电工上册实验.docx

1、电工上册实验实验一基尔霍夫定律和戴维南定理一、 实验目的1.通过实验验证基尔霍夫电流定律和电压定律，巩固所学理论知识2.加深对参考方向概念的理解。二、实验原理基尔霍夫定律是电路理论中最基本也是最重要的定律之一，它概括了电路中电流和电压分别遵循的基本规律，它包括基尔霍夫电流定律（）和基尔霍夫电压定律（）。基尔霍夫节点电流定律：电路中任意时刻流进（或流出）任一节点的电流的代数和等于零，其数学表达式为：（2）此定律阐述了电路电路任一节点上各支路电流间的约束关系，这种关系，与各支路上元件的性质无关，不论元件是线形的或是非线形的，含源的或是无源的，时变的或时不变的。基尔霍夫回路电压定律：电路中任意时刻，

2、沿任意闭合回路，电压的代数和为零，其数学表达式为：（2）此定律阐明了任意闭合回路中各电压间的约束关系，这种关系仅与电路的结构有关，而与构成回路的各元件的性质无关，不论这些元件是线形的或非线形的，含源的或无源的，时变的或时不变的。参考方向：和表达式中的电流和电压都是代数量，它们除具有大小之外，还有其方向，其方向是以它量值的正、负表示的，为研究问题方便，人们通常在电路中假定一个方向为参考，称为参考方向，当电路中的电流（或电压）的实际方向与参考方向相同时取正值，其实际方向与参考方向相反时取负值。例如，测量某节点各支路电流时，可以设流入该节点的电流方向为参考方向（反之亦可），将电流表负极接到该节点上，

3、而将表的正极分别串入各条支路，当电流表指针正向偏转时，说明该支路电流是流入节点的，与参考方向相同，取其值为正，若指针方向方向偏转，说明该支路是流出节点，与参考方向相反，倒换电流表极性，再测量，取其值为负。将测量的结果填如表2-1中表2-1计算值 测量值 误差I1 （mA）I2 （mA）I3 （mA）I图2-12验证基尔霍夫回路电压定律（KVL）实验电路与图2-1相同，用联接导线将三个电流借口短路。取两个验证回路：回路1为ABEFA，回路2为BCDEB。由电压表依次测取ABEFA回路中各支路电压UBC、UCD、UDE、UEB，将测量结果填入表2-2中。测量时可选逆时针方向为绕行方向，并注意电压表

4、的指针偏转方向及取值的正与负。表2-2UABUBEUEFUFA回路IUUBCUCDUDEUEB回路U计算值测量值误差（二）戴维南定理本实验在电路单元板上进行，按图2-2接线，使U1=25V，选择CD两端左侧为一端口含源网络。1测量含源一端口网络的外部伏安特性：调节含源一端口网络外接电阻RL的数值 ，使其分别为表2-3中的数值，测量通过R2的电流（X5和X6电流接口处电流表读数）和两端电压，将测量结果填入表2-3中，其中RL=0时的电流称为短路电流。表2-3RL() 0 500 1K1.5K2K2.5K开路I(mA)U(V)图2-22验证戴维南定理（1）测量C、D端口网络的开路电压UOC第一种方

5、法：直接测量法当含源一端口网络的入端等效电阻RI与电压表内阻RV相比可以忽略不计时，可以直接用电压表测量其开路电压UOC。第二种方法：补偿法当一端口网络的的入端电阻RI与电压表内阻RV相比不可忽略时，用电压表直接测量其开路电压UOC，就会影响被测电路的原工作状态，使所测电压与实际间有较大的误差。补偿法可以排除电压表内阻对测量所造成的影响。图2-4补偿法则一断口网络的开路电压图2-4 是用补偿法测量电压的电路，测量步骤如下：用电压表初测一端口网络的开路电压，并调整补偿电路中分压器的电压，使它近似等于初测的开路电压。将C、D与C、D对应相接再细调补偿电路中分压器的输出电压，使检流计G的指示为零。因

6、为G中无电流通过，这时电压表指示的电压等于被测电压，并且补偿电路的接入没有影响被测电路的工作状态。表2-4RL() 0 500 1K1.5K2K2.5K开路I(mA)U(V)（2）用补偿法（或直接测量法）所测得的开路电压UOC和步骤1中测得的短路电流（RL=0）ISC，计算C、D端入端等效电阻。 RCD=RI=UOC/ISC（3）构成戴维南等效电路如图2-5，其中电压源用直流稳压电源代替，调节电源输出电压，使之等于UOC，RI用电阻箱代替，在C、D端接入负载电阻RL。 按和表2-3中相同的电阻值，测取电流和电压，填入表2-4。（4）将表2-3和2-4中的数据进行比较，验证戴维南定理。 图2-5

