电路实验指导上.docx
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电路实验指导上.docx
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电路实验指导上
实验系统概述(学生预习)
一、实验系统的特点:
1、实验台采用模块化设计、积木组合式结构,设计新颖、美观,方便灵活,节省实验用房,耗电省、噪音低
2、完善的人身安全保护体系:
1)实验台外壳接地;
2)控制屏电源由交流接触器通过起、停按钮进行控制;进线电源首先经过符合国家标准的电流型漏电保护器,漏电流小于30mA;
3)在三相调压器输出端设有过流和过压保护,调压器输出短路或所带负载太大,电流超过设定值,系统即告警并切断总电源。
4)强弱电实验导线采用二种不同的实验导线,防止了学生将强电插入弱电或元件而使之损坏的可能。
高压接线柱和高压导线均采用特殊设计的结构,使用安全、可靠、防触电。
3、实验装置中各仪器经过特殊设计,稳定性好,实验线路选择典型,完全与教学内容相配合。
4、实验的深度与广度可根据教学需要灵活调整,普及与提高可根据教学的进程作有机地结合,也可以利用实验单元配置的灵活性进行创新型实验。
装置采用积木式结构,更换便捷,如要扩展功能或开发新实验,只需添加部件即可,永不淘汰。
5、采用整体与挂箱相结合的结构形式,电源配置、仪表一目了然,挂箱面板实验电路的示意图线路分明,各实验挂箱任务明确,操作、维护方便。
二、实验系统结构:
ZY11GETE12SB型电工电子实验装置主要由控制屏、实验桌、若干个实验挂箱(选配)、高可靠实验导线、三相异步鼠笼电机等组成。
整机采用铁质双层亚光密纹喷塑结构,铁质喷塑面板,结构牢固,造型简捷明快,线条流畅,极富现代感。
实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构,桌面为防火耐磨高密度板,结构坚固,形状似长方体封闭式结构,造型美观大方,设有抽屉、存放柜,用于放置模块、工具、导线等。
桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。
实验桌还设有四个可移动轮子、支撑调节和固定结构,便于移动或固定。
三、电源控制屏功能及操作使用说明
电源控制屏为实验提供三相0~430V可调交流电源,同时可得到实验所需0~250V单相可调交流电源;三相电网输入电压与三相调压输出电压由三只指针式交流电压表(量程为0~450V)表头指示,用切换开关切换。
电源控制屏还提供了各种交直流测量仪表,各测量仪表的操作使用参见附录。
电源控制屏内部提供了一定的安全保护体系,防止意外事故的发生。
但实验中所用220V、380V为非安全电压,学生必须严格按照正确的操作规范进行实验,遵循“先接线后通电,先断电后拆线”的操作规则,严禁带电操作(比如接拆线、插拔线);人体且勿碰触带电和转动部分。
接线或改接线路,必须经指导教师检查后方可通电进行实验。
实验时应养成单手操作的良好习惯。
实验完毕应先关闭所有挂件低压电源,接着按“停止”按钮。
若有紧急状况发生,首先切断实验台左侧的漏电保护总开关。
漏电保护开关如因被控制电路发生漏电故障而分闸,此时漏电指示按钮凸出,应先查明原因,排除故障后将漏电指示按钮按下后再合闸。
漏电保护开关应每个月进行一次漏电指示按钮复位。
1、电源控制屏的启动
线电压为380V的三相四线制交流电源经四芯插头引入,通过钥匙式电源总开关、接触器KM三对主触头接到三相自耦调压器的原绕组端U1、V1、W1,调压后的电压经调压器的副绕组端U、V、W输出。
