电位电压的测定及基尔霍夫定律.docx
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电位电压的测定及基尔霍夫定律
实验一 电位、电压的测定及基尔霍夫定律
1.1电位、电压的测定及电路电位图的绘制
一、实验目的
1.验证电路中电位的相对性、电压的绝对性
2.掌握电路电位图的绘制方法
二、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0~30V
双路
2
万用表
1
自备
3
直流数字电压表
0~200V
1
4
电位、电压测定实验电路板
1
DVCC-03
三、实验内容
利用DVCC-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”实验电路板,按图1-1接线。
图1-1
1.分别将两路直流稳压电源接入电路,令U1=6V,U2=12V。
(先调准输出电压值,再接入实验线路中。
)
2.以图1-1中的A点作为电位的参考点,分别测量B、C、D、E、F各点的电位值φ及相邻两点之间的电压值UAB、UBC、UCD、UDE、UEF及UFA,数据列于表中。
3.以D点作为参考点,重复实验内容2的测量,测得数据列于表中。
电位
参考点
φ与U
φA
φB
φC
φD
φE
φF
UAB
UBC
UCD
UDE
UEF
UFA
A
计算值
测量值
相对误差
D
计算值
测量值
相对误差
四、思考题
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?
答:
五、实验报告
1.根据实验数据,绘制两个电位图形,并对照观察各对应两点间的电压情况。
两个电位图的参考点不同,但各点的相对顺序应一致,以便对照。
答:
2.完成数据表格中的计算,对误差作必要的分析。
答:
3.总结电位相对性和电压绝对性的结论。
答:
1.2基尔霍夫定律的验证
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.学会用电流插头、插座测量各支路电流。
二、实验内容
实验线路与图1-1相同,用DVCC-03挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”电路板。
1.实验前先任意设定三条支路电流正方向。
如图1-1中的I1、I2、I3的方向已设定。
闭合回路的正方向可任意设定。
2.分别将两路直流稳压源接入电路,令U1=6V,U2=12V。
3.熟悉电流插头的结构,将电流插头的两端接至数字电流表的“+、-”两端。
4.将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中,读出并记录电流值。
5.用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值,记录之。
被测量
I1(mA)
I2(mA)
I3(mA)
U1(V)
U2(V)
UFA(V)
UAB(V)
UAD(V)
UCD(V)
UDE(V)
计算值
测量值
相对误差
三、预习思考题
1.根据图1-1的电路参数,计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值,记入表中,以便实验测量时,可正确地选定电流表和电压表的量程。
答:
2.实验中,若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流,在什么情况下可能出现指针反偏,应如何处理?
在记录数据时应注意什么?
若用直流数字电流表进行测量时,则会有什么显示呢?
答:
四、实验报告
1.根据实验数据,选定节点A,验证KCL的正确性。
答:
2.根据实验数据,选定实验电路中的任一个闭合回路,验证KVL的正确性。
答:
3.将各支路电流和闭合回路的方向重新设定,重复1、2两项验证。
答:
4.误差原因分析。
答:
实验二 叠加原理的验证
一、实验目的
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和齐次性的认识和理解。
二、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0~30V
双路
2
直流数字电压表
0~200V
1
3
直流数字电流表
0~2000mV
1
4
迭加原理实验电路板
1
DVCC-03
三、实验内容
实验线路如图2-1所示,用DVCC-03挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”电路板。
图2-1
1.将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V,接入U1和U2处。
开关K3投向R5侧。
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)。
用直流数字电压表和直流数字电流表(接电流插头)测量各支路电流及各电阻元件两端的电压,记录之。
测量项目
实验内容
U1
(V)
U2
(V)
I1
(mA)
I2
(mA)
I3
(mA)
UAB
(V)
UCD
(V)
UAD
(V)
UDE
(V)
UFA
(V)
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
2U2单独作用
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),重复实验步骤2的测量,记录之。
4.令U1和U2共同作用(开关K1和K2分别投向U1和U2侧),重复上述的测量,并记录之。
5.将U2的数值调至+12V,重复上述第3项的测量,记录之。
6.将R5(330Ω)换成二极管1N4007(即将开关K3投向二极管IN4007侧),重复1~5的测量过程,记录之。
7.任意按下某个故障设置按键,重复实验内容4的测量和记录,再根据测量结果判断出故障的性质。
测量项目
实验内容
U1
(V)
U2
(V)
I1
(mA)
I2
(mA)
I3
(mA)
UAB
(V)
UCD
(V)
UAD
(V)
UDE
(V)
UFA
(V)
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
2U2单独作用
四、预习思考题
1.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?
答:
2.实验电路中,若有一个电阻器改为二极管,试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗?
为什么?
答:
五、实验报告
1.根据实验数据验证线性电路的叠加性与齐次性。
答:
2.各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出?
试用上述实验数据,进行计算并作结论。
答:
3.对实验步骤6进行分析,你能得出什么样的结论?
