电工学原理8.docx
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电工学原理8
实验一电子仪器仪表使用
（1）
【实验目的】
1.学习正确使用数字万用表和直流稳压电源；
2.验证叠加原理及基尔霍夫定律；
3.加深对线性电路中参考方向和实际方向以及电压、电流正负的认识。
【相关知识要点】
1.叠加原理：
在任一线性网络中，多个激励同时作用的总响应等于每个激励单独作用时引起的响应之和。
叠加定理是线性电路普遍适用的基本定理，它是线性电路的重要性质之一。
应用叠加定理可以把一个复杂电路分解成几个简单电路来研究，如图1.4.1所示，然后将这些简单电路的研究结果叠加，便可求得原来电路中的电流或电压。
图1.4.1叠加定理示意图
2.基尔霍夫定律：
基尔荷夫电流定律（KCL）:
对任一节点,在任一时刻,所有各支路电流的代数和恒等于零。
即:
∑I＝0（若流入节点为正，则流出节点为负）
基尔荷夫电压定律（KVL）:
沿任一绕行回路,在任一时刻,所有支路或元件电压的代数和恒等于零。
即:
∑U＝0（若与绕行方向相同为正，则与绕行方向相反为负）
【预习与思考】
1.掌握叠加原理、基尔霍夫定律等理论。
2.计算图1.4.1中负载支路的电压UL、电流IL，将所得值记入表1.4.1中。
3.叠加原理中，两个电源同时作用时在电路中所消耗的功率是否也等于两个电源单独作用时所消耗的功率之和？
为什么？
【注意事项】
1.在使用万用表测量时，注意电压、电流、欧姆等档次的选择，切忌用电流档测电压（即与被测元件并联）。
2.一定要在电源断开的情况下，才能用万用表测电阻。
3.在使用稳压电源时，只允许按下一个琴键按钮，切勿将几个选择按钮同时压下，使几组互相独立的电源并联在同一个电压表上，而将几个电源相互短路造成仪器的损坏。
4.通电后，如UL等于零，可用电压表逐点测量电压的方法，找到故障点，分析判断是导线还是器件发生了故障，断电后，仔细检查、排除故障。
【实验设计及测试】
用数字万用表欧姆挡测试R1、R2、R3、RL，测试结果记人表1.4.1中，与标称值对照。
表1.4.1
R1
R2
R3
RL
标称值
100
200
200
300
测量值
调节稳压电源，使其一路电压源输出E1=6V，另一路电压源输出E2=9V，待用。
1.叠加原理实验
（1）先将开关SI、SII拨向“2”侧，再按实验原理电路图1.4.2接线。
（2）测量下列三种情况下负载电阻的电压值UL，并将数据记入表1.4.1中
电源E1单独作用于电路（SI拨“1”，SII拨“2”），电源E2单独作用于电路的情况（SI拨“2”，SII拨“1”），电源E1和E2同时作用于电路的情况（SI、SII都拨“1”）。
（3）测负载电流值IL：
将万用表置于直流电流档“20mA”处并串入RL支路中（注意极性），分别在a、b、c步骤情况下，测得电流值IL，并将数据记入表1.4.2中。
图1.4.2叠加原理实验电路图
表1.4.2
表1.4.2
UL/V
IL/mA
计算值
测量值
误差
计算值
测量值
误差
E1单独作用
E2单独作用
E1E2共同作用
2.基尔霍夫定律实验
（1）开关SI、SII拨向“2”侧,将实验原理电路图1.4.2中的RL支路去掉,SI、SII拨向“1”侧。
（2）KCL的验证:
用万用表直流电流200mA档分别测量I1、I2、I3,将数据记入表1.4.3中。
（3）KVL的验证:
用万用表直流电压20V档测量Uec、E1、E2、Ude,将数据记入表1.4.3中（注意绕行方向与电压极性）。
表1.4.3
I1/mA
I2/mA
I3/mA
∑I
Uec/V
E1/V
E2/V
Ude/V
∑U
测量值
计算值
误差/％
【实验报告要求】
1.完成表中测量值，根据图中参数计算各理论值。
2.分析误差，并指出产生误差的因素？
3.为什么电流表不能与电路并联？
