小阻值的电阻(或大电阻)与稳压源(或恒流源)相串联(或并联)来摸拟一个实际的电压源(或电流源)。
3.一个实际的电源,就其外部特性而言,既可以看成是一个电压源,又可以看成是一个电流源。
若视为电压源,则可用一个理想的电压源Us与一个电阻Ro相串联的组合来表示;若视为电流源,则可用一个理想电流源Is与一电导go相并联的给合来表示。
如果有两个电源,他们能向同样大小的电阻供出同样大小的电流和端电压,则称这两个电源是等效的,即具有相同的外特性。
一个电压源与一个电流源等效变换的条件为:
电压源变换为电流源:
Is=Us/Ro,go=1/Ro
电流源变换为电压源:
Us=IsRo,Ro=1/go
如图2-1所示:
图2-1
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
台式数字万用表
DM3058E
1
2
便携式数字万用表
UT39A
1
3
可编程线性直流电源
DP830
1
四、实验内容
1.测定直流稳压电源(理想电压源)与实际电压源的外特性
(1)按图2-2接线,Us为+12V直流稳压电源。
改变R2的阻值,使其按表2—1的阻值变化,记录电压表、电流表的读数,记于表2—1中。
图2-2图2-3
表2—1
R2
0
200
400
600
800
1000
∞
I(mA)
U(V)
(2)按图2-3接线,虚线框可模拟为一个实际的电压源。
改变R2的阻值重复
(1)的测量过程,将测量结果记录于表2—2中。
表2—2.
R2
0
200
400
600
800
1000
∞
I(mA)
U(V)
2.测定电流源的外特性
按图2-4接线,Is为直流恒流源,调节其输出为10mA,令Ro分别为1KΩ和∞(即接入和断开),调节电位器RL(从0至1KΩ),
测出这两种情况下的电压表和电流表的读数,分别记于表2—3和表2—4中。
图2-4
表2—3
R0=1KΩ
RL
0
200
400
600
800
1000
∞
I(mA)
U(V)
表2—4
R0=∞
RL
0
200
400
600
800
1000
I(mA)
U(V)
3.测定电源等效变换的条件
按图2-5线路接线,将测试数据记录于表2—5中,验证等效变换条件的正确性。
图2-5
表2—5
RL
0
200
400
600
800
1000
I(mA)
U(V)
五、实验注意事项
1.在测电压源外特性时,不要忘记测空载时的电压值,测电流源外特性时,不要忘记测短路时的电流值,注意恒流源负载电压不可超过30伏,负载更不可开路。
2.换接线路时,必须关闭电源开关。
3.直流仪表的接入应注意极性与量程。
六、思考题
1.直流稳压电源的输出端为什么不允许短路?
直流恒流源的输出端为什么不允许开路?
2.电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势?
