电工技术实验指导书.docx
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电工技术实验指导书
《电工技术》实验指导书
毕娟主编
装备与材料学院
电工技术实验概述2
实验一、电工技术实验通用仪表及设备的使用5
实验二、元件伏安特性的测定及其示波器观察8
实验三、基尔霍夫定律的验证15
实验四、戴维南定理和诺顿定理验证17
实验五、叠加原理验证21
实验六、一阶电路响应23
实验七、串联谐振电路27
实验八、改善功率因数30
实验九、三相电路33
实验十、可编程控制器（PLC实验35
实验十一、三相异步电动机36
实验十二、电动机的基本控制电路38
实验十三、电动机的顺序控制电路39
电工技术实验概述
《电工技术》是机电类专业重要专业基础课程之一。
《电工技术实验》是与其紧密配合的实验课程，是电路教学中必不可少的重要实践环节。
本实验指导书所编列的所有课题，均是在学生已学习和掌握电路理论后必须完成的实验。
通过实验和实际操作，获得必要的感性认识、进一步验证、巩固和掌握所学的理论知识。
通过实验学习，可熟悉并掌握电气仪表的工作原理和使用方法、正确联接电路和实验操作规范、观察实验现象、记读实验数据、绘制实验曲线、分析实验结果和误差、回答实验问题、提出对实验的改进意见等。
通过这些环节培养学生的实验技能，提高学生独立分析问题和解决问题的能力及严肃认真、实事求是的科学作风，为今后的工作实践和科学研究奠定初步基础。
为了完成实验教学任务，达到预期的实验教学目的，规范实验程序，培养学生实验操作技能，特提出如下实验工作要求：
（一）、实验前的准备。
学生在进入实验室进行实验操作之前，必须认真地预习实验指导书及教材中的相关部分，做到明确实验原理、实验目的和任务；熟悉实验线路，实验步骤、操作程序；了解并掌握本次实验的仪器设备及其技术性能。
在此基础上写好实验预习报告，列出记录实验数据的表格。
牢牢记住本次实验应该注重的问题，以防在实验操作中损坏实验设备和实验仪表。
经实验教师检查并能准确回答实验中应注意的问题之后，才能进入实验室进行实验。
（二）、实验中同组学生应有明确的实验分工，分别担任接线、查线、操作、观察、记录等工作，使实验进行的井然有序，不忙不乱。
防止出现一人操作，他人观看的现象，更不允许在实验室随意走动、乱动设备、大声喧哗。
如有发生，不听劝阻，防碍他人实验，实验教师有权停止其实验，并逐出实验室。
（三）、进入实验室要熟悉TB-B型通用电工实验台结构及电源配备情况.选中本次实验所用电源，实验电路板，测量仪表单元板和其他实验设备。
如有缺少必要设备和仪表情况，应及时向实验教师提出。
（四）、实验时，首先应将本次实验所用设备和仪表、实验电路板安排在合适的位置上，以便于接线、操作、读取数据和观察波形为原则。
接线应清楚整齐以便于检查，导线应力求少用并要尽量避免交叉，每个接线柱上不应联接三根以上导线。
按实验电路图接好线路后，本组同学首先要检查线路联接是否正确，发现错误应立即纠正。
然后再请实验教师检查，确认无误后方可接通电源进行实验。
决不准许未经检查线路正确与否，就草率接通电源以造成实验设备和仪表的损坏。
线路检查无误后，于正式实验前可大致试做一遍。
试做时可不必仔细读取数据和描绘曲线，目的在于观察实验现象的变化、仪表量程的选取、设备位置是否合适、操作是否方便。
如有异常现象出现，如异味、冒烟、发热或打火等现象，应立即断开电源，查找原因并及时处理。
联接线路时一般应先接串联电路，后接并联电路，先接主电路，后接辅助电路，最后接通电源。
接通电源时按实验要求逐次接通开关。
在电路过渡过程中，为避免过渡过程冲击电流表和功率表的电流线圈而造成仪表换坏，一般电流表和功率表电流线圈不能固接在电路中，而是通过电流插口或试触法来替代。
