《电工电子技术》实验指导书.docx
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《电工电子技术》实验指导书
《电工电子技术》实验指导书
目录
电工电子技术实验概述------------------------------------------------------3
实验一、基尔霍夫定律的验证------------------------------------------5
实验二、戴维南定理和诺顿定理验证---------------------------------8
实验三、叠加原理验证---------------------------------------------------10
实验四、正弦交流电路中R、L、C元件性能-----------------15
实验五、功率因数的改善--------------------------------------------18
实验六、三相电路--------------------------------------------------21
电工电子技术实验概述
《电工电子技术》是机电类专业重要专业基础课程之一。
《电工电子技术实验》是与其紧密配合的实验课程，是电路教学中必不可少的重要实践环节。
本实验指导书所编列的所有课题，均是在学生已学习和掌握电路理论后必须完成的实验。
通过实验和实际操作，获得必要的感性认识、进一步验证、巩固和掌握所学的理论知识。
通过实验学习，可熟悉并掌握电气仪表的工作原理和使用方法、正确联接电路和实验操作规范、观察实验现象、记读实验数据、绘制实验曲线、分析实验结果和误差、回答实验问题、提出对实验的改进意见等。
通过这些环节培养学生的实验技能，提高学生独立分析问题和解决问题的能力及严肃认真、实事求是的科学作风，为今后的工作实践和科学研究奠定初步基础。
为了完成实验教学任务，达到预期的实验教学目的，规范实验程序，培养学生实验操作技能，特提出如下实验工作要求：
（一）、实验前的准备。
学生在进入实验室进行实验操作之前，必须认真地预习实验指导书及教材中的相关部分，做到明确实验原理、实验目的和任务；熟悉实验线路，实验步骤、操作程序；了解并掌握本次实验的仪器设备及其技术性能。
在此基础上写好实验预习报告，列出记录实验数据的表格。
牢牢记住本次实验应该注重的问题，以防在实验操作中损坏实验设备和实验仪表。
经实验教师检查并能准确回答实验中应注意的问题之后，才能进入实验室进行实验。
（二）、实验中同组学生应有明确的实验分工，分别担任接线、查线、操作、观察、记录等工作，使实验进行的井然有序，不忙不乱。
防止出现一人操作，他人观看的现象，更不允许在实验室随意走动、乱动设备、大声喧哗。
如有发生，不听劝阻，防碍他人实验，实验教师有权停止其实验，并逐出实验室。
（三）、进入实验室要熟悉通用电工实验台结构及电源配备情况.选中本次实验所用电源，实验电路板，测量仪表单元板和其他实验设备。
（四）、实验时，首先应将本次实验所用设备和仪表、实验电路板安排在合适的位置上，以便于接线、操作、读取数据和观察波形为原则。
线路检查无误后，正式实验前可大致试做一遍。
试做时可不必仔细读取数据和描绘曲线，目的在于观察实验现象的变化、仪表量程的选取、设备位置是否合适、操作是否方便。
如有异常现象出现，如异味、冒烟、发热或打火等现象，应立即断开电源。
联接线路时一般应先接串联电路，后接并联电路，先接主电路，后接辅助电路，最后接通电源。
接通电源时按实验要求逐次接通开关。
在电路过渡过程中，为避免过渡过程冲击电流表和功率表的电流线圈而造成仪表换坏，一般电流表和功率表电流线圈不能固接在电路中，而是通过电流插口或试触法来替代。
这样既可保护仪表不受意外损坏，又能提高仪表利用率。
（五）、经过试作无问题后，可正式进行实验。
按照本次实验的目的内容、实验步骤进行有序操作。
实验中应按实验要求有目的地调整实验参数，正确读取数据和描绘曲线。
测绘曲线时测量点的间隔和数目要选得合适，被测量的极大值和极小值对应点的数据一定要测出。
在曲线的弯曲部分应多选几个测量点。
测量点的分布要在所研究整个范围内，不要局限于某一个小范围内，也不要超出研究范围。
实验数据应记录在事先准备好的表格中，实验曲线的测量点应在事先准备好的坐标纸上标记。
（六）、注意安全用电。
通用电学实验台电源电压一般在220-380V左右，所以实验中不得用手触及未经绝缘的金属裸露部分，即使是在低压情况下也不例外。