3根据实验数据绘出电源的四条外特性曲线即U=f(I)。
实验三功率因数的提高
一、实验目的
1.解决一个实际问题:
提高电源对感性负载电路的功率因数方法;理解提高功率因数的意义。
2.了解日光灯工作原理,掌握日光灯线路的连接。
3.通过实验,加深理解交流电路中电压相量关系以及电流相量关系。
二、实验原理
1.功率因数补偿方法
在工业及日常生活用电中,用电器大部分都是感性负载,例如,工矿企业中驱动机械设备的电动机,家庭生活使用的日光灯、电风扇、洗衣机、电冰箱等。
要提高电源对感性负载电路的功率因数,通常采用在感性负载的两端并联适当容量的电容器的方法来提高电源对感性负载电路的功率因数。
原理是:
使流过电容器中的无功容性电流与感性负载中的无功感性电流互相补偿,以减小电源提供的无功能量值,且使电路总电压与总电流之间的相位差减小,从而提高电源对感性负载电路的功率因数。
图3-1为感性负载并联电容器的电路图和相量图。
由相量图可见,并联适当容量的电容器C后,感性负载本身的外加电压未变,其自身的电流
以及功率因数角也没有改变,所以,电源提供给电路的有功功率P没有改变。
从相量图易可见,线路中电源提供的总电流I变小了。
2.提高功率因数的意义
在一般情况下,电源供电对象多是感性负载,供电系统除了要提供给负载有功功率之外,还要额外地提供无功功率,致使电路的功率因数总小于1。
如果电路的功率因数太低了,就会出现下面两种情况:
(1)电源容量不能充分利用
通常电源设备是根据预定的额定电压和额定电流设计的。
额定视在功率为
,电源输出的额定功率为
。
当负载的功率因数
时,电源能输出最大的有功功率为
可见,此时电源的容量得到了充分地利用。
当负载的功率因数
时,因电源的电流和电压不允许大于额定值,则所能输出的最大有功功率P为
。
从而表明,此时降低了电源的利用率。
(2)增加线路的功率损失
用电负载中的电流可表示为:
由公式看出,在P、U不变的时,功率因数越低,线路总电流
增大,而输电线路是由导线电阻存在,所以,输电线路上的功率损失会增大
进而表明,功率因数低时,电能的传输效率大大降低了。
因此,必须设法提高电源对负载电路的功率因数,以充分发挥电源设备的利用率,又可以减少输电线路的功率损耗,提高供电系统电能的传输效率。
3.日光灯电路
在本实验中的感性负载选用的是一个日光灯电路,如图3-2所示。
其等效电路如图3-3所示。
4.日光灯工作原理
在图3-2中,当日光灯电路接通电源后,经过灯管两端的灯丝,将220V电压加到启辉器的两端,使它产生辉光放电并发热,启辉器内双金属片受热弯曲,使其内触点接通,从而有电流通过灯丝,使灯丝受热发射电子。
启辉器接通后辉光放电停止,双金属片冷却,触点断开,在这瞬间,镇流器两端立即产生很高的自感电动势,它与电源电压一起叠加在灯管两端,使灯管内的惰性气体击穿,从而产生弧光放电,发出大量的紫外线,灯管内壁的荧光粉吸收后辐射出可见光,日光灯就开始正常工作了。
在电路中,启辉器的作用相当于一个自动开关,能自动接通电路用以加热灯丝,还可以自动断开电路,用以使镇流器产生高压将灯管击穿放电。
镇流器的作用除了感应出高电压使灯管放电外,在日光灯正常工作时还起限制其电流的作用。
整个电路由于串联有大电感量的镇流器线圈,所以,整个电路功率因数较低。
3.实验设备
表3-1
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
台式数字万用表
DM3058E
1
2
便携式数字万用表
UT39A
1
3
双路单相功率表
1
4
自耦调压器
1
5
电流插座
3
6
日光灯灯管
30W
1
7
镇流器、启辉器
与30W灯管配用
各1
8
电容器
1μF,2.2μF,4.7μF/500V
各1
四.实验内容
1.利用实验台中“日光灯实验器件”按图3-4接线。
2.经指导老师检查后,接通实验台电源,将自耦调压器的输出相电压调至220V。
3.日光灯点亮后,将功率表、电压表读数记录于表3-2中。
4.将连接有电流表的电流插笔分别插入实验电路的三个电流插座(图中J、JL、JC)中,测得三条支路的电流,记录于表3-2中。
5.按表3-2中要求,改变电容值(使其分别为C=1F、3.2F、5.7F重复测量相关电参数,记录于表3-2中。
表3-2
测量数据
计算数据
电源电压
(V)
灯管电压
(V)
镇流器电压
(V)
线路总电流
(A)
灯管支路电流(A)
电容支路电流(A)
电路有功功率(W)
电路视在功率
(VA)
电路
功率因数
(
)
不并电容器时
并电容1F
并电容3.2F
并电容5.7F
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。
必须在断电前提下,按连接实验线路。
日光灯电路连接完毕后,必须认真检查,确认无误后才能通电。
实验完毕后,必须先断电、后拆线,严禁带电接线、拆线。
2.日光灯在启动过程中电流较大,因此必须等日光灯点亮后,才可以将电流插笔插入电流插孔,否则,会损坏仪表,切记!
3.功率表接入实验电路时,注意其电压
和电流
测量的同名端(*)的正确连接。
实验台面板上的数显功率表可以直接读测量功率值。
六.预习与思考题
1.在日常生活中,当日光灯上缺少了启辉器时,人们常用一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?
2.为了提高电源对电路的功率因数,常在感性负载两端上并联电容器,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?
3.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吗?
七.实验报告要求
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.讨论改善电源对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它。
实验四三相交流电路的研究
一、实验目的
1.掌握三相负载的星形(Y)连接方法。
2.研究三相负载的星形(Y)接法的线、相电压及线、相电流之间的关系。
3.充分理解三相四线制供电系统中的中线的作用。
4.掌握用二瓦特表测量三相负载电路有功功率的方法。
二、实验原理
1.供电电源若采用三相四线制,则三相负载可接成星形(又称“Y”接法)或三角形(又称"△"接法)。
本实验仅研究三相负载星形(Y)接法。
当三相对称负载作星形(Y)形连接时,电路的线电压
是相电压
的
倍,即
;线电流
等于相电流
,即
,流过中线的电流
,所以,此时可以省去中线。
图4-1为电源三相四线制供电时,负载星形(Y0)连接有中性线电路;
图4-1
图4-2为三相三线制供电时,对称负载星形(Y)连接无中性线电路。
图4-2
2.对于三相不对称负载作星形连接时,为保证每相电压等于电源的相电压(三相对称电压),电路必须采用三相四线制接法(且要有中线),即Yo接法。
而且,中线必须牢固连接。
若中线断开,会导致三相负载的相电压不对称,致使负载轻(阻抗值高)的那一相的相电压过高,使负载遭受损坏;负载重(阻抗值相对较低)的一相的相电压又过低,使负载不能正常工作。
尤其是对于三相照明负载,无条件地一律采用星形有中线的Y0接法。
本实验中,三相对称交流电源经过三相调压器输出,用三组白炽灯作为三相负载。
线电流、相电流、中线电流用连有电流表的电流插头和插座来测量。
3.三相电路中的功率测量
三相电路中的功率测量有三功率表法和两功率表法。
对于在三相四线制电路中,当三相负载不对称时,电路的总功率P,可用三个单相功率表,分别测出各相负载的功率,然后相加,即得三相电路的总功率
这种测量方式称为“三功率表法”;若三相负载对称,则只需用一个单相功率表测出任一相的功率后,将其读数乘3,即得到三相电路的总功率。
对于在三相三线制电路中,不论三相负载是否对称,也不论负载是星形(Y)接法还是三角形(Δ)接法,通常用两个功率表测量三相功率,又称为“两功率表法”,如图4-3所示。
2个功率表读数的代数和即为三相负载的总功率。
其原理可参见有关资料。
图4-3
三.实验设备
表4-1
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
台式数字万用表
DM3058E
1
2
便携式数字万用表
UT39A
1
3
三相自耦调压器
1
实验台面板上
4
电流插座
4
5
三相灯组负载
220V,25W白炽灯
9
四.实验内容
图4-4为三相电路实验线路板,U(A)、V(B)、W(C)、N(O)、x、y、z为三相电路实验箱上负载连接插孔,JA、JB、JC、JN为测相电流和中线电流插孔。
KA、KB、KC、KN为控制开关。
图4-4
操作步骤:
三相负载星形(Y)连接(三相四线制供电)
1.图4-5是三相负载星形(Y)连接实验原理接线图,图中U、V、W、N为实验台面板上三相电源调压输出的插孔,即,三相灯组负载经由过流保护装置与三相自耦调压器连通三相对称电源。
实验前,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)。
2.按图4-5连接实验电路。
