《电工技术》实验指导书农机专业 1要点.docx
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《电工技术》实验指导书农机专业1要点
电工技术
实验指导书
新疆石河子大学机械电气工程学院
2016年10月
目录
实验一直流电路分析…………………………………………3
实验二三相交流电路分析……………………………………9
实验三三相鼠笼式异步电动机点动和自锁控制……………14
实验四三相鼠笼式异步电动机正反转控制…………………17
实验一直流电路分析
一、实验目的
1、验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
2、加深电路中电位的相对性、电压的绝对性的理解。
3、验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性理解；
4、验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解；
5、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、原理说明
1、基尔霍夫定律：
该定律是电路理论最基本也是最重要的定理之一。
它概括了电路中电流和电压分别应遵循的规律。
基尔霍夫定律的内容有二，即基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。
即对电路中的任一个节点而言，应有∑I=0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。
运用上述定律时必须注意电流的正方向，此方向可预先任意设定。
2、电位的相对性、电压的绝对性：
在一个确定的闭合电路中，各点电位的高低视所选的电位参考点的不同而变，但任意两点间的电位差（即电压）则是绝对的，它不因参考点电位的变动而改变。
据此性质，我们可用一只电压表来测量出电路中各点的电位及任意两点间的电压。
3、叠加定理：
在线性网络中，多个激励同时作用时的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。
所谓某一激励单独作用，就是除了该激励外，其余激励为零值，为零值的激励若是电压源，则相应的电压源处用短路替代，若为电流源，则在相应的电流源处用开路替代，而它们的内阻或内电导必须保留在原电路中。
4、戴维南定理：
任何一个线性有源网络，总可以用一个等效电压源来代替，此电压源的电动势ES等于这个有源二端网络的开路电压U0C，其等效内阻RS等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。
UOC和RS称为有源二端网络的等效参数。
有源二端网络等效参数的测量方法可采用开路电压、短路电流法即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U0C，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流ISC,则内阻为
三、实验所用仪表和仪器
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流可调稳压电源
0~30V
二路
2
万用表
1
自备
3
直流数字电压表
0~200V
1
4
直流数字毫安表
0~200mA
1
5
可调电阻箱
0～99999.9Ω
1
DGJ-05
6
基尔霍夫定律、
叠加定理实验线路板
1
DGJ-03
四、实验内容
1．验证基尔霍夫定律
利用DGJ-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，按图1-1接线。
图1-1
（1）实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示。
（2）分别将两路直流稳压电源接入电路，令U1＝3V，U2＝6V。
（先调准输出电压值再接入实验线路中。
）
（3）熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至直流数字毫伏表的“+”、“—”两端。
（4）将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，记录电流值,添入
表1-1中。
（5）以图1-1中的E点作为电位的参考点，分别测量各点的电位值V及相邻两点之间的电压值，数据列于表1-2中。
以A点作为参考点，重复实验内容5的测量，测得数据列于表1-2中。
表1-1
被测量
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
∑I（mA）
计算值
测量值
相对误差
表1-2
电位
参考点
V与U
VA
VB
VC
VD
VE
VF
UAB
UBC
UCD
UDE
UEF
UFA
UBE
E
计算值
测量值
相对误差
A
计算值
测量值
相对误差
2．用叠加原理求支路电流
实验线路如图1-2
（1）将两路稳压源U1和U2的输出分别调节为3V和6V，接入U1和U2处。
（2）令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧开关，K3投向330Ω）。
用直流毫安表（接电流插头）测量各支路电流，数据记入
表1-3。
表1-3
测量项目
实验内容
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
U1单独作用
I1ˊ=
I2ˊ=
I3ˊ=
U2单独作用
I1″=
I2″=
I3″=
U1、U2共同作用
I1=
I2=
I3=
（3）令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧，开关K3投向330Ω），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表1-3。
（4）根据叠加原理，计算U1和U2共同作用时各支路电流I1、I2、I3数据记入表1-3中，并与表1-1中所记数值进行比较。
实验注意事项：
（1）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。
（2）注意仪表量程的及时更换。
3．用戴维南定理求支路电流I3
实验线路如图1-1所示。
（1）把R3从图1-1电路拿掉，测量有源两端网络的开路电压Uoc=（见图1-3）。
（2）拿掉R3的同时，短接D1D两点，测量有源两端网络的短路电流Isc=___（见图1-4）。
（3）计算有源两端网络的内阻Ro=Uoc/Isc=.