实验中应养成单手操作的习惯，能单手操作尽量不用双手操作。
闭合或断开闸刀开关应迅速果断，同时用目光监视仪表设备有无异常，如有异常应立即切断电源，停止实验进行检查。
（七）、实验工作结束后，先切断电源，但暂时不要拆线，认真检查实验内容和实验结果。
确认无一疏漏，实验结果经实验教师检查无误后，方可拆除线路。
将实验设备归复原位、整理导线、清理实验台面后经教师允许方可离开实验室。
（八）、实验报告的编写。
编写实验报告是将实验结果进行总结、分析和提高的阶段。
实验报告应包括如下一些内容：
实验名称。
实验日期。
系、班级、姓名。
同组者姓名。
实验目的。
实验原理。
实验步骤。
实验数据表格、曲线、波形。
实验心得体会，回答实验问题以及对实验的改进意见。
实验报告在下一次实验前交实验教师批阅，逾期不交者停止做下一课题实验。
实验报告不完整、不认真、草率应付，数据、曲线、波形与实验结果相差较大，实验教师可退回实验报告，并要求学生重新补做该实验。
（九）、关于实验数据的运算与处理
在读取实验数据时，测量仪表的指针不一定恰好与表盘刻度线相符合，这就需估计读数的最后一位数。
这位数字就是所谓存疑数字，如Ｉ＝1.3A，最后一位数字就是存疑数字，1为可靠数字。
有效数字由可靠数字和存疑数字构成，与小数点位置无关。
如23.6和2.36及236都是三位有效数字。
0在数字之间或数字末尾均算作有效数字，0在数字之前不能算作有效数字。
如4.05和4.50都是三位有效数字，而0.45只是两位有效数字。
这里4.50中的末位数0是不能省略的。
实验中进行数字运算时，应只保留一位存疑数字，对第二位存疑数字应用四舍五入法。
如：
45.0＋3.76＝48.76这里4.50中末位数0和3.76中的末位数6均是存疑数字，其和48.76中的7、6两位数均应是存疑数字，对第二位存疑数字6应用四舍五入法，所以
45．0＋3.76＝48.8
同理45.1X3.76＝169.576
将积中第二位存疑数字7四舍五入：
45.1X3.76＝169.6
一般而言，几个数相乘或相除时，最后结果的有效数字位数与几个数中有效数字位数最少的那个数相同。
实验一基尔霍夫定律
一、实验目的
⒈ 验证基尔霍夫定律。
⒉ 加深对参考方向和实际方向以及电压、电流正负的认识。
二、实验原理
基尔霍夫定律是电路中最基本的定律，也是最重要的定律。
它概括了电路中
电流和电压分别应遵循的基本规律。
定律的内容包括基尔霍夫电流定律和电压
定律。
（一）电流定律（KCL）：
电路中，任意时刻，通过任一节点的电流的代数和为零。
即：
∑i=0。
上式表明：
基尔霍夫电流定律规定了节点上支路电流的约束关系，而与支路上元
件的性质无关，不论元件是线性的还是非线性的、含源的或无源的、时变的还是
非时变的等等都是适用的。
（二）电压定律（KVL）：
电路中，任意时刻，沿任何一个闭合回路的电压的代数和恒等于零。
即∑u=0。
上式表明任一回路中各支路电压所必须遵循的规律，它是电压与路径无关的反
映。
同样这一结论只与电路的结构有关，而与支路中元件的性质无关，适用于
任何情况。
三、实验仪器与设备
⒈ ZH-12通用电学实验台
⒉ 数字万用表 一块
⒊直流毫安表 三块
⒋ 直流稳压电源 两台
5．电阻（510，200，300，300,1K）五只
6．导线若干
四、实验内容及步骤
⒈ 验证基尔霍夫电流定律
在ZH-12通用电学实验台上，按图1-1接好线，检查无误后，开启电源，调
节稳压源输出使UＳ１=1.5V，UＳ２＝５Ｖ，然后用毫安表（自选适当的量程）先后分
别代替1～1′，２～２′，３～3′联接导线，串入电路中，依次按图上所标
的参考方向测得各支路电流（注意电流的正负），记录于表2-1中。
图1-1基尔霍夫定律实验电路图
表1-1验证KCL定律表
测量值
理论计算值
误差
I1/mA
I2/mA
I3/mA
∑I/mA
⒉验证基尔霍夫电压定律
测定电流后，电路恢复如图1-1，用电压表依次读取回路Ⅰ（abefa）的支路电压Uab、
Ube、Uef、Ufa以及回路Ⅱ（abcdefa）的支路电压Uab、Ubc、Ucd、Ude、Uef、
Ufa，并将结果记录于表1-2中，注意电压值的正负。
表1-2验证KVL定律表
电压／V
Uab
Ubc
Ucd
Ude
Uef
Ufa
Ube
回路Ⅰ
∑∪=
回路Ⅱ
∑∪=
测量值
计算值
误 差
五、实验报告
⒈ 利用测量结果验证基尔霍夫定律。
⒉ 计算各支路的电压、电流，并计算各值的相对误差。
分析产生误差的原因。
⒊ 思考题：
①电压和电位有什么区别?
