实验5讲解.docx
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实验5讲解
电工技术实验指导书
电子信息工程系
实验室地址：
实四号楼4201、4203室
班级：
姓名：
学号：
二0一四年十二月
实验室管理制度
1．学生进入实验室后不得大声喧哗、追逐、打闹，按学号顺序选择实验台对号就座，不得私自调换座位。
入座后认真预习实验内容。
2．严禁找人代替做实验，一但发现取消本实验资格。
不得将非本班学生带入实验室；实验中不得随意窜位；不得随意调换实验组件，有问题及时向老师提出。
3．禁止在实验室吃（早餐）带有皮、壳的食物和喝饮料、打电话；禁止随地吐痰、扔废纸、垃圾；严禁在实验台上乱涂乱画。
4．实验前核对实验用导线，直流用导线：
每组相同颜色相同长度的导线12根；或交流用导线：
每组相同颜色相同长度的导线12根，另有红、黄、绿三根组合在一起长度不同的二组导线，如有问题及时向老师反应。
5．实验完毕清理工作台面，清点、整理实验用导线，使工作台面恢复原始状态，离开实验台一定要关闭面板开关及设备总开关。
最后轮流留人清扫实验室。
电工技术实验室
认识实验
一、目的
1.熟悉实验台上仪表的使用及布局；
二、各部分功能及使用方法
1．三相交流电源
2．交流仪表
3．直流电源
4．直流仪表
5．信号源
三、各项仪表使用注意事项
电流表一定要串在被测电流的支路中，电压表应并在被测电路的两端；
实验一基尔霍夫定律的验证
一．实验目的
1．验证基尔霍夫定律，加深对基尔霍夫定律的理解。
2．掌握直流电流表的使用以及学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。
3．学习检查、分析电路简单故障的能力。
二．原理说明
基尔霍夫定律：
基尔霍夫电流定律和电压定律是电路的基本定律，它们分别描述结点电流和回路电压，即对电路中的任一结点而言，在设定电流的参考方向下，应有ΣI＝0。
一般流出结点的电流取负号，流入结点的电流取正号；对任何一个闭合回路而言，在设定电压的参考方向下，绕行一周，应有ΣU＝0，一般电压方向与绕行方向一致的电压取正号，电压方向与绕行方向相反的电压取负号。
在实验前，必须设定电路中所有电流、电压的参考方向，其中电阻上的电压方向应与电流方向一致，见图1－1所示。
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．EEL－53组件。
四．实验内容
实验电路如图1－1所示，图中的电源US1用恒压源
路0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋6V，US2用恒压源
路0～＋30V可调电压输出端，并将输出电压调到＋12V（以直流数字电压表读数为准）。
开关S1投向US1侧，开关S2投向US2侧，开关S3投向R3侧。
实验前先设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1、I2、I3所示，并熟悉线路结构，掌握各开
图1-1
关的操作使用方法。
1．熟悉电流插头的结构，将电流插头的红接线端插入数字电流表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入数字电流表的黑（负）接线端。
2．测量支路电流
将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出各个电流值。
按规定：
在结点A，电流表读数为‘＋’，表示电流流入结点，读数为‘－’，表示电流流出结点，然后根据图1－1中的电流参考方向，确定各支路电流的正、负号，并记入表1－1中。
表1－1支路电流数据
支路电流（mA）
I1
I2
I3
计算值
测量值
相对误差
3．测量元件电压
用直流数字电压表分别测量两个电源及电阻元件上的电压值，将数据记入表1－2中。
测量时电压表的红（正）接线端应插入被测电压参考方向的高电位端，黑（负）接线端插入被测电压参考方向的低电位端。
表1－2各元件电压数据
各元件电压（V）
US1
US2
UR1
UR2
UR3
UR4
UR5
计算值（V）
测量值（V）
相对误差
五．实验注意事项
1．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。
2．防止电源两端碰线短路。
3．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而损坏设备（电流为负值时），此时必须调换电流表极性，重新测量，此时指针正偏，但读得的电流值必须冠以负号。
六．预习与思考题
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1－2中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程；
2．在图1－1的电路中，A、D两结点的电流方程是否相同？
为什么？
3．在图1－1的电路中可以列几个电压方程？
它们与绕行方向有无关系？
4．实验中，若用指针万用表直流毫安档测各支路电流，什么情况下可能出现毫安表指针反偏，应如何处理，在记录数据时应注意什么？
若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
七．实验报告要求
1．回答思考题。
2．根据实验数据，选定实验电路中的任一个结点，验证基尔霍夫电流定律（KVL）的正确性。
3．根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证基尔霍夫电压定律（KCL）的正确性。
4．列出求解电压UEA和UCA的电压方程，并根据实验数据求出它们的数值。
5．写出实验中检查、分析电路故障的方法，总结查找故障的体会。
实验二线性与非线性元件伏安特性的测绘
一．实验目的
1．掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法。
2．学习恒电源、直流电压表、电流表的使用方法。
二．原理说明
任一二端电阻元件的特性可用该元件上的端电压U与通过该元件的电流I之间的函数关系U＝f（I）来表示，即用U－I平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该电阻元件的伏安特性曲线。
根据伏安特性的不同，电阻元件分两大类：
线性电阻和非线性电阻。
