电工学实验讲义Word文件下载.docx

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在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压UOC,然后再将其输出端短路，测其短路电流ISＣ，且内阻为：



。

若有源二端网络的内阻值很低时，则不宜测其短路电流。

（2）伏安法

一种方法是用电压表、电流表测出有源二端网络的外特性曲线，如图6－1所示。

开路电压为UOC，根据外特性曲线求出斜率tg，则内阻为：

另一种方法是测量有源二端网络的开路电压UOC，以及额定电流IN和对应的输出端额定电压

UN，如图6－1所示，则内阻为：

（3）半电压法

如图6－2所示，当负载电压为被测网络开路电压UOC一半时，负载电阻RL的大小（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻RS数值。

（4）零示法

在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图6－3所示。

零示法测量原理是用一低内阻的恒压源与被测有源二端网络进行比较，当恒压源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”，然后将电路断开，测量此时恒压源的输出电压U，即为被测有源二端网络的开路电压。

三．实验设备

1．直流数字电压表、直流数字电流表

2．恒压源（双路0～30V可调。

）

3．恒源流（0～200mA可调）

4．NEEL－11下组件或EEL－51、EEL－52、EEL－53或MEEL—05、MEEL—06

四．实验内容

被测有源二端网络如图6-4所示.

1．图6-4线路接入恒压源US＝12V和恒流源IS＝20mA及可变电阻RL。

测开路电压UOC：

在图6－4电路中，断开负载RL，用电压表测量开路电压UOC，将数据记入表6－1中。

测短路电流ISＣ：

在图6－5电路中，将负载RL短路，用电流表测量短路电流ISＣ，将数据记入表6－1中。

表6-1

Uoc（V）

Isc（mA）

Rs=Uoc/Isc

2．负载实验

测量有源二端网络的外特性：

在图6－4电路中，改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表6－2中。

并计算有源二端网络的等效参数US和RS

表6-2

RL（）

990

900

800

700

600

500

400

300

200

100

U（V）

I（mA）

3．验证戴维南定理

测量有源二端网络等效电压源的外特性：

图6－5（a）电路是图6－4的等效电压源电路，图中，电压源US用恒压源的可调稳压输出端，调整到表6－1中的UOC数值，内阻RS按表6－1中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。

然后，用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表6－3中。

表6-3有源二端网络等效电流源的外特性数据

测量有源二端网络等效电流源的外特性：

图6－5（b）电路是图6—4的等效电流源电路，图中，电流源IS用恒流源，并调整到表6－1中的ISC数值，内阻RS按表6－1中计算出来的RS（取整）选取固定电阻。

然后，用电阻箱改变负载电阻RL的阻值，逐点测量对应的电压、电流，将数据记入表6－4中。

表6－4有源二端网络等效电流源的外特性数据

UAB（V）

4．测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法：

将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源IＳ去掉，也去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载RＬ开路后A,B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻Req或称网络的入端电阻R1。

Req==（）

5．用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻RS及其开路电压Uoc.