7、戴维南等效电路五、实验报告及要求1、利用表2-1和表2-2中的测量结果说明基尔霍夫两个定律的正确性。2、利用图2-1中所给数据，通过电路定律计算各支路电压和电流，并计算测量值与计算值之间的误差，分析误差产生的原因。3、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。4、回答下列思考题 （1）已知某支路电流为3mA，现有量程分别为5mA和10mA两只电流表，你将使用哪只电流表进行测量？为什么？ （2）改变电流或电压的参考方向，对验证基尔霍夫定律有影响吗？为什么？*（3）对于图2-4，如果在补偿法测量开路电压时，将C 与D相接，D与C相接，能否达到

8、测量电压UCD的目的？为什么？实验二 日光灯电路功率因数的提高一、实验目的1掌握日光灯电路的工作原理及电路联接方法。2通过测量电路功率，进一步掌握功率表的使用方法。3掌握改善日光灯电路功率因数的方法。二预习提要1掌握感性负载提高功率因数的方法、意义、矢量图等内容。2熟悉日光灯电路原理。 日光灯电路主要是由日光灯管、镇流器、启辉器等元件组成，电路如图3-1所示：图3-1日光灯电路 灯管两端有灯丝，管内充有惰性气体（氩气或氪气）及少量水银，管壁涂有荧光粉。当管内产生弧光放电时，水银蒸气受激发，辐射大量紫外线，管壁上的荧光粉在紫外线的激发下，辐射出接近日光的光线，日光等的发光效率较白炽灯高一倍多，是

9、目前应用最普遍的光源之一，日光灯管产生放电的条件，一是灯丝要预热并发射热电子，二是灯管两端需要加一个高的电压是管内气体击穿放电，通常的日光灯管本身不能直接在220V电源上使用。启辉器有两个电极，一个是双金属片，另一个是固定片，二极之间有一个小容量电容器。一定数值的电压加在启辉器两端时，启辉器产生辉光放电，双金属片因放电而受热伸直，并与静片接触，而后启辉器因动片与静片接触，放电停止，冷却且自动分开。镇流器是一个带铁芯的电感线圈。电源接通时，电压同时加到灯管两端和启辉器的两个电极上，对于灯管来说，因电压低不能放电；但对启辉器，此电压则可以起辉、发热并使双金属片伸直与静片接触。于是有电流流过镇流器、

10、灯丝和启辉器，这样灯丝得到预热并发射电子，经过1-3秒后，启辉器因双金属片冷却，使动片与静片分开。由于电路中的电流突然中断，便在镇流器两端产生一个瞬时高电压，此电压与电源电压迭加后加在灯管两端，将管内气体击穿而产生弧光放电。灯管点燃后，由于镇流器的作用，灯管两端的电压比电源电压低得很多，一般在50-100V。此电压已不足以使启辉器放电，故双金属片不会再与静片闭合。启辉器在电路中的作用相当于一个自动开关。镇流器在灯管启动时产生高压，有启动前预热灯丝及启动后灯管工作时的限流作用。日光灯电路实质上是一个电阻与电感的串联电路。由于电感量较大，整个电路的功率因数是比较低的，为了提高功率因数，我们乐意在灯

11、管与镇流器串联后的两端并联电容器实现。三、实验设备1日光灯管、座40W一套（实验台顶部）；2镇流器、开关单元板（TS-B-19）一块；3熔断器、启辉器单元板（TS-B-20）一块；4电容器组单元板（TS-B-21）一块；5电流测量插口（TS-B-22）一块；6交流电压表（TS-B-04）一块；7交流电流表（TS-B-05）一只；8功率表一块和导线若干。四实验内容及步骤1在实验台上选择镇流器与开关、启辉器与熔断器、电流测量插口，并联电容器组等单元板及实验台顶部的日光灯管联接成图3-2所示电路。图3-2 日光灯改善功率因数实验电路2闭合开关S，此时日光灯应亮，如用并联电容器组完成实验，则从0逐渐增

12、大并联电容器，分别测量总电流I，灯管电流ID1、电容器电流IC，功率P。将数值填入表3-1，并做相应计算（测量P计算cos）。表3-1电容（uF）测量项目0U（V）I（mA）IC（mA）ID（mA） Pcos=P/UI3.若并联动态电路板上4F电容完成本实验，则应在并联电容器前，测量灯管两端电压UD，镇流器两端电压UL，总电流I（此时等于通过灯管的电流），及总功率P和灯管所消耗的功率PD，将数据填入表3-2。然后，并联4F电容器，除再测量上述数据外，还应测量通过电容器的电流IC和通过灯管中的电流ID，测量日光灯管消耗功率PD的电路图，如图3-3。将数据填入表3-2中，并做相应计算。表3-2电容

13、（uF）测量项目 I ID IC U UD UL Pcos=P/UI并联前并联后图3-3 日光灯电路测量灯管功率五、实验报告 1根据表3-1中的数据，在坐标纸上绘出ID=f(c),IC=f(c),I=f(c), cos=f(c)等曲线。 2从测量数据中（表3-1和表3-2），求出日光灯等效电阻，镇流器等效电阻，镇流器电感。 3回答下列问题 （1）U1和UD的代数为什么大雨U？ （2）并联电容器后，总功率P是否变化？为什么？ （3）为什么并联电容器后总电流会减少？绘向量图说明实验三 三相交流电路及功率的测量一、实验目的 1学习三相电路中负载的星型和三角形联接方法。 2通过实验验证对称负载做星型和

14、三角形连接时，负载的线电压UL和相电压UP，负载的先电流IC和相电流IP间的关系。 3了解不对称负载做星型联接时中线的作用。 4学习用三瓦特表法和二瓦特表法测量三相电功率。二、预习提要和实验原理 1当对称负载做星型连接时，其线电压和相电压，线电流和相电流之间的关系是UL=UPIL=IP做三角形连接时，它们的关系是UL=UPIL=IP三相总有功功率为 P=3PP=ULILcos2中线的作用3三相有功功率的测量方法有三瓦特计法和二瓦特计法两种。三瓦特计法，通常用于三相四线制，该方法是用三个瓦特计分别测量出各相消耗的有功功率，其接线图如图4-1所示。三个瓦特计所测功率数的总和，就是三相负载消耗的总功

15、率。图4-1 三瓦特计法测量三相电功率 二瓦特计法通常用于测量三相三线制负载功率，其接线如图4-2所示，不论负载对称与否，两个瓦特表的读数分别为：W1AW=IAUANcos(-30)=ILUL cos(-30)W2BW=IBUBN cos(+30)=ILUL cos(+30)式中为负载的功率因数角。三相总功率为两个瓦特计读数的代数和。当60时，一个表读数为负值，总功率为二瓦特读数之差。本实验负载为白炽灯泡，接近纯电阻性负载，0，故二瓦特计读数为正值，三相总功率为两个瓦特计读数之和。(a)负载星型联接 (b)负载三角形联接图4-二瓦特计测三相功率为充分利用仪表，保证仪表的安全使用和更方便地进行测

16、量，本实验中我们将电流表、电压表和功率表接成图4-所示的电路。这样便可以用一个瓦特计、一个电流表和一个电压表同时测量各（线）相的电流、电压和电功率，用这个测量电路进行测量时，只要将电流测量插口插入待测电路的电流插口中，并将电压表笔接到待测电压接点上，就可以同时读出电流、电压和电功率，使用方法十分方便。（注意事项：使用瓦特表时，应参照仪表说明书，注意仪表的接法和读数方法，无论流过电流线圈的电流还是加在电压线圈上的电压，均不应超过额定值，否则线圈破坏。）图4-3 仪表测量电路三、实验仪器设备三相白炽灯负载单元板（TS-B-23）三块电流测量插口单元板（TS-B-22）一块三相负荷开关单元板（TS-

17、B-18）一块 交流电流表（2A）（TS-B-05）一只交流电压表（450V）（TS-B-08）一只单相瓦特表一只电压表测试笔一只三相调压器一台（或中心控制柜输出220线电压）四、实验内容及步骤：星型联接负载(1)把电流表、电压表接成图4-4所示的仪表电路；(2)选取灯泡负载单元板，电流测量插口单元板及三相负荷开关单元板，安放在实验台架的合适位置上，按图4-4将灯泡负载接成星型接法的实验电路；(3)每相均开三盏灯（对称负载）；(4)测量各线电压、线电流、相电压、中线电流及用三瓦特计法和二瓦特计法测量三相电功率，并将所测得的数据填入表4-1中。表4-1（注意：二瓦特计法只有P1、P2即可）(5)

18、将三相负载分别改为，接上中线，观察各灯泡亮度是否有差别，然后拆除中线（断开串接在中线上开关S），再观察各等亮度是否有差别。重复步骤(4)的测量内容并测量无中线时电源中性点N与负载中性点N之间的电位差UNN，将测量数据填入表4-1中。在断开中线时，观察亮度及测量数据，动作要迅速。不平衡负载无中线时，有的相电压太高容易烧毁灯泡。图4-4星型负载实验电路三角形接法负载(1)按照图4-5联接成三角形负载的实验电路，注意此时需要三相调压电源，将线电压调为220V。(2)每相开3盏灯（对称负载），测量各线电压、线电流、相电流、及用二瓦特计法测功率，并将所测得的数据填入表4-2中。(3)关闭部分灯泡，使每相负载分别为，并将测量数据填入表4-2中。(4)如实验室无三相调压器，也可将三个灯泡或两个灯泡串联成三角形接法实验。图4-5 三角形接法负载实验电路表4-2测量项目负载情况负载相电压（V）负载线电流（A）功率（W）相电流（A）UABUBCUCAIBICIAP1P2P总IAB负载对称负载不对称五、实验报告要求：整理实验数据，说明在什么条件下具有IL=IP，UL=UP的关系？中线的作用是什么？什么情况下可以省略？什么情况下不可以省略？能否用二瓦特计法测三相四线制不对称负载的功率？为什么？