答:
实验三 正弦稳态交流电路相量的研究
一、实验目的
1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。
2.掌握日光灯线路的接线。
3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明
1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表测得图3-1
各支路的电流值,用交流电压表测得回路各元件两
端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔
霍夫定律,即
=0和
=0。
2.图3-1所示的RC串联电路,在正弦稳态信
号
的激励下,
与
保持有90º的相位差,即当
R阻值改变时,
R的相量轨迹是一个半园。
图3-2
、
与
三者形成一个直角形的电压三
角形,如图3-2所示。
R值改变时,可改
变φ角的大小,从而达到移相的目的。
3.日光灯线路如图3-3所示,图中A
是日光灯管,L是镇流器,S是启辉器,
C是补偿电容器,用以改善电路的功率因数图3-3
(cosφ值)。
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调三相交流电源
0~450V
1
2
交流数字电压表
0~500V
1
3
交流数字电流表
0~5A
1
4
镇流器、启辉器
与30W灯管配用
各1
DVCC-04
5
日光灯灯管
30W
1
屏内
6
电容器
1μF,2.2μF,4.7μF/500V
各1
DVCC-05
7
白炽灯
220V,15W
1~3
DVCC-04
8
电流插座
3
DVCC-04
三、实验设备
四、实验内容
1.按图3-1接线。
R为220V、15W的白炽灯泡,电容器为4.7μF/450V。
经指导教师检查后,接通实验台电源,将自耦调压器输出(即U)调至220V。
记录U、UR、UC值,验证电压三角形关系。
测量值
计算值
U(V)
UR(V)
UC(V)
U’(V)
ϕ
2.日光灯线路接线与测量。
图3-4
按图3-4接线。
经指导教师检查后接通实验台电源,调节自耦调压器的输出,使其输出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为止,记下三表的指示值。
然后将电压调至220V,测量功率P,电流I,电压U,UL,UA等值,验证电压、电流相量关系。
P(W)
Cosφ
I(A)
U(V)
UL(V)
UA(V)
启辉值
正常工作值
3.并联电路──电路功率因数的改善。
按图3-5组成实验线路。
经指导教师检查后,接通实验台电源,将自耦调压器的输出调至220V,记录功率表、电压表读数。
通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行三次重复测量并记录。
图3-5
电容值
测量数值
计算值
(μF)
P(W)
COSφ
U(V)
I(A)
IL(A)
IC(A)
I’(A)
Cosφ
0
1
2.2
4.7
4.7+2.2
五、预习思考题
1.参阅课外资料,了解日光灯的启辉原理。
2.在日常生活中,当日光灯上缺少了启辉器时,人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下,然后迅速断开,使日光灯点亮(DVCC-04实验挂箱上有短接按钮,可用它代替启辉器做试验。
);或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯,这是为什么?
答:
3.为了改善电路的功率因数,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,此时感性元件上的电流和功率是否改变?
答:
4.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?
所并的电容器是否越大越好?
答:
六、实验报告
1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。
答:
2.根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基尔霍夫定律。
答:
3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。
答:
4.装接日光灯线路的心得体会及其他。
答:
实验四 三相交流电路电压、电流的测量
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.充分理解三相四线供电系统中中线的作用。
二、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调三相交流电源
0~450V
1
2
交流数字电压表
0~500V
1
3
交流数字电流表
0~5A
1
4
三相灯组负载
220V,15W白炽灯
9
DVCC-04
5
电流插座
3
DVCC-04
三、实验内容
1.三相负载星形联接(三相四线制供电)
按图4-1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)。
经指导教师检查后,方可开启实验台三相电源开关,然后调节调压器的输出,使输出的三相线电压为220V,并按数据表格要求的内容完成各项实验,将所测得的数据记入表中,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4-1
测量数据
负载情况
开灯盏数
线电流(A)
线电压(V)
相电压(V)
中线电流I0
(A)
中点电压UN0
(V)
A
相
B
相
C
相
IA
IB
IC
UAB
UBC
UCA
UA0
UB0
UC0
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
断
3
Y接B相断开
1
断
3
Y接B相短路
1
短
3
2.负载三角形联接(三相三线制供电)
按图4-2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,并按数据表格要求进行测试。
图4-2
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)
A-B相
B-C相
C-A相
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
IAB
IBC
ICA
三相对称
3
3
3
三相不对称
1
2
3
四、预习思考题
1.三相负载根据什么条件作星形或三角形连接?
答:
2.复习三相交流电路有关内容,试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下,当某相负载开路或短路时会出现什么情况?
如果接上中线,情况又如何?
答:
3.本次实验中为什么要通过三相调压器将380V的市电线电压降为220V的线电压使用?
答:
五、实验报告
1.用实验测得的数据验证对称三相电路中的
关系。
答:
2.用实验数据和观察到的现象,总结三相四线供电系统中中线的作用。
答:
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?
答:
4.根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图,并求出线电流值,然后与实验测得的线电流作比较,分析之。
答: