电工基础实验辅导讲义.docx
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电工基础实验辅导讲义
绪论
实验教学是一项教育学生认识自然科学规律，检验理论正确与否的实践性环节。
在这项环节中，对学生亲自动手采集数据、处理数据、分析数据的能力以及分析问题能力、解决问题的能力，起着极其重要的作用。
一、课程的性质和目的
电工基础实验是一门以实验为主的技术基础课。
在课程学习过程中主要是对学生进行电工实验基本技能的训练，培养学生运用所学电工基础理论知识分析、解决实际问题等方面的能力。
其中，主要包含以下几方面：
1.常见电工仪表的使用技能；
2.实施实验过程以及在实验过程中发现问题并解决问题的能力；
3.观察实验现象，总结实验结论，将理论与实践相联系的能力；
4.正确地记录和处理实验数据，分析实验结果，完成实验报告的能力；
5.团队合作，同学之间互帮互助的良好实验习惯等等。
二、课程的进行方式
为了使得实验过程能够顺利地完成，在进行实验时，务必要做到课前认真预习，课上认真实施实验，课后认真完成实验报告。
（一）预习
预习时要仔细阅读实验指导书，复习相关理论知识，明确在此次实验中的目的和要求，了解实验原理、线路、方法和步骤，对实验中要观察的现象、记录的数据、注意事项都要做到心中有数。
（二）实施实验
1．准备工作
学生到实验室后，切勿在实验室内随意走动、乱动实验仪器，应先认真听取指导老师对本次实验的讲解，然后到指定的位置做好以下准备工作：
（1）清点仪表设备。
要注意仪器是否完好，记录下仪表的类型、规格和编号，了解它们的使用方法以及在试验中的作用等。
（2）同组同学之间在实验前要做好分工，注意各自之间对实验环节的相互轮换。
2．连接线路
在实验开始前，结合本次实验的原理图，实验台上仪器仪表的摆放位置尽量做到合理，保证线路各部分均不带电。
接线时，应结合电路自身的结构特点，按照电路顺序连接，所有仪器仪表的布局和布线，要尽量做到清楚有序，各分支、结点容易辨别，接线应牢靠，接线街头不宜过分集中于某一点，仪表的接线端上不宜超过两根以上的导线。
3．检查线路
实验线路连接完成后，要通过自查和同组同学之间的互查，及时发现线路连接过程中所存在的问题，例如：
导线连接时有无松动现象；线路的连接与原理图有无出入；所选用的仪器仪表是否符合要求；输出电源的档位是否置于最小的位置等等。
只有在确保实验线路连接准确无误的前提下，才可接通电源。
4．接通电源
接通电源过程中，务必要随时注意观察仪器仪表、线路有无异常现象出现。
若一切正常，再读取实验数据。
5．读取和记录数据
根据实验要求，正确地读取相关的仪表数据，并准确记录，运用所学的相关知识判断数据的合理性。
6．拆除线路
在完成规定的所有实验项目，数据经指导教师审查合格后，方可拆线。
拆线时，首先应切除电源后，再拆除线路，整理仪器仪表，最后清理完试验台。
（三）实验报告的编写
在完成一次实验之后，务必认真、及时地完成实验报告，因为实验报告是实验过程的全面体现。
内容要用简明的形式将实验情况完整、真实地叙述出来。
实验报告应文字流畅，语言准确，书写清楚、整齐。
图形、表格地绘制要清晰、准确。
完整的一次实验报告一般包括以下内容：
（1）实验日期、班级、组别、实验者的姓名和学号；
（2）实验目的；
（3）实验仪表设备的名称、型号；
（4）实验任务、原理图和实验步骤；
（5）实验数据图表；
（6）实验结论或心得体会；
（7）指导老师评语。
三、电工实验室的安全规则
为了确保人身安全和仪器设备的完好无损，学生在进入实验室以后一定要遵守实验室的安全规则：
（1）进入实验室后，未经教师许可不准随意使用各仪器设备；
（2）动手实验前，要做好一切准备工作，认真观察老师的演示操作方法，对于实验室内容易混淆的对象，比如：
交、直流电源，一定要了解其各自的特征。
（3）对于实验仪表设备，在没有弄清使用方法之前，不得使用。
使用时，要轻拿轻放、防止委托。
未经老师许可，不得随意拆卸仪表部件。
（4）实验线路连接完成后，应经过认真仔细的自查和互查，在老师最终检查无误的前提下方可接通电源。
（5）实验进行时不得用手触摸带电部分。
如要改接线路或拆除部分线路，应在断开电源的基础上，方可操作。
（6）实验室一旦出现异常情况应立即切断电源，将情况报告指导老师，然后再根据现象查找原因，待故障接触后再重新接通电源。
（7）如遇到不懂的地方，要向老师请教，不得随意操作。
（8）实验完毕后应随即切断电源。
第一章电工测量的一般知识及误差分析
1.1电工测量的基础知识
一、电工测量的意义
作为现代工业的一种特殊商品，电能在生产、传输、分配和使用的各个环节中，不能直接感受和反映出各种电气量的大小及变化情况，只有通过各种仪表的测量才能得到准确结果，从而保证电能的质量以及电力系统的正常运行。
例如在发电厂、变电站中，为了保证电力系统的安全和经济运行，务必随时监控系统的运行情况，以对发电机的出力或用户的负荷进行调整。
另外，在电气设备的安装、调试、运行和检修过程中；对电子产品的检验、分析以及坚定时，都会遇到电工测量方面的技术问题。
所以，电工测量是从事电气行业工作的技术人员必须掌握的一门学科。
二、电工测量的概念和过程
1．测量的概念
电工测量就是利用电工仪表，通过实验的方法将被测的电量（电压、电流、功率等）与作为单位的同类标准电量进行比较，从而确定被测量大小的过程。
而要准确测量某一量的大小，必须包括被测对象、单位量的复制体和测量设备等部分。
例如测量出某一电流的大小为15A，需要测量的电流即为被测对象；标准电流即为单位量的复制体，称之为度量器；电流表是将被测量与标准量进行比较的测量设备。
2．测量的过程
在实际的测量中，一般要经过准备、测量及数据处理三个阶段。
在准备测量阶段，首先要根据测量的内容和要求正确选择测量仪器与设备，并确定测量的具体接线方案和测量步骤。
在测量阶段，要按事先设计的接线方案正确接线，并严格规范进行操作，正确记录测量数据，同时要注意人身安全和设备安全。
测量的最后工作是进行数据处理，通过对测量数据或图形的处理、分析，求出被测量的大小及测量误差，以便为解决工程实际问题提供可靠依据。
三、电工测量方法的分类
由于测量对象的不同，测量的目的和要求可能也有所变化，再加上测量条件多种多样，因此测量的方式方法也就有所不同。
根据测量过程中的特点，可将测量方法分为直接测量、间接测量两大类。
1．直接测量 在测量过程中，能够直接将被测量与同类标准量进行比较，或能够直接用事先刻度好的测量仪器对被测量进行测量，从而直接获得被测量的数值的测量方式称为直接测量。
例如，用电压表测量电压、用电度表测量电能以及用直流电桥测量电阻等都是直接测量。
直接测量方式广泛应用于工程测量中。
图1-1所示为直接法测电流。
图1-1直接法测电流
2．间接测量 当被测量由于某种原因不能直接测量时，可以通过直接测量与被测量有一定函数关系的物理量，然后按函数关系计算出被测量的数值，这种间接获得测量结果的方式称为间接测量。
例如，用伏安法测量电阻，是利用电压表和电流表分别测量出电阻两端的电压和通过该电阻的电流，然后根据欧姆定律R=U/I计算出被测电阻R的大小。
间接测量方式广泛应用于科研、实验室及工程测量中。
在测量过程中，作为测量单位的度量器可以直接参与也可以间接参与。
根据度量器参与测量过程的方式，可以把测量方法分为直读法和比较法。
1．直读法 用直接指示被测量大小的指示仪表进行测量，能够直接从仪表刻度盘上读取被测量数值的测量方法，称为直读法。
直读法测量时，度量器不直接参与测量过程，而是间接地参与测量过程。
例如，用欧姆表测量电阻时，从指针在刻度尺上指示的刻度可以直接读出被测电阻的数值。
这一读数被认为是可信的，因为欧姆表刻度尺的刻度事先用标准电阻进行了校验，标准电阻已将它的量值和单位传递给欧姆表，间接地参与了测量过程。