②如何确定电压、电流的实际方向?
实验二、迭加原理实验
一、实验目的
通过实验验证迭加原理。
二、实验原理
在任何由线性电阻、线性受控源及独立源组成的线性网络中，每一支路的响
应（电压或电流）都可以看成是每一个独立源单独作用于网络时，在该支路上所
产生的响应（电压或电流）的代数和。
注意：
①该原理仅适用于线性网络。
②独立源单独作用，是指当某个独立源单独作用于网络时，其余的独立源
都不作用即取零值，所以其余的电压源应当用短路代替，电流源用开路
代替。
③迭加原理的“加”是指“代数和”，所以迭加时应注意正负。
三、实验设备
直流稳压电源一台
直流电流表一块
ZH-12通用电学实验台
数字万用表一块
电阻五只
导线若干
四、实验内容与步骤
1、在ZH-12通用电学实验台上，按图2－1连接成电路。
U1、U2由直流压
电源供电。
其中U1＝12VU2＝14V
2、将K1闭合，接通电源U1。
K2倒向短路，U1单独作用于电路。
测量各支
路电流I1，I2和I3以及各支路电压UAB、UBC、UBE，将测量数据填入表2－1中。
表2-1
I1（mA）
I2（mA）
I3（mA）
UAB（V）
UBC（V）
UBE（V）
U1单独
作用
U2单独
作用
∑U1U2
作用
3、将K2倒向电源U2、K2倒向短路，U20单独作用于电路。
重新测量I1、I2
和I3以及UAB、UBC和UBE，将测量数据填入表2-1中。
4、将K1、K2均倒向电源U1、U2，两电源U1、U2共同作用于电路。
再测各
支路电流、电压。
将测量数据填入表2-1中。
5、根据测量数据，验证迭加定理。
五、实验报告
目的、原理、步骤内容、数据表格、验证迭加原理。
回答问题：
迭加原理的使用条件是什么？
实验三、戴维南定理和诺顿定理实验
一、实验目的
1、通过对戴维南定理和诺顿定理的实验验证，加深对等效电路概念的理解。
⒉ 学会几种测量电源内阻以及开路电压的方法。
3、学会用补偿法测量含源一端口网络等效参数。
二、实验原理
根据戴维南定理，任何一个线性含源一端口网络，它的外部特性，总可以等
效为理想电压源Uoc和电阻Rs的
串联组合支路。
Uoc为原网络开路电压，
Rs为原网络去源后的端口处的入端电阻，（a）（b）
图3－１
如图3-1所示。
任何一个线性含源一端口网络，根据诺顿定理，它的外部特性，总可以等
效为理想电流源Isc和一电导Gs的并联组合。
Isc为原网络的短路电流，Gs为原
网络去源后端口处的入端电导。
如图3-2所示。
戴维南定理和诺顿定理是两个完全独
立的定理，尽管两定理所述等效电路之间存在对偶形式，且有
Uoc=IscRsGs=1/Rs的关系。
电路的等效性在于变换前后原电路和等效电路的外部特性保持不变。
即端口
CD处的电压和端口电流保持不变。
在满足这一前提下，含源一端口网络戴维南
等效电路的Uoc和Rs以及诺顿等效电路的Isc和Gs被称为含源一端口网络的
等效参数。
等效参数的测量是将含源一端网络等效为戴维南电路和诺顿电路的关
键。
关于含源一端口网络开路电压Uoc的测量:
常用方法有两种，直接测量法和
补偿法。
1、直接测量法：
当含源一端口网络去源后的入端电阻Rs与电压表内阻Rv相比,Rs<Rs相对于Rv可以忽略不计时，可以直接用电压表测量开路电压。
如图3-3（a）所
示,电压表读数即是含源一口网络的开路电压Uoc。
2、补偿法:
当含源一端口网络去源后的入端电阻Rs与电压表内阻Rv相比较，不可忽
略时，用电压表直接测量开路电压，会影响被测电路的原工作状态，使所测电压
与实际值之间有较大误差。
这时用补偿法可以排除电压表内阻Rv对测量所造成
的影响。
图4-3（b）是用补偿法测量开路电压的电路图，测量步骤如下：
先将补偿电路中开关K开启，将C’D’与CD对应相接，调整补偿电路中分
压器的输出电压，使它近似等于用电压表直接测量闭合回路电压。
再闭合开关K，
细调补偿电路中分压器的输出电压，待检流计中无电流通过即指针指示为零。
此
时电压表读数即是被测电源一端口开路电压Uoc。
由于检流计中无电流，相当于
CD开路，补偿电流的接入，没有影响一端口的工作状态。
