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。