线性电阻元件的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图2－1中（a）所示，该直线的斜率只由电阻元件的电阻值R决定，其阻值为常数，与元件两端的电压U和通过该元件的电流I无关；非线性电阻元件的伏安特性是一条经过坐标原点的曲线，其阻值R不是常数，即在不同的电压作用下，电阻值是不同的，常见的非线性电阻如白炽灯丝、普通二极管、稳压二极管等，它们的伏安特性如图2－1中（b）、（c）、（d）。
在图2－1中，U〉0的部分为正向特性，U〈0的部分为反向特性。
绘制伏安特性曲线通常采用逐点测试法，即在不同的端电压作用下，测量出相应的电流，然后逐点绘制出伏安特性曲线，根据伏安特性曲线便可计算其电阻值。
三．实验设备
1．直流电压、电流表；
2．电压源（双路0～30V可调）；
3．EEL—51N组件。
四．实验内容
1．测定线性电阻的伏安特性
按图2－2接线，图中的电源U选用恒压源的可调稳压输出端，通过直流数字毫安表与1kΩ线性电阻相连，电阻两端的电压用直流数字电压表测量。
调节恒压源可调稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加（不能超过10V），在表2－1中记下相应的电压表和电流表的读数。
表2－1线性电阻伏安特性数据
U（V）
0
2
4
6
8
10
I（mA）
2．测定6.3V白炽灯泡的伏安特性
将图2-2中的1kΩ线性电阻换成一只6.3V的灯泡，重复1的步骤，电压不能超过6.3V，在表2－2中记下相应的电压表和电流表的读数。
表2－26.3V白炽灯泡伏安特性数据
U（V）
0
1
2
3
4
5
6.3
I（mA）
3．测定半导体二极管的伏安特性
按图2—3接线，Ｒ为限流电阻，取200Ω（十进制可变电阻箱），二极管的型号为1N4007。
测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过25mA，二极管ＶＤ的正向压降可在0～0.75V之间取值。
特别是在0.5～0.75之间更应取几个测量点；测反向特性时，将可调稳压电源的输出端正、负连线互换，调节可调稳压输出电压U，从0伏开始缓慢地减少（不能超过-30V），将数据分别记入表2－3和表2－4中。
表2－3二极管正向特性实验数据
U（V）
0
0.2
0.4
0.45
0.5
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
I（mA）
表2－4二极管反向特性实验数据
U（V）
0
－5
－10
－15
－20
－25
－30
I（mA）
4．测定稳压管的伏安特性
将图2—3中的二极管1N4007换成稳压管2CW51，重复实验内容3的测量，其正、反向电流不得超过±20mA，将数据分别记入表2－5和表2－6中。
表2－5稳压管正向特性实验数据
U（V）
0
0.2
0.4
0.45
0.5
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
I（mA）
表2－6稳压管反向特性实验数据
U（V）
0
－1
－1.5
－2.
－2.5
－2.8
－3
－3.2
－3.5
－3.55
I（mA）
五．实验注意事项
1．测量时，可调稳压电源的输出电压由0缓慢逐渐增加，应时刻注意电压表和电流表，不能超过规定值。
2．稳压电源输出端切勿碰线短路。
3．测量中，随时注意电流表读数，及时更换电流表量程，勿使仪表超量程。
六．预习与思考题
1．线性电阻与非线性电阻的伏安特性有何区别？
它们的电阻值与通过的电流有无关系？
2．如何计算线性电阻与非线性电阻的电阻值？
3．请举例说明哪些元件是线性电阻，哪些元件是非线性电阻，它们的伏安特性曲线是什么形状？
4．设某电阻元件的伏安特性函数式为I＝f（U），如何用逐点测试法绘制出伏安特性曲线。
七．实验报告要求
1．根据实验数据，分别在方格纸上绘制出各个电阻的伏安特性曲线。
2．根据伏安特性曲线，计算线性电阻的电阻值，并与实际电阻值比较。
3．根据伏安特性曲线，计算白炽灯在额定电压（6.3V）时的电阻值，当电压降低20％时，阻值为多少？
4．回答思考题。
实验三三相电路电压、电流的测量
一．实验目的
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。
二．原理说明
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。
三．实验设备
1．三相交流电源；
2．交流电压、电流、功率、功率因数表；
3．EEL-55B组件。
四．实验内容
1．三相负载星形联接（三相四线制供电）
实验电路如图24－1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。
（1）在有中线的情况下，测量三相负载对称和不对称时的各相电流、中线电流和各相电压，将数据记入表24－1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24－1中，并记录各灯的亮度。
表24—1负载星形联接实验数据
中线
连接
开关状态
负载相电压（Ｖ）
电流（A）
UNN
（V）
亮度比较
A、B、C
UA
UB
UC
IA
IB
IC
IN
有
K1~K6闭合
K1、K2、K4、K5、K6闭合；K3断开
K1、K2、K6闭合；K3~K5断开
无
K1、K2、K6闭合；K3~K5断开
K1、K2、K4、K5、K6闭合；K3断开
K1~K6闭合
2．三相负载三角形联接
实验电路如图24－2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24－2中，并记录各灯的亮度。
表24—2.1负载三角形联接实验数据
开关状态
相电压（Ｖ）
线电流（Ａ）
相电流（Ａ）
亮度比较
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
IAB
IBC
ICA
K1~K6闭合
K1、K2、K6闭合；K3~K5断开
五．实验注意事项
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。
六．预习与思考题
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？
为什么？
七．实验报告要求
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，
在什么条件下成立？
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．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。
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