直读法测量的过程简单，操作容易，读数迅速，但其测量的准确度不高。
2．比较法 将被测量与度量器在比较仪器中直接比较，从而获得被测量数值的方法称为比较法。
例如，用天平测量物体质量时，作为质量度量器的砝码始终都直接参与了测量过程。
在电工测量中，比较法具有很高的测量准确度，可以达到土0.001%，但测量时操作比较麻烦，相应的测量设备也比较昂贵。
根据被测量与度量器进行比较时的不同特点又可将比较法分为零值法、较差法和替代法三种。
1．零值法又称平衡法，它是利用被测量对仪器的作用，与标准量对仪器的作用相互抵消，由指零仪表做出判断的方法。
即当指零仪表指示为零时，表示两者的作用相等，仪器达到平衡状态；此时按一定的关系可计算出被测量的数值。
显然，零值法测量的准确度主要取决于度量器的准确度和指零仪表的灵敏度，其测量电路如图1-2所示。
图1-2零值法测电阻
2．较差法是通过测量被测量与标准量的差值，或正比于该差值的量，根据标准量来确定被测量的数值的方法。
较差法可以达到较高的测量准确度。
3．替代法是分别把被测量和标准量接入同一测量仪器，在标准量替代被测量时，调节标准量，使仪器的工作状态在替代前后保持一致，然后根据标准量来确定被测量的数值。
用替代法测量时，由于替代前后仪器的工作状态是一样的，因此仪器本身性能和外界因素对替代前后的影响几乎是相同的，有效地克服了所有外界因素对测量结果的影响。
替代法测量的准确度主要取决于度量器的准确度和仪器的灵敏度。
1.2电工仪表的分类、表面标记和技术要求
一、电工仪表的分类
电工测量仪表种类繁多，分类方法也很多。
下面介绍几种常见的电工测量仪表的分类方法。
1．根据电工测量仪表的工作原理分类
主要有下列几种：
磁电系、电动系、感应系、电子系等。
2．根据被测量的名称或单位不同分类
主要有：
电流表、电压表、功率表、欧姆表等。
3．根据仪表工作电流的种类分类
直流仪表、交流仪表、交直流两用仪表。
4．根据使用方式分类
开关板式与可携式仪表。
5．根据仪表测量结果的显示方式分类
指针指示、光标指示、屏幕显示、数字显示等。
电工测量用的指示仪表的基本工作原理都是将被测量通过各种电磁原理变换成仪表活动部分的偏转角位移。
为了实现上述转变，常用电工测量指示仪表通常都由测量线路和测量机构两部分组成。
测量线路的作用：
是将被测量变换成为测量机构能够直接测量的电磁量。
测量机构的作用有以下三部分：
1．产生转动力矩：
通过电磁原理产生转动力矩，驱使仪表的活动部分按测量要求转动形成偏转角的位移。
2．产生反作用力矩：
其方向与转动力矩相反，作用在仪表的活动部分上，在转动力矩发生偏转时，反作用力矩也在活动部分上且随着偏转角的增大而增大。
当转动力矩与反作用力矩相等时，指针就指示出被测量的读数。
3．产生阻尼力矩：
当转动力矩与反作用力矩相等时，仪表指针没有静止在某一读数上而是左右摆动，产生与运动方向相反的阻尼力矩使指针立即停止在平衡位置上。
二、电工仪表的表面标记
仪表的表面有各种标记符号，以表明它的基本技术特性。
根据国家规定，每一只仪表应有测量对象的电流种类、单位、工作原理的系别、准确度等级、工作位置、外界条件、绝缘强度、仪表型号以及额定值等的标志。
常见的标记符号的意义如表1-1所示。
表1-1常见电工仪表的表面标记符号
分类
符号
名称
电流种类
—
直流
～
交流
交直流两用
测量单位
A
安培
V
伏特
W
瓦特
var
乏
Hz
赫芝
mA
毫安
kV
千伏
工作原理
磁电系仪表
磁电系比率表
电磁系仪表
电动系仪表
感应系仪表
静电系仪表
准确率等级
1.5
以标尺量限的百分数表示
以指示值的百分数表示
工作位置
标尺位置垂直
标尺位置水平
标尺位置与水平面成60º角
外界条件
Ⅰ级防外磁场（磁电
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