电压表不能与电路串联？
【扩展实验内容】
戴维南定理实验
对图1.4.2电路中a、b两点左侧电路进行戴维南等效变换。
（1）测量开路电压Uo：
将SI、SII置“1”，测RL断开时的Uab＝Uo，记入表1.4.4中。
（2）测量等效电阻Ro：
将SI、SII置于“2”，用万用表测Rab＝Ro，记入表1.4.4中。
（3）用测得的Uo和Ro，按图1.4.3组成戴维南等效电路，测出IL和UL并填入表1.4.4中。
开路电U0=V
负载电流IL=mA
等效内阻R0=Ω
负载电压UL=V
与表1.4.2中UL、IL测量值比较ΔU=ΔI=
表1.4.4
图1.4.3戴维南等效电路图
实验二电子仪器仪表使用
（2）
【实验目的】
1.掌握函数信号发生器、晶体管毫伏表和双踪示波器的使用方法
2.掌握电压、频率、时间和相位差的测量方法。
【相关知识要点】
1.常用电子仪器功能及使用时的注意事项。
2.正弦交流电路中U与Um的关系。
【预习与思考】
1.阅读常用电子仪器使用说明
2.示波器能测量正弦交流信号的有效值还是峰值？
【实验内容】
1.练习用示波器测12V直流电压
⑴设定示波器基准，选择DC耦合方式和适当的Y轴灵敏度，选择触发信号源为CH1。
连接示波器测试线，从CH1通道输入12V直流电压。
打开实验箱电源开关，由坐标刻度读取信号幅值格数，数据记入表1.5.1中。
⑵选择AC耦合方式，观察波形显示变化情况。
表1.5.1
被测信号
Y轴格数/灵敏度
X轴格数/灵敏度
（周期）
X轴格数/灵敏度
（脉冲宽度）
+12V
–12V
校准信号
2.练习用示波器测试示波器的校准信号（频率为1kHZ，幅值为0.6V）
⑴设定示波器基准，选择DC耦合方式和适当的Y轴灵敏度和X轴灵敏度，选择触发信号源为CH2。
连接示波器测试线，从CH2通道输入校准信号，由坐标刻度读取信号幅值、周期、脉冲宽度格数，数据记入表1.5.1中。
⑵分别选择AC耦合方式和按下[INV]，观察波形显示变化情况。
⑶同时观察CH1、CH2通道信号，选择DC耦合方式，调整示波器基准，按下[ADD]键，观察CH1、CH2两通道信号相加的情况。
3.用函数信号发生器输出一频率为1KHZ，峰值电压为1V的正弦波。
4.以该正弦波作输入信号，测试图1.5.1所示被测电路输入、输出信号的电压幅值、频率、周期和相位差。
相位差的测法如图1.5.2所示，图中T为周期，D为相位差。
数据记入表1.5.2中。
图1.5.1示波器、函数发生器的使用图1.5.2相位差的测试
表1.5.2
波形
峰值（V）
有效值（V）
频率（Hz）
周期（ms）
相位差（°）
ui
uo
5.函数信号发生器，观察输出信号波形的变化情况。
6.按函数信号发生器[ATT]（衰减）键，观察输出信号幅值的变化情况。
【实验报告要求】
总结基本实验仪器的使用方法。
实验三荧光灯功率因数的提高
【实验目的】
1.了解荧光灯电路的工作原理，掌握荧光灯电路的安装方法;
2.学习有功功率的测量方法;
3.观察电感性负载并联电容器对提高电路功率因数的作用。
【相关知识要点】
1.荧光灯电路简介
大多数荧光灯电路包括灯管、镇流器和启辉器三个器件，如图2.1.2所示。
灯管内壁涂有荧光粉,管内抽真空后充有惰性气体氩和少量汞蒸气,灯管两端各有一根灯丝。
镇流器是一个具有铁芯的电感线圈,它的作用是帮助灯管启动并在灯管启燃后起降压、限流作用。
电感线圈具有一定的电阻,铁芯也有一定的铁耗,故镇流器要消耗一部分有功功率。
启辉器是一个小型氖气泡,有一个固定电极和一双层金属片构成的可动电极。
两电极与一个小电容并联。
电路启动之初，220V交流电压全部加在启辉器两个电极之上,使其产生辉光放电，可动电极受热膨涨，与固定电极接触，从而接通灯丝电路，使灯丝通过较大电流，迅速加热并发射大量热电子。
启辉器两电极接通后电压降为零，辉光放电停止，双金属片因温度下降而复原,电路断开。