先将实验箱上接线端x、y、z、o用导线连接在一起,作为三相负载星形(Y)连接的中点N,再分别将U(A)、V(B)、W(C)端接至三相电源相线端。
N(O)接至三相电源的中性线端N,从而组成三相四线制负载实验电路。
经自查正确后,再经过指导教师检查合格后,方可开启实验台电源。
3.调节调压器的输出,使输出的三相线电压为380V。
4.按表4-2中内容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以及用两表法测量三相功率。
将所测得的数据记入表4-2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4-5
表4-2
负
载
情
况
开灯盏数
负载
线电压
(V)
负载
相电压
(V)
线电流
(A)
中
线
电
流
(A)
中点电压
(V)
功率
(两表法)
(W)
灯光亮度情况
A
相
B
相
C
相
UAB
UBC
UCA
UA
UB
UC
IA
IB
IC
IN
UN
P1
P2
P1+P2
对称
有
中
线
3
3
3
不测
不测
不测
无
中
线
3
3
3
不测
不对称
有
中
线
1
2
3
不测
不测
不测
无
中
线
1
2
3
不测
注意:
测量完数据后,先将三相电源调压器调至输出电压为0(逆时针旋至最左端)。
再关断电源,最后再拆线。
五.实验注意事项
1.本实验采用三相交流市电,线电压为380V,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.断电接线,每次接线完毕,同组同学应自查一遍,然后由指导教师检查合格后,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.测量、记录各电压、电流时,注意分清它们是哪一相、哪一线,防止记错。
六.预习与思考题
1.三相负载连接成星形或三角形时,它们的线电压与相电压、线电流与相电流之间的关系是怎样的?
2.本实验的三相负载若采用三角形连接,为使电灯正常工作,三相电源电压应该设定为多少?
画出三相负载三角形连接的原理图。
3.复习三相交流电路有关内容,试分析三相星形连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?
4.说明在三相四线制供电系统中的中线作用。
中线上能安装保险丝吗?
为什么?
5.用“两表法”为什么也能测出三相负载功率?
测量时有什么条件?
七.实验报告要求
1.根据实验数据,在负载为星形(Y)连接时,
在什么条件下成立?
2.用实验数据和观察到的现象,总结三相四线制供电系统中的中线作用。
3.根据不对称负载星形连接时的相电压值作相量图,并求出线电压值,然后与实验测得的线电压作比较,分析之。
4.回答思考题。
5.心得体会及其他。
实验五三相异步电动机的正反转控制
一、实验目的
1.掌握三相鼠笼式异步电动机接线方法。
2.通过对三相鼠笼式异步电动机运行控制,掌握基本继电-接触器控制技术。
3.加深理解电气控制系统中自锁、互锁概念及其实现方法。
2.实验设备
表5-1
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
三相交流电源
线电压380V
三相四线制
实验台面板上
2
三相鼠笼式异步电动机
DJ24型
Y/△,380V/220N
1
4
交流接触器
LC1-D0610
2
5
按钮
3
6
热继电器
LR2-D1305N
1
三、实验原理与步骤
1.三相鼠笼式异步电动机的定子绕组连接
三相鼠笼式异步电动机的定子绕组有六个
接线端,通过接线盒与外界连接。
电动机定子
三相绕组的首、末端标志为:
首端
,
末端
。
图5-1为绕组首末端在接线
盒中的排列情况。
图5-1
图5-2-a为电动机绕组星形(Y)连接的接线图,图7-2-b为电动机绕组三角形(Δ)连接的接线图。
图5-5
图5-2
2.三相鼠笼式异步电动机的点动控制
在本实验中,三相鼠笼式异步电动机采用星形(Y)连接方式,其额定的线电压为380V。
而实验所用的交流接触器的励磁线圈额定电压却是220V。
所以
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电工 实验 指导书 修订