（a）Rs< 图3－3
含源一端口网络入端等效电阻Rs的求法：
比较简单的含源一端口网络入端电阻，可将网络中电压源短路，电流源开路
（去源）后，根据网络中电阻的串并联组合，通过计算求得Rs。
比较复杂的含源一端口网络，很难通过计算求得入端电阻。
亦可通过测量（直
接法、补偿法）含源一端口网络的开路电压Uoc和短路电流Isc，则
Rs=Uoc/Isc
对于复杂含源一端口网络还可以将网
络去源后，在端口处加一电压源U，按图
3-4接线，用电压表和电流表测无源一端
图3－4
口网络端口处的电压U和电流I，则
Rs=U/I
三、实验仪器及设备
直流稳压稳流源一台
直流毫安表一块
数字万用表表一块
ZH－12通用电学实验台
检流计（或直流微安表）一块
电阻五只
电位器一只
导线若干
四、实验内容与步骤
1、在ZH－12通用电学实验台上按图3-5接线，U1=25V，C,D左侧用虚线
框起部分为含源一端口网络。
2、测量含源一端口网络的外部特性：
将S1、S2闭合，调节外接电阻RL，使其分别为表3-1中所列数值，记录通
过R2电流（即RL中电流，X5，X6接口处毫安表读数）和C、D间电压填入表3-1
中。
表3-1
RL（Ω）
0
500
1k
1.5k
2k
2.5k
开路
I（mA）
U（V）
3、步骤2中RL=0的电流（短路电流Isc）和开路电压（此电压在步骤2中采用直接测量法测得）Uoc代入公式
Rs=RCD=Uoc/Isc
求出Rs
4、再用补偿法重作步骤3，测量Uoc
Rs=RCD=Uoc/Isc
5、将Uoc用直流稳压电源代替，调节直流稳压电源输出电压为Uoc，与Rs
串联组成戴维南等效电路如图3-6，调节RL,使其分别为表3-1中数值，测量RL
电流和CD间电压，填入表3-2中。
比较表3-1和表3-2数据，验证戴维南定理。
表3-2
RL（Ω）
0
500
1k
1.5k
2k
2.5k
开路
I（mA）
U（V）
6、
将步骤1中RL=0的短路电流Isc用
恒流源替代，调节恒流源的输出电流等于Isc，
与Rs并联构成诺顿等效电路，如图3-7所示。
调节RL使其分别为表3-3中数值，测量RL中
电流和CD间电压，填入表3-3中，比较表3-1
和表3-3中数据以验证诺顿定理。
表3-3
RL（Ω）
0
500
1k
1.5k
2k
2.5k
开路
I（mA）
U（V）
五、实验报告
在同一张坐标纸上画出原一端口网络和各等效网络的伏安特性曲线，并做分析比
较，说明如何验证戴维南定理和诺顿定理。
实验四、正弦交流电路中R、L、C元件性能
一、实验目的
⒈研究RLC元件在正弦交流电路中的基本特性。
⒉研究RLC并联电路中总电流与分电流之间的关系。
二、实验仪器与设备
⒈正弦信号发生器一台
⒉毫伏表一块
⒊ZH－12通用电学实验台
⒋电阻、电感、电容元器件
⒌导线若干
三、实验原理
⒈RLC元件的伏安关系
①电阻元件：
电压、电流的幅值符合欧姆定律，且相位相同。
②电感元件
说明电感元件的电压和电流值的关系不仅和L有关而且和角频率ω有关，电
压超前电流90°角。
③电容元件
电容元件电流超前电压90°角。
⒉R、L、C并联电路中电流的关系
图4-1RLC并联电路
根据基尔霍夫电流定律：
注意：
交流电路同直流电路不一样，总电流的大小不等于各支路电流大小之和，
即：
I≠ＩＲ＋ＩＬ＋ＩＣ。
四、实验内容及步骤
⒈按图4-2所示电路在ZH－12通用电学实验台上连接线路，其中R=500Ω,r=4.5
Ω,L=270mH，c=0.22μF。
图4-2正弦交流电电路实验电路图
⒉将信号发生器的输出电压（有效值）调到4V，频率f=10KHz，测量各支路电
流IＲ、ＩＣ、ＩＬ和总电流I，将测量结果填入表4-1中。
表4-1正弦交流电路测量表
f=10KHZ
f=15kHZ
测量值
计算值
误差
测量值
计算值
误差
IR/mA
IC/mA
IL/mA
I/mA
⒊将信号源频率调至15KHz，重新测量以上各值，并填入表4-1中。
五、实验报告
⒈试用相量图说明在正弦激励下，R、L、C并联电路中各电流之间的关系。
⒉在直流电路中电容和电感的作用如何?