N为中性线(即零线)。
调压器的调压手柄装在控制屏的左侧,将手柄逆时针旋到底输出电压为零;顺时针旋转电压增大,调压范围为线电压0~430V,相电压0~250V。
(1)接好机壳的接地线;关闭实验台上所有的电源开关,将监视电压表的切换开关置于“三相电网”一侧,将三相调压器调压手柄旋到零位。
(2)将三相四芯电缆线插头插入实验室墙壁上的三相四线电源插座内,接通三相380V、50Hz的交流市电。
(3)开启钥匙式三相“电源总开关”,红色按钮灯亮(即“停止”按钮的红色灯亮),三只电压表将指示三相电网线电压之值。
(4)按下“启动”按钮,红色灯灭,绿色灯亮,同时可听到屏内交流接触器瞬间吸合声,三相可调输出端3只指示灯亮,屏正面实验挂箱后方槽板底部单相三芯220V圆形航空插座及实验屏右侧面单相220V电源插座和三相四芯380V电源插座,均有电压输出,电源控制屏启动完毕。
(5)调压器的调压手柄旋转时,一定要遵从正确的操作方法,即一定要顺时针从零增大到430V,或者逆时针从430V减小到零。
不可用力顺时针从430V调到0或者逆时针从0调到430V,否则会损坏调压器,紧固螺钉打滑,导致不易操作。
2、三相可调交流电源输出电压调节
(1)将交流电压表指示切换开关置于“三相调压”一侧,三只电压表指针回零。
(2)按顺时针方向(即标志牌上“大”一侧)缓缓旋动三相自耦调压器的调整旋钮,三只电压表随之偏转,指示三相可调输出电压的U、V、W线电压之值,实验完毕,将调节旋钮调回零位。
3、数字式可调直流稳压源、可调恒流源的使用
(1)数显直流稳压源可自动切换量程,直流恒流源可通过粗调(分段调,稳压源分10V、20V、30V三档,恒流源分2mA、20mA、200mA、)旋钮和细调(连续调)旋钮调节其输出量,并由三位数显电压表和三位半数显毫安表显示其输出量的大小,启动实验装置电源之前,应先使其输出旋钮置于零位,实验时再缓慢地增、减输出。
(2)稳压源的输出不允许短路,恒流源的输出不允许开路。
(3)恒流源船形电源开关打开之前,一定要接负载线路,然后再打开电源开关。
若不接负载,就打开电源开关,恒流源通过理论上无限大的空间电阻,会烧坏恒流源内部的芯片LM324及电阻,甚至会烧坏供电变压器。
4、航空插座的使用
控制屏挂件后方槽板上设有三芯航空插座,给需要供电的实验挂箱提供电源。
使用时将带有电源线的实验挂箱后面的航空插头插入实验台上的航空插座内,注意严禁带电操作航空插头插座。
航空插座与实验台内的220V、380V电源电压相连,学生且勿带电碰触航空插座,以免造成严重安全事故。
需要供电的挂箱:
功率表功率因数表实验挂箱,数电实验挂箱、模电实验挂箱、PLC实验挂箱等。
5、关闭电源
遵循先关直流电源后关交流电源的原则。
实验完毕,将各直流电源开关关闭,接着检查三相调压器是否调回到零位,按下“停止”按钮,绿色指示灯灭,红色指示灯亮,然后关闭钥匙开关,红色指示灯灭,最后关闭电网闸刀。
6、日光灯的使用
开启钥匙式开关(红色按钮灯亮),将电源控制屏面板上的照明转换开关置于“照明”一侧,日光灯亮。
反之则关闭日光灯。
预习资料(学生预习)
一、目的
1、掌握电压表、电流表的使用方法。
2、了解电压表、电流表内阻的测量方法。
3、了解电压表、电流表内阻对测量结果的影响及减小仪表内阻产生测量误差的方法。
二、内容
1、用标准表校验20mA量程的直流毫安表和5V量程的万用电表直流电压档。
2、用分压法测定万用电表(MF30)直流电压1V和5V档量限的内阻。
3、用分流法测定直流毫安表2mA和20mA档量限的内阻。
4、采用同一量程两次测量法测量电路负载RL上的电流。