此时，加到灯管两端的电压使灯管内的电子形成高速电子流，撞击气体分子，使之电离而产生弧光放电并射出紫外线，管壁内所涂荧光粉因受紫外线激发而发出荧光灯特有的可见光。
灯管启燃后，灯管上的电压降低于启辉器辉光放电电压，启辉器不能再发生辉光放电，因而失去作用。
研究证明，产生气体放电时的荧光灯是一个非线性电阻,其电流、电压基本同相,电流波形近似为正弦波,电压波形近似为矩形波，它含有50Hz基波和3、5、7等高次谐波,故用电压表（在50Hz正弦波下校准）测量荧光灯电路的电压时,有一定误差。
2.功率因数的提高
由于镇流器具有较大电感,故荧光灯电路是一个感性负载电路。
对于这样的感性负载电路,常采用并联电容器的方法来提高电路的功率因数。
以流过电容器的容性电流，补偿负载中的感性电流，提高负载电路的功率因数。
此时虽然负载消耗的有功功率不变，但输电线路上的总电流减小，线路损耗减小，因此提高了电源设备的利用率和减少了线路的能量损耗。
由于荧光灯电路的非线性，其电流中含有高次谐波，并联电容器不能对其感性无功电流进行全补偿，即功率因数不能提高到1。
3.功率测量方法
功率表具有电流线圈和电压线圈，功率表所测得的功率P=UIcos
，U为功率表电压所跨接电压的有效值；I为流过功率表电流线圈的电流有效值；
为此电压和电流之间的相位差。
功率表接入电路的方法如图2.1.1所示，图中RV为电压线圈支路的分压电阻。
功率表的电流线圈必须串入线路中，且电流线圈的非“*”号端应接至负载端。
电压线圈必须并联接入电路，其“*”端必须与该功率表电流线圈所在的相线相接，而非“*”号端应接至负载的另一端（否则电网的全电压基本上作用在这两个线圈之间，会引起线圈相互作用而产生较大的静电误差，并且可能导致线圈间绝缘击穿）。
如果接线方式正确，而读数为负（或指针反偏），说明实际功率输送的方向与预测的相反。
这时，只要把电流线圈两端位置交换即可。
为了减少测量误差，必须正确选择功率表的联接方法。
图2.1.1（a）所示的联接，功率读数中包括了电流线圈的功率损耗，适用于负载阻抗远大于电流线圈阻抗的情况，这种接法称为电压线圈前接法；图2.1.1（b）所示的连接，功率读数中包括了电压线圈支路的功率损耗，适用于负载阻抗远小于功率表电压线圈支路阻抗的情况，这种接法称为电压线圈后接法。
（a）（b）
图2.1.1功率表的接线方式
【预习与思考】
1.熟悉荧光灯电路的工作原理，明确电路中各电流、电压的情况。
2.复习有关交流并联电路及提高功率因数的内容。
3.在实验中，并入电容之后,灯管中流过的电流和消耗的功率变不变？
总功率因数变不变？
【注意事项】
1.由于电压较高，接拆线路必须断电，线路接好后，必须经教师检查后才可接通电源，在操作过程中，要注意人身和设备安全。
2.镇流器必须与灯管串联接入电路，以免烧坏灯管。
3.通电后，如荧光灯不亮，可用电压表逐点测量电压的方法，找到故障点，分析判断是导线还是器件发生了故障，断电后，仔细检查、更换故障器件。
【实验内容】
1.按原理图2.1.2组成实验电路，经老师检查后才能合上交流220V开关Q，电容箱的全部开关置于“断”，测出U、Ｕ灯、Ｕ镇、Ｉ、Ｉ灯、ＩC、电路总功率Ｐ、镇流器消耗的功率Ｐ镇，数据记入表2.1.1中。
图2.1.2荧光灯电路原理图
2.将并联电容由零逐渐增大，测出相应的电流值，数据记入表2.1.2中。
3.测出电流Ｉ最小时的Ｕ、Ｕ灯、Ｕ镇、Ｉ、Ｉ灯、ＩC、Ｐ、Ｐ镇,数据记入表2.1.1中。
表2.1.1
U/V
U镇/V
U灯/V
I/A
I灯/A
IC/A
P/w
P镇/W
COSф
未并电容
并入电容
电流最小时
表2.1.2
C/μF
1
2
3
4
5
6
7
8
9
I/A
IC/A
【实验报告要求】
1.利用所测数据，计算功率因数，并说明改善功率因数的意义。
2.荧光灯并联电容器后电路总电流减小，但电容超过某一数值后，总电流为什么又会增大?