实验五、功率因数的改善
三、实验目的
1、验证交流电路的基尔霍夫定律。
⒉了解日光灯电路的工作原理。
⒊了解提高功率因数的意义和方法。
二、实验仪器及设备
⒈数字万用表一块
⒉交流电流表一块
⒊ZH－12电学实验台
⒋日光灯管、镇流器、电容器、起辉器各一个
三、实验原理
⒈日光灯工作原理：
日光灯电路由灯管、启动器和镇流器组成，如图5-1所示。
①日光灯：
灯管是内壁涂有荧光物质的细长玻璃管，管的两端装有灯丝电极，
灯丝上涂有受热后易发射电子的氧化物，管内充有稀薄的惰性气体和少量的水
银蒸汽。
它的起辉电压是400～500V，起辉后管压降只有80V左右。
因此，日
光灯不能直接接在220V电源上使用。
图5-1日光灯的原理电路
②启辉器：
相当于一个自动开关，是由一个充有氖气的辉光管和一个小容量
的电容器组成。
辉光管的两个金属电极离得相当近，当接通电源时，由于日光
灯没有点亮，电源电压全部加在启动器辉光管的两个电极之间，使辉光管放电，
放电产生的热量使到“U”形电极受热趋于伸直，两电极接触，这时日光灯的
灯丝通过电极与镇流器及电源构成一个回路。
灯丝因有电流通过而发热，从而
使氧化物发射电子。
同时，辉光管两个电极接通时，电极间的电压为零，辉光
放电停止，倒“U”形双金属片因温度下降而复原，两电极分开，回路中的电流
突然被切断，于是在镇流器两端产生一个瞬间高压。
这个高感应电压连同电源
电压一起加在灯管的两端，使热灯丝之间产生弧光放电并辐射出紫外线，管内
壁的荧光粉因受紫外线激发而发出可见光。
小电容用来防止启燃过程中产生的杂散电波对附近无线电设备的干扰。
③镇流器：
它的作用一是在灯管起燃瞬间产生一高电压，帮助灯管起燃
；二是在正常工作时，限制电路中的电流。
⒉提高功率因数的意义和方法
在电力系统中，当负载的有功功率一定，电源电压一定时，功率因数越小，
线路中的电流就越大，使线路压降、功率损耗增大，从而降低了电能传输效率，
也使电源设备得不到充分利用。
因此，提高功率因数具有重大的经济意义。
在用户中，一般感性负载很多。
如电动机、变压器、电风扇、洗衣机等，都
是感性负载其功率因数较低。
提高功率因数的方法是在负载两端并联电容器。
让电容器产生的无功功率来补偿感性负载消耗的无功功率以减少线路总的无功
功率来达到提高功率因数的目的。
四、实验内容及步骤
⒈了解日光灯的各部件及其工作原理
⒉按图5-2接好线路，电容器先不要接入电路。
图5-2改善功率因数实验电路图
注意：
①此实验系强电，一定请指导教师检查无误后，方可通电实验。
②认
真阅读常用仪器仪表的使用说明，掌握交流电流表、电压表和功率表的使用方
法。
⒊闭合开关K，测量灯管两端的电压UＤ，镇流器两端的电压UＬ，电路中的
电流I，各元件的功率和总功率，并将数据填入表12-1中。
表5-1改善功率因数测量表
I
UL
UD
U
P
PD
PL
IC
并联C前
0
并联C后
⒋将电容器C=10μF接入线路，再次测量上述数据并记入表5-1中。
五、实验报告
⒈从测量数据中求出日光灯电阻、镇流器电阻、镇流器的电感和并联电容的
数值。
⒉验证基尔霍夫定律。
⒊并电容后，功率因数有何变化?
要使功率因数提高到1，应并联多大电容?
⒋此电路是过补偿还是欠补偿?
为什么?
⒌可否用串联电容的方法来提高
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