三、实验仪器与设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0~30V
1
实验台固定部分
2
可调直流恒流源
0~200mA
1
实验台固定部分
3
万用电表
MF-30或其他
1
4
标准电流表
1
5
标准电压表
1
6
直流毫安表
1
实验台固定部分
7
可变电阻箱
0~99999Ω
1
ZYDG09或者ZYDG07
8
电阻
若干
ZYDG09或者ZYDG07
四、原理
1、根据被测量的性质选择仪表的类型
被测量分为直流量和交流量,交流量又分为正弦交流量和非正弦交流量。
应选择相应的直流仪表和交流仪表。
如果是正弦交流电压(或电流),采用任何一种交流电压表(或电流表)均可,一般从仪表直接读出有效值。
如果被测量是非正弦交流电压(或电流),则在测有效值时可用电磁系或电动系仪表,测平均值可用整流系仪表,测瞬时值可用示波器,从波形中可求出各点的瞬时值和最大值,测最大值还可用峰值表。
测量交流量时,还应考虑被测量的频率。
一般电磁系、电动系和感应系仪表,适用频率范围较窄,但特殊设计的电动系仪表可用于中频。
整流系仪表适用频率可以高一些。
2、根据被测线路和被测负载阻抗的大小选择内阻合适的仪表
对电路进行测量时,仪表的接入对电路工作情况的影响尽可能小,否则测量出来的数据将不反映电路的实际情况。
因此用电压表测量负载电压时,电压表内阻越大越好。
一般若电压表内阻RV≥100R(R为被测负载的总电阻),就可以忽略电压表内阻的影响。
电流表串联接入电路进行测量时,其内阻越小,对电路的影响也越小。
一般当电流表内阻RA≤
R(R是与电流表串联的总电阻)时,即可忽略电流表内阻的影响。
电压表、电流表内阻大小与仪表的测量机构(即表头)的灵敏度有关,磁电系仪表灵敏度高,作电压表时内阻常在2000Ω/V以上,高的可达100KΩ/V,用作电流表时,因灵敏度高的表头所用分流电阻的阻值小,故磁电系电流表内阻小。
电磁系和电动系电压表、电流表内阻的情况则与磁电系相反。
3、根据测量的需要合理选择仪表的准确度等级
我国目前生产的电工仪表,其准确度有8级,即0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0级。
仪表准确度就是仪表在规定条件下工作,其标度尺的工作部分的全部分度线上,可能出现的最大基本误差的百分数值。
例如标称的准确度为1.0的表头,相应量程的最大相对误差为±1.0%。
仪表准确度等级数值越小,准确度越高,基本误差越小。
一般电工仪表中,单向标度尺的仪表用的最多,以此为例,其准确度以标度尺工作部分上量限的百分数表示。
若以K表示其准确度等级,则有±K%=
×100%,式中Δm——以绝对误差表示的最大基本误差;Am——测量上限。
在电工仪表的表盘上一般都标出了仪表的准确度等级符号。
仪表的准确度越高,测量误差越小。
结果越可靠。
但并不是说测量时要尽量选用准确度高的仪表。
因为仪表的准确度越高,价格越贵,维修也困难。
在准确度较低的仪表可以满足测量要求的情况下,就不必选用准确度高的仪表。
通常准确度为0.1级和0.2级的仪表作标准表和精密测量用;0.5~1.5级的仪表用于实验室一般测量,1.0~5.0级的仪表用于一般工业生产。
仪表的准确度等级应该定期进行校验。
比较法校验直流电流表、直流电压表,选取一块比被校表的准确度等级高1~2级的仪表作为标准表。
校验电压表,将标准表与被校表并联接入电路中;校验电流表,将标准表与被校表串联接入电路中,如图1.1所示。
在表的整个刻
图1.1比较法校验仪表电路
度范围内,逐点比较被校表与标准表的差值,并作出校正曲线,横坐标是被校表的读数,纵坐标是被校表读数与标准表读数之差。
从校正曲线可查出被校表读数的校正量Δ。
根据Δ最大值的绝对值与量程之比的百分数,确定被校表的等级。
4、按照被测量的大小选用量限合适的仪表
选择仪表时,一般应使被测量的大小为仪表量限的
或
以上,如果被测量的大小不到仪表量限的
,那就是不合理的。
如果用量限比被测量数值大得多的仪表进行测量,则测量误差很大。
当然,被测量的大小也不能超过仪表的量限,特别是对灵敏度高的电工仪表,这可能造成仪表的损坏。
5、电流表、电压表内阻的测量
(1)电流表的内阻测量可采用分流法,如图1.2(a)所示。
为被测电流表,内阻设为RA。
首先断开开关S,调节电流源的输出电流IS,使电流表指针满偏转。
然后合上开关S,并保持IS值不变,调节可调电阻RW,使电流表的指针在1/2满偏转位置,此时有IA=IR=
IS则RA=RW,再测量可调电阻的阻值RW即为电流表的内阻。
(2)电压表的内阻测量可采用分压法,如图1.2(b)所示。
为被测电压表,内阻设为RV。
首先合上开关S,调节电压源的输出电压US,使电压表指针满偏转。
然后断开开关S,并保持US值不变,调节可调电阻RW,使电压表的指针在
满偏转位置,此时有UV=UR=
US,则RV=RW,再测量可调电阻的阻值RW即为电压表的内阻。
图1.2测量仪表内阻电路
6、减小仪表测量误差的方法
若电流表或电压表的内阻不理想,可采用同一量程两次测量法减小由此造成的误差。
其中,第一次测量与一般的测量并无两样,只是在进行第二次测量时,必须在电路中串入一个已知阻值的附加电阻R。
(1)电压测量——测量如图1.3所示电路的开路电压U0
图1.3是两次测量某电路开路电压的示意图。
第一次测量,电压表的读数为U1,(设电压表的内阻为RV,第二次测量时应与电压表串接一个已知电阻值的电阻R,电压表读数为U2,由图1.3可知
U1=
UOCU2=
Uoc
解以上两式,可得Uo=Uoc=
图1.3两次测量法测开路电压
(2)电流测量——测量图1.4所示短路电流I
第一次测量电流表的读数为I1,(设电流表内阻为RA),第二次测量时应与电流表串接一个已知电阻值的电阻R,电流表读数为I2,由图1.4可知
解以上两式可得I=
=
图1.4两次测量法测短路电流
五、注意事项
1、指针式直流稳压源和直流恒流源均可通过粗调旋钮和细调旋钮调节其输出量,并由指针式电压表和毫安表显示其输出量的大小,启动实验装置电源之前,应使其输出旋钮置于零位,实验时再缓慢地增、减输出。
2、数字式直流稳压源可以自动切换量程,通过输出旋钮调节输出量,由数显电压表显示其输出量的大小,启动实验装置电源之前,应使其输出旋钮置于零位,实验时再缓慢地增、减输出。
3、直流稳压源的输出不允许短路,恒流源的输出不允许开路。
4、电压表应与电路并联使用,电流表应与电路串联使用,并且都要注意极性与量限的合理选择。
六、内容与步骤
1、按图1.1接好电路,US接可调直流稳压电源,调节输出旋钮,使电压从零缓慢地增加。
选取一块比被校表的准确度等级高1~2级的仪表作为标准表。
用标准表校验20mA量程的直流毫安表和5V量程万用电表直流电压档。
在表的整个刻度范围内,逐点比较被校表与标准表的差值,记录校验数据于下列表中。
(注意事项:
标准表的准确度等级应该比被校表的准确度等级高)
表1.1校验直流毫安表数据
被校直流毫安表
IX/mA
1
5
10
15
20
标准数字电流表
IO/mA
绝对误差ΔI=|IX-IO|
表1.2校验直流电压表(万用电表直流电压档)数据
被校直流电压表