（4）将稳压电源输出电压调到等于Uoc,作为等效电压源的电动势Eo，将可变电阻的阻值调到等于Ro，作为等效电压源的内阻，并把调好的稳压电源和可变电阻串联组成等效电压源。
（5）将R3和电流表串联接入等效电压源两端，测量电流I3=。
并与表1-1中I3之值比较（见图1-5）
图1-3
图1-4图1-5
五、实验注意事项
1．所有需要测量的电压值，均以电压表测量读数为准，不以电源表盘指示值为准。
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．防止电源两端碰线短路。
4．若用指针式电流表进行测量时，要识别电流插头所接电流表的“+”“—”极性。
倘若不换接极性，则电表指针可能反偏（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正编，但读得的电流值必须冠以负号。
5．测量时应注意电流表量程的更换。
6．改接线路时，要关掉电源。
六、实验报告
1.根据实验数据，选定节点A，验证KCL的正确性。
2.根据实验数据，选定实验电路中的三条闭合回路，验证KVL的正确性。
3．根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结线性电路的叠加性。
4．若以F点为参考电位点，实验测得各点的电位值；现令E点作为参考电位点，试问此时各点的电位值应有何变化？
总结电位相对性和电压绝对性的结论。
5．各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？
6．在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？
可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？
7．总结戴维南定理求支路电流的特点。
实验二三相交流电路分析
一、实验目的
1.掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法，验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。
2.充分理解三相四线制供电系统中中线的作用。
3．掌握用一瓦特表法，二瓦特表法测量三相电路的有功功率和总功率。
二、测量原理
1.三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形（又称"△"接）。
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
UL＝
， IL＝Ip
在这种情况下，流过中线的电流I0＝0，所以可以省去中线。
当对称三相负载作△形联接时，有IL＝
Ip， UL＝Up。
2.不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法，即Yo接法。
而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。
倘若中线断开，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。
尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。
3.当不对称负载作△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。
4．三相功率
（1）对于三相四线制供电的三相星形联接的负载（即YO接法），可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC，三相功率之和为P=PA+PB+PC即为三相负载的总有功功率（所谓一瓦特表法就是用一只单相功率表去分别测量各相的有功功率）。
实验线路如图2-1所示。
若三相负载是对称的，则只需测量一相的功率即可，该相功率乘以3即得三相总的有功功率。
图2-1图2-2
（2）三相三线制供电系统中，不论三相负载是否对称，也不论负载是Y接法还是△接法，都可用二瓦特表测量三相负载的总有功功率。
测量线路如图2-2所示。
若负载为感性或容性，且当相位差>600时，线路中的一只功率表指针将反偏（对于数字式功率表将出现负读数），这时应将功率表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），而读数应记为负值。
图2-2中二瓦特表法中两只功率法的接法是（iA，UAC）与（iB，UBC），此外，还有另外两种连接方法，它们是（iB，UBA）与（iC，UCA）及（iA，UAB）与（iC，UCB）。
三、实验所用仪表和仪器
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0～500V
1
2
交流电流表
0～5A
1
3
万用表
DT9205
1
自备
4
三相自耦调压器
1
5
三相灯组负载
220V，15W白炽灯
9
DGJ-04
6
电流插口座
7
功率表
2
DGJ-07
四、实验内容
1.三相负载星形联接（三相四线制供电）
按图2-3线路组接实验电路。
即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三
测量数据
实验内容
（负载情况）
开灯盏数
线电流（A）
线电压（V）
相电压（V）
中线电流IN（A）
中点电压UN0（V）
A
相
B
相
C
相
IA
IB
IC
UUV
UVW
UWA
UU0
UV0
UW0
Y0接对称负载
3
3
3