实验四异步电动机的点动、起动、正反转控制
【实验目的】
1．掌握异步电动机的点动、起动、正反转控制的原理，并熟悉接线与操作;
2．了解控制系统中保护、自锁、互锁环节的作用；
3．学会分析、排除继电--接触控制线路故障的方法。
【相关知识要点】
1.三相异步电动机的定子绕组通人三相交流电会产生旋转磁场。
磁场的旋转方向取决于三相交流电的相序，改变相序就能改变磁场旋转的方向，从而改变电动机的转向。
2．在生产中，要求对电动机进行保护。
通常对小功率电机用热继电器进行过载保护，用熔断器进行短路保护，而接触器线圈具有欠压（零压）保护的功能。
3．在控制系统中，有时要求电机除连续运行外，还需进行点动控制；有时要求某一电器处在加信号作用下动作后能自动保持动作后的状态，这种作用称为自锁作用；使两个电器不能同时动作，这种作用称为互锁作用。
【预习与思考】
1.复习三相异步电动机点动、起动、正反转控制的工作原理。
2.在控制线路中，短路、过载、失、欠压保护等功能是如何实现的？
在实际运行过程中，这几种保护有何意义？
3.在电机正反转控制线路中，为什么两个接触器不能同时工作？
采用哪些措施可解决此问题？
4．如接通电源后，按启动按钮，接触器吸合，但电机不转，且发出“嗡嗡”声响或电机能启动，但转速很慢。
试分析其原因。
【注意事项】
1.要确定在断电后再接线，改接或拆线前必须断掉电源。
２．接线完毕后要经实验老师检查确认无误后，才能合闸通电。
3.起动电流作用时间很短，测量时一人操作，一人读表，并应多操作几次，而每一次必须等电机停稳后再进行操作。
4．接线时，应注意等位点的编号和实验板上编号相对应，避免接错。
【实验内容】
1.点动、连续控制
（1）选定电机电器并熟悉控制实验板的结构后，按图2.9.1接线。
（2）实验小组仔细检查后，请指导教师复查，同意后，接通电源。
（3）闭合Q2，操作各按钮，看接触器动作是否正常，若不正常应复查线路是否正确，电器是否完好，排除故障后继续实验。
（4）闭合Q1，操作各按钮，观察电动机点动与连续运行控制。
（5）将任意二根电源线对调后，再起动电机，观察它的转向。
2.正反转控制
（1）按图2.9.2接线，重复以上步骤
（2）（3）。
（2）闭合Q1，操作各按钮，观察电动机起动及反转的过程。
（3）用电流表测出电机正转及反转的起动电流和直接由正转到反转的冲击电流，然后比较它们的大小。
图2.9.1异步电动机的点动、连续控制电路
图2.9.2异步电动机的正反转控制电路
【实验报告要求】
1．主要实验步骤及数据记录。
2．分析电动机正反转控制线路中，哪些触点起自锁作用？
、哪些触点起互锁作用？
3．简述交流接触器、热继电器在电路中的作用。
4.实验中的故障分析。
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