UX/V
1
2
3
4
5
标准数字电压表
UO/V
绝对误差ΔU=|UX-UO|
2、根据“分压法”原理测定万用电表(MF30)直流电压1V和5V档量限的内阻。
(数字电压表测量精度高,内阻很大,因而测定指针式万用电表的电压档内阻)
注意事项:
打开稳压源船形电源开关之前,应使其输出旋钮置于零位,实验时再缓慢地增、减输出;稳压源的输出不允许短路。
表1.3分压法测电压表内阻
被测表量程
电压表满偏值(V)
电压表半偏值(V)
RW(KΩ)
计算内阻RV(KΩ)
1V
5V
实验线路如图1.2(b)所示,其中RW为可调电阻箱。
先将开关S闭合,万用电表置1V档,调节可调电压源输出US,使电压表满偏;再将开关S断开,分压电阻RW接入电路,保持可调电压源输出US不变,调节可调电阻箱RW,使电压表指示为满偏时的一半,数据记入表1.3中,计算电压表内阻RV。
改变万用电表量程,重复上述步骤。
测试内容见表1.3,并将实验数据记入表中。
3、根据“分流法”原理测定直流毫安表2mA、20mA档量限的内阻。
实验线路如图1.2(a)所示,其中RW为可调电阻箱。
先将开关S断开,直流毫安表置2mA档,调节可调恒流源输出IS,使电流表满偏;再将开关S闭合,分流电阻RW接入电路,保持可调恒流源输出IS不变,调节可调电阻箱RW,使电流表指示为满偏时的一半,数据记入表1.4中,计算电流表内阻RA。
改变直流毫安表量程,重复上述步骤。
测试内容见表1.4,并将实验数据记入表中。
注意事项:
打开恒流源船形电源开关之前,粗调旋钮置2mA档,细调旋钮置于零位,实验时再缓慢地增、减输出。
恒流源的输出不允许开路。
表1.4分流法测电流表内阻
被测表量程
电流表满偏值(mA)
电流表半偏值(mA)
RW(Ω)
计算内阻RA(Ω)
2mA
20mA
4、用直流毫安表20mA档,采用同一量程两次测量法测量图1.5所示电路负载RL上的电流。
(直流毫安表20mA档量限的内阻RA用实验内容3的测定结果)
第一次测量,电流表直接串接到负载RL支路上,读数记为I1,(设电流表内阻为RA),第二次测量时应与电流表串接一个已知电阻值的电阻R,再串接到负载RL支路上,电流表读数为I2,根据两次测量结果,计算电路负载RL上的电流。
图1.5两次测量法测负载电流
七、结果
步骤1:
表1.1校验直流毫安表数据
被校直流毫安表
IX/mA
1
5
10
15
20
标准数字电流表
IO/mA
1.00
4.99
9.95
14.92
19.88
绝对误差ΔI=|IX-IO|
0.00
0.01
0.05
0.08
0.12
表1.2校验直流电压表(万用电表直流电压档)数据
被校直流电压表
UX/V
1
2
3
4
5
标准数字电压表
UO/V
0.99
1.98
2.97
3.95
4.95
绝对误差ΔU=|UX-UO|
0.01
0.02
0.03
0.05
0.05
步骤2:
表1.3分压法测电压表内阻
被测表量程
电压表满偏值(V)
电压表半偏值(V)
RW(KΩ)
计算内阻RV(KΩ)
1V
1V
0.5V
20K
20K
5V
5V
2.5V
100K
100K
实验步骤3:
表1.4分流法测电流表内阻
被测表量程
电流表满偏值(mA)
电流表半偏值(mA)
RW(Ω)
计算内阻RA(Ω)
2mA
2mA
1mA
100.3
100.3
20mA
20mA
10mA
10.1
10.1
实验步骤4:
RA=10.1,I1=12.49mA,R=51,I2=10.31,
。
八、思考题
1、用200mA档量程、0.5级电流表测量电流时,可能产生的最大绝对误差为多少?