Y接对称负载
3
3
3
Y0接不对称负载
1
2
3
Y接不对称负载
1
2
3
Y0接B相断开
1
3
Y接B相断开
1
3
Y接B相短路
1
3
表2-1注：
Y0是负载星形联接有中性线，Y是负载星形联接无中线
相对称电源。
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）。
经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V，并按下述内容设计各项实验，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。
将所测得的数据记入表2-1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2-3
2．负载三角形联接（三相三线制供电）
按图2-4改接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出线电压为220V，并按表2-2的内容设计并进行测试。
图2-4
表2-2
测量数据
负载情况
开灯盏数
线电压=相电压（V）
线电流（A）
相电流（A）
U-V相
V-W相
W-U相
UUV
UVW
UWV
IA
IB
IC
Ia
Ib
Ic
三相对称
3
3
3
三相不对称
1
2
3
3．三相功率测量
（1）用一瓦特表法测定三相对称YO接法以及不对称YO接负载的总功率P。
按图2-5线路接线，线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压，不得超过功率表电压和电流的量限。
经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器输出，使输出线电压为220V，测量时首先将三表按图2-5接入某一相（如B相）进行测量，然后分别将三个表换接到A相和C相，再进行测量，记录并进行计算。
图2-5
表2-3
负载情况
开灯盏数
测量数据
计算值
A相
B相
C相
PA（W）
PB（W）
PC（W）
P（W）
YO接对称负载
3
3
3
YO接不对称负载
1
2
3
（2）用二瓦特表法测定三相负载的总功率
按图2-6接线，将三相灯组负载接成Y形接法。
经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器的输出电压为220V，按表格要求进行测量及计算。
图2-6
表2-4
负载情况
P1
P2
P
对称负载
不对称负载
实验三三相鼠笼式异步电动机点动和自锁控制
一、实验目的
1.通过对三相鼠笼式异步电动机点动控制和自锁控制线路的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。
2.通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点
二、预习要点
1．分析什么叫点动，什么叫自锁；
2．控制电路中各个电器如Q1、FU、KM、FR、SB各起什么作用，已经使用了熔断器为何还要使用热继电器，已经有了开关为何还要使用接触器；
3．根据以上分析，画好鼠笼式异步电动机的点动与自锁控制线路；
4．考虑如何实现既可点动控制又可自锁控制。
三、实验仪器与仪表
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
三相交流电源
380V
2
三相鼠笼式异步电动机
DJ26
1
3
交流接触器
JZC4-40
2
D61-2
4
按钮
3
D61-2
5
热继电器
D9305d
1
D61-2
6
交流电压表
0～500V
1
7
万用电表
DT9205
1
自备
四、实验内容
认识各电器的结构、图形符号、
接线方法；抄录电动机及各电器铭牌
数据；鼠笼机接成Y接法；实验线路
电源端接三相自耦调压器输出端U、V、
W，供电线电压为380V。
图3-1
1．点动控制
按图3-1点动控制线路进行安装接线，接线时，先接主电路，即从380v三相交流电源的输出端U、V、W开始，经接触器KM的主触头，热继电器FR的热元件到电动机M的三个线端A、B、C，用导线按顺序串联起来。
主电路连接完整无误后，再连接控制电路，即从380V三相交流电源某输出端（如V）开始，经过常开按钮SB1、接触器KM的线圈、热继电器FR的常闭触头到三相交流电源另
一输出端（如W）。
显然这是对接触器KM线圈供电的电路。
接好线路，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
（1）开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出线电压为380V。
（2）按起动按钮SB1，对电动机M进行点动操作，比较按下SB1与松开SB1电动机和接触器的运行情况。
（3）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路三相交流电源。
2.自锁控制电路
按图3-2所示自锁线路进行接线，它与图3-1的不同点在于控制电路中多串联一只常闭按钮SB2，同时在SB1上并联1只接触器KM的常开触头，它起自锁作用。
接好线路经指导教师检查后，方可进行通电操作。
（1）按控制屏启动按钮，接通380V
三相交流电源。
（2）按起动按钮SB1，松手后观察电动机M是否
继续运转。
（3）按停止按钮SB2，松手后观察电动机M是否
停止运转。
（4）按控制屏停止按钮，切断实验线路三相
电源，拆除控制回路中自锁触头KM，再接通三相
电源，启动电动机，观察电动机及接触器的运转