五．实验注意事项

1．测量时，注意电流表量程的更换

2．改接线路时，要关掉电源。

六．预习与思考题

1．如何测量有源二端网络的开路电压和短路电流，在什么情况下不能直接测量开路电压和短路电流？

2．说明测量有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。

七．实验报告要求

1．回答思考题；

2．根据表6－1和表6－2的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS；

3．根据半电压法和零示法测量的数据，计算有源二端网络的等效参数US和RS；

4．实验中用各种方法测得的UOC和RS是否相等？

试分析其原因；

5．根据表6－2、表6－3和表6－4的数据，绘出有源二端网络和有源二端网络等效电路的外特性曲线,验证戴维南定理和诺顿定理的正确性；

6．说明戴维南定理和诺顿定理的应用场合。

实验二提高功率因数的研究

1．研究提高感性负载功率因数的方法和意义；

2．进一步熟悉、掌握使用交流仪表和自耦调压器；

3．进一步加深对相位差等概念的理解。

二．原理说明

供电系统由电源（发电机或变压器）通过输电线路向负载供电。

负载通常有电阻负载，如白炽灯、电阻加热器等，也有电感性负载，如电动机、变压器、线圈等，一般情况下，这两种负载会同时存在。

由于电感性负载有较大的感抗，因而功率因数较低。

若电源向负载传送的功率

，当功率P和供电电压U一定时，功率因数

越低，线路电流I就越大，从而增加了线路电压降和线路功率损耗,若线路总电阻为

，则线路电压降和线路功率损耗分别为

和

；

另外，负载的功率因数越低，表明无功功率就越大，电源就必须用较大的容量和负载电感进行能量交换，电源向负载提供有功功率的能力就必然下降，从而降低了电源容量的利用率。

因而，从提高供电系统的经济效益和供电质量，必须采取措施提高电感性负载的功率因数。

通常提高电感性负载功率因数的方法是在负载两端并联适当数量的电容器，使负载的总无功功率Q＝QL－QC减小，在传送的有功率功率P不变时，使得功率因数提高，线路电流减小。

当并联电容器的QC＝QL时，总无功功率Q＝0，此时功率因数

＝1，线路电流I最小。

若继续并联电容器，将导致功率因数下降，线路电流增大，这种现象称为过补偿。

负载功率因数可以用三表法测量电源电压U、负载电流I和功率P，用公式

计算。

本实验的电感性负载用铁心线圈，（日光灯镇流器）电源用220V交流电经自耦调压器调压供电。

1．交流电压表、电流表、功率表（在主控制屏上）

2．自耦调压器（输出交流可调电压）

3．NEEL—17（或EEL—52、EEL—55或MEEL—001）—30W镇流器，630V/4.3μF电容器，电流插头，30W日光灯

按图14-2组成实验电路经指导老师检查后，按下按钮开关，调节自耦变压器的输出电压为220V，记录功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，接入电容，从小到大增加电容容值，记录不同电容值时的功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，并记入表14-2中。

表14-2提高感性负载功率因数实验数据

C（

P（W）

UC（V）

UL（V）

UA（V）

I（A）

IC（A）

IL（A）

cos

0.47

1

1.47

2.2

2.67

3.2

3.67

4.3

4.77

5

6.47

6.5

7.5

1．功率表要正确接入电路，通电时要经指导教师检查。

2．注意输出电压为零（即调压器逆时针旋到底）

3．本实验用电流取样插头测量三个支路的电流。

4．在实验过程中，一直要保持负载电压U2等于210V，以便对实验数据进行比较。

1．电感性的负载为什么功率因数较低？

负载较低的功率因数对供电系统有何影响？

为什么？

2．为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，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？

此时感性负载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？

4．自拟实验所需的所有表格。

5.了解日光灯工作原理

1．根据实验1、2数据，计算出日光灯和并联不同电容器时的功率因数。

并说明并联电容器对功率因数的影响。

绘制出功率因数与所并电容的曲线,所并电容是否越大越好?

2．根据表14－1中的电流数据，说明I＝IC＋IRL吗？

3．画出所有电流和电源电压的相量图，说明改变并联电容的大小时，相量图有何变化？

4．根据实验2、3数据，从减小线路电压降、线路功率损耗和充分利用电源容量两个方面说明提高功率因数的经济意义。

5．回答思考题1、2、3。

实验三三相电路电压、电流的测量

1．练习三相负载的星形联接和三角形联接；

2．了解三相电路线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系；

3．了解三相四线制供电系统中，中线的作用；

4．观察线路故障时的情况。

电源用三相四线制向负载供电，三相负载可接成星形（又称‘Y’形）或三角形（又称‘Δ’形）。

当三相对称负载作‘Y’形联接时，线电压ＵＬ是相电压UP的

倍，线电流ＩＬ等于相电流ＩＰ，即：

，流过中线的电流ＩN＝０；

作‘Δ’形联接时，线电压UL等于相电压UP，线电流IL是相电流IP的

倍，即：

不对称三相负载作‘Y’联接时，必须采用‘YO’接法，中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压等于电源的相电压（三相对称电压）。

若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高，使负载遭受损坏，负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作；