答案:
200×0.5%=1mA
2、用量程为20A的电流表测试实际值为16A电流时,仪表读数为16.1A,求测量的绝对误差和相对误差。
答案:
测量的绝对误差:
16.1-16=0.1A;测量的相对误差:
0.1∕20=0.5%
3、计算图1.5所示电路负载电阻上的电压和电流,并与测量值相比较。
答案:
负载电流
,负载电压
4、设计记录理论计算和两次测量法测量图1.5所示电路电阻RL上的电流数据的表格。
答案:
理论值
测量值
I0(R0支路电流)
IL(RL支路电流)
I0(R0支路电流)
IL(RL支路电流)
第一次测量
第二次测量
实验一叠加原理
一、实验目的
1、验证线性电路叠加原理的正确性。
2、通过实验加深对叠加原理的内容和适用范围的理解。
3、学会分析测试误差的方法。
二、实验内容。
1、分别令US1电源单独作用,US2电源单独作用,US1和US2共同作用,2US2单独作用,验证线性电路叠加原理。
2、将电阻换成二极管,验证非线性电路不满足叠加原理。
三、实验仪器与设备
序号
名称
型号规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0~30V
1
实验台固定部分
2
直流数字电压表
1
实验台固定部分
3
直流数字毫安表
1
实验台固定部分
4
叠加原理实验线路板
1
ZYDG01或者ZYDG01-1
或者ZYDG01-3
四、实验原理
叠加原理是分析线性电路时非常有用的网络定理,它反映了线性电路的一个重要规律。
叠加原理:
在含有多个独立电源的线性电路中,任意支路的电流或电压等于各个独立电源分别单独激励时,在该支路所产生的电流或电压的代数和。
电路中某一电源单独激励时,其余不激励的理想电压源用短路线来代替,不激励的电流源用开路线来代替。
含有受控源的电路应用叠加原理时,在各独立电源单独激励的过程中,一定要保留所有的受控源。
线性电路的齐次性是指当激励信号(某独立源的值)增加或减小K倍时,电路的响应(即在电路其他各电阻元件上所建立的电流或电压值)也将增加或减小K倍。
叠加原理只适用于线性电路,即使在线性电路中,因为功率与电压、电流不是线性关系,所以计算功率时不能应用叠加原理。
五、实验注意事项
1、接通双路稳压电源的交流220V电源,然后分别将稳压电源的两个粗调旋钮置于适当档位,调节微调旋钮使第一路输出端电压为12V,第二路输出端电压为10V,然后关断交流电源,待用(US1、US2值必须用电压表测量准确)。
(指针式可调稳压源有粗调旋钮、微调旋钮,数字式可调稳压源可以自动换档,只有微调旋钮)
2、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。
3、注意仪表量程的及时更换。
六、实验内容与步骤
1、按图6.1电路接线,取US1=12V,US2=10V。
2、令US1电源单独作用,(将开关S1投向US1侧,开关S2投向短路侧),用直流数字电压表和毫安表(使用电流插头)测量各支路电流及各电阻元件两端电压。
将数据记入表格6.1中。
表6.1线性电路测量数据
测量项目
US1
US2
I1
I2
I3
Uab
Ucd
Uad
Ude
Ufa
US1单独作用
US2单独作用
US1、US2共同
作用
2US2单独作用
3、令US2电源单独作用(将开关S2投向US2侧,开关S1投向短路侧),用直流数字电压表和毫安表(使用电流插头)测量各支路及各电阻元件两端电压。
4、令US1和US2共同作用(将开关S1和S2分别投向US1和US2侧),重复实验步骤2。
5、将US2调至20V,即2US2电源单独作用(将开关S2投向US2侧,开关S1投向短路侧),重复上述实验步骤3。
6、将图6.1所示电路中的R5换为二极管N4007(将开关S3投向二极管侧),其余同上述实验步骤,验证非线性电路不满足叠加原理。
将数据记入表格6.2中。
图6.1叠加原理实验电路
表6.2非线性电路测量数据
测量项目
US1
US2
I1
I2
I3
Uab
Ucd
Uad
Ude
Ufa
US1单独作用
US2单独作用
US1、US2共同作用
2US2单独作用
七、实验结果
表6.1线性电路测量数
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- 关 键 词:
- 电路 实验 指导