情况。
从而验证自锁触头的作用。
实验完毕，将自耦调压器调回零位，图3-2
按控制屏停止按钮，切断实验线路的三相交流电源。
3．既可点动又可自锁控制线路
根据以上点动控制及自锁控制线路，请同学自行设计一既可实现点动又可实现自锁的控制线路，并验证之。
五、实验注意事项
1．实验前要检查控制屏左侧端面上的调压器旋钮需在零位。
2.接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠。
3.操作时要胆大、心细、谨慎，不许用手触及各电器元件的导电部分及
电动机的转动部分，以免触电及意外损伤。
4.通电观察继电器动作情况时,要注意安全,防止碰触带电部位。
六、实验报告
1．画出各控制线路及相应的工作原理流程图。
2．回答以下问题：
（1）试比较点动控制线路与自锁控制线路从结构上及功能上看
主要区别是什么？
（2）自锁控制线路在长期工作后可能出现失去自锁作用。
试分析产生的原因是什么？
（3）交流接触器线圈的额定电压为220V，若误接到380V电源上会产生
什么后果？
反之，若接触器线圈电压为380V，而电源线电压为220V，其结果又如何？
（4）在主回路中，熔断器和热继电器热元件可否少用一只或两只？
熔断器和热继电器两者可否只采用其中一种就可起到短路和过载
保护作用？
为什么？
实验四三相鼠笼式异步电动机正反转控制
一、实验目的
1.通过对三相鼠笼式异步电动机正反转控制线路的安装接线，
掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法。
2.加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。
3.学会分析、排除继电--接触控制线路故障的方法。
二、预习要求
1．在控制线路中,短路、过载、失、欠压保护等功能是如何实现的；
2．在鼠笼机正反转控制线路中，如何改变电动机的旋转方向；
3．电动机的正反转控制线路中，为什么要保证两个接触器不能同时
工作，如何实现；电气互锁以及机械互锁又是如何实现的。
三、实验仪器与仪表
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
三相交流电源
380V
2
三相鼠笼式异步电动机
DJ26
1
3
交流接触器
JZC4-40
2
D61-2
4
按钮
3
D61-2
5
热继电器
D9305d
1
D61-2
6
交流电压表
0～500V
1
7
万用电表
DT9205
1
自备
四、实验内容
认识各电器的结构、图形符号、接线方法；
抄录电动机及各电器铭牌数据。
鼠笼式异步电动机接成Y接法；
实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、W，供电线电压为380V。
1.接触器联锁的正反转控制线路
图4-1
按图4-1接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
（1）开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，
使输出线电压为380V。
（2）按正向起动按钮SB1，观察并记录电动机转向和接触器运行情况。
（3）按反向起动按钮SB2，观察并记录电动机和接触器的运行情况。
（4）按停止按钮SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（5）再按SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（6）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断三相交流电源。
2．接触器和按钮双重联锁的正反转控制线路
按图4-2接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
（1）按控制屏启动按钮，接通380V三相交流电源。
（2）按正向起动按钮SB1，电动机正向起动，观察电动机的转向及接触器
动作情况。
按停止按钮SB3，使电动机停转。
（3）按反向起动按钮SB2，电动机反向起动，观察电动机转向及接触器
动作情况。
按停止按钮SB3，使电动机停转。
（4）按正向（或反向）起动按钮，电动机起动后，再去按反向（或正向）起动按钮，观察有何情况发生？
（5）电动机停稳后，同时按正、反向两只起动按钮，观察有何情况发生？
实验完毕，将自耦调压器调回零位，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。
图4-2
五、故障分析
1、接通电源后，按起动按钮（SB1或SB2），接触器吸合，但电动机不转且发出“嗡嗡”声响；或者虽能起动，但转速很慢。
这种故障大多是主回路一相断线或电源缺相。
2、接通电源后，按起动按钮（SB1或SB2）,若接触器通断频繁，且发出连续的劈啪声或吸合不牢，发出颤动声，此类故障原因可能是：
（1）线路接错，将接触器线圈与自身的动断触头串在一条回路上了。
（2）自锁触头接触不良，时通时断。
（3）接触器铁心上的短路环脱落或断裂。
（4）电源电压过低或与接触器线圈电压等级不匹配。
六、实验报告
1.画出各控制线路及相应的工作原理流程图。
2.回答以下问题：
（1）图4-1虽然也能实现电动机正反转直接控制，
但容易产生什么故障，为什么？
图4-2比4-1有什么优点？
（2）接触器和按钮的连锁触点在集电接触中起到什么作用？
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