对于不对称负载作‘Δ’联接时，IL≠

Ip，但只要电源的线电压UL对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。

本实验中，用三相调压器调压输出作为三相交流电源，用三组白炽灯作为三相负载，线电流、相电流、中线电流用电流插头和插座测量。

1．三相交流电源2．交流电压表、电流表

3．NEEL—17或EEL—55或MEEL—02

1．三相负载星形联接（三相四线制供电）

实验电路如图18－1所示，将白炽灯按图所示，连接成星形接法。

用三相调压器调压输出作为三相交流电源，具体操作如下：

将三相调压器的旋钮置于三相电压输出为0V的位置（即逆时针旋到底的位置），然后旋转旋钮，调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220Ｖ。

测量线电压和相电压，并记录数据。

在用到NEEL-17组件时，两个灯炮应该串联，做不对称实验时，将第四相灯泡并到另三相灯泡的任意一相即可。

（1）在有中线的情况下，用高压电流取样导线测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流,并测量各相电压，将数据记入表18－1中，并记录各灯的亮度。

（2）在无中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、各相电压和电源中点N到负载中点Nˊ的电压UNNˊ，将数据记入表18－1中，并记录各灯的亮度。

表18—1负载星形联接实验数据

中线连接

每相灯组数

负载相电压（V）

电流（A）

UNN（V）

亮度比较A、B、C

A

B

C

UA

UB

UC

IA

IB

IC

IN

有

2

断开

无

2．三相负载三角形联接

实验电路如图18－2所示，将白炽灯按图所示，连接成三角形接法。

调节三相调压器的输出电压，使输出的三相线电压为220V。

测量三相负载对称和不对称时的各相电流、线电流和各相电压，将数据记入表18－2中，并记录各灯的亮度。

表18—2负载三角形联接实验数据

相电压（V）

线电流（A）

相电流（A）

亮度比较

A-B

B-C

C-A

UAB

UBC

UCA

IAB

IBC

ICA

1．每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先接线，后通电；

先断电，后抓线的实验操作原则。

2．星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。

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。

4．实验时，应将每相的两个灯泡串联，做不对称实验时，将第四相并到其他三相的另一相上。

1．三相负载根据什么原则作星形或三角形连接？

本实验为什么将三相电源线电压设定为220V？

2．三相负载按星形或三角形连接，它们的线电压与相电压、线电流与相电流有何关系？

当三相负载对称时又有何关系？

3．说明在三相四线制供电系统中中线的作用，中线上能安装保险丝吗？

1．根据实验数据，在负载为星形连接时，

在什么条件下成立？

在三角形连接时，

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中线的作用；

3．不对称三角形联接的负载，能否正常工作？

实验是否能证明这一点？

4．根据不对称负载三角形联接时的实验数据，画出各相电压、相电流和线电流的相量图，并证实实验数据的正确性。

实验四三相异步电动机正反转继电接触控制

一、实验目的

1、熟悉常用电器的构造、工作原理。

2、掌握三相异步电动机正反转的控制原理。

3、熟悉互锁触点在电路中的作用。

3、学会看懂电路图并按图接线的方法，培养分析、检查和排除故障的能力。

二、实验仪器设备

1、MEEL-1型高性能电工系统实验装置1台

2、三相异步电动机（60w）1台

三、预习要求

1、预习有关低压电器和继电接触控制的有关知识。

2、看懂电动机的正反转控制电路，了解各触点及其它元件的作用。

3、到实验室调研，了解实验设备、低压电器型号及使用方法。

四、实验内容及步骤

按图5-1所示接好实验控制线路图，分别控制三相异步电动机正转、反转运行，观察电器工作和电动机运行情况。

注意：

因为使用电压较高，特别要注意安全，接拆线时，一定要断开电源进行。

1、进行电动机的正反转起动和停止操作，在起动停止操作的过程中，观察电动机的旋转方向。

2、着重分析各自锁及联锁触点的工作状态，从而体会自锁及联锁触点的作用。

五、实验报告要求

1、画好三相异步电动机正反转控制线路图，并简述工作原理。

2、简述交流接触器及热继电器的工作原理。

3、画出实验中故障现象的原理图，并分析故障原因及排除方法。

六、思考题

1、主电路的短路、过载和失压三种保护功能是如何得到的，在实际运行中这三种保护功能有什么意义？

2、主电路中熔断器、热继电器是否可以采用任一种就能起到短路及过载保护作用，为什么？

3、在电路中，如果缺少一个作自锁作用的触头，你能想法代替吗？

画出这时的控制电路图，但需指出它存在的缺点。