这样既可保护仪表不受意外损坏，又能提高仪表利用率。
（五）、经过试作无问题后，可正式进行实验。
按照本次实验的目的内容、实验步骤进行有序操作。
实验中应按实验要求有目的地调整实验参数，正确读取数据和描绘曲线。
测绘曲线时测量点的间隔和数目要选得合适，被测量的极大值和极小值对应点的数据一定要测出。
在曲线的弯曲部分应多选几个测量点。
测量点的分布要在所研究整个范围内，不要局限于某一个小范围内，也不要超出研究范围。
实验数据应记录在事先准备好的表格中，实验曲线的测量点应在事先准备好的坐标纸上标记。
（六）、注意安全用电。
TS-B实验台电源电压一般在220-380V左右，所以实验中不得用手触及未经绝缘的金属裸露部分，即使是在低压情况下也不例外。
实验中应养成单手操作的习惯，能单手操作尽量不用双手操作。
闭合或断开闸刀开关应迅速果断，同时用目光监视仪表设备有无异常，如有异常应立即切断电源，停止实验进行检查。
（七）、实验工作结束后，先切断电源，但暂时不要拆线，认真检查实验内容和实验结果。
确认无一疏漏，实验结果经实验教师检查无误后，方可拆除线路。
将实验设备归复原位、整理导线、清理实验台面后经教师允许方可离开实验室。
（八）、实验报告的编写。
编写实验报告是将实验结果进行总结、分析和提高的阶段。
实验报告应包括如下一些内容：
实验名称。
实验日期。
系、班级、姓名。
同组者姓名。
实验目的。
实验原理。
实验步骤。
实验数据表格、曲线、波形。
实验心得体会，回答实验问题以及对实验的改进意见。
实验报告在下一次实验前交实验教师批阅，逾期不交者停止做下一课题实验。
实验报告不完整、不认真、草率应付，数据、曲线、波形与实验结果相差较大，实验教师可退回实验报告，并要求学生重新补做该实验。
（九）、关于实验数据的运算与处理在读取实验数据时，测量仪表的指针不一定恰好与表盘刻度线相符合，这就需估计读数的最后一位数。
这位数字就是所谓存疑数字，如I二1.3A,最后一位数字就是存疑数字，1为可靠数字。
有效数字由可靠数字和存疑数字构成，与小数点位置无关。
如23.6和
2.36及236都是三位有效数字。
0在数字之间或数字末尾均算作有效数字，0在数字之前不能算作有效数字。
如4.05和4.50都是三位有效数字，而0.45只是两位有效数字。
这里4.50中的末位数0是不能省略的。
实验中进行数字运算时，应只保留一位存疑数字，对第二位存疑数字
应用四舍五入法。
如：
45.0+3.76=48.76这里4.50中末位数0和3.76
中的末位数6均是存疑数字，其和48.76中的7、6两位数均应是存疑数字，对第二位存疑数字6应用四舍五入法，所以
45.0+3.76=48.8
同理45.1X3.76=169.576
将积中第二位存疑数字7四舍五入：
45.1X3.76=169.6
一般而言，几个数相乘或相除时，最后结果的有效数字位数与几个数中有效数字位数最少的那个数相同。
实验一、电工实验通用仪表和设备的使用
一、实验目的：
1认识电工实验中常用的通用仪表
2、掌握通用仪表在电路测量中使用的基本方法。
3、熟悉TS-B型通用电工实验台，初步学习电源箱、脉冲信号源、正弦信号源的使用方法。
4、熟悉示波器，学习用示波器测量方波和正弦波的方法。
二、实验内容和步骤
（一）对交、直流电表的认识
记录本实验台配备的（TS-B-06）直流电压表、（TS-B-02）直流电流表、（TS-B-08）交流电压表和（TS-B-04）交流电流表的表盘附号，并说明其意义。
（二）电压测量
1将交流电压表两接线柱用导线接入本实验台上三相交流电源U-V插
口、V-W插口和W-U插口，测量三相交流电源输出端各线电压，并记录在表1-1中。
2、将交流电压表两接线柱用导线接入本实验台上三相交流电源U-N插
口、V-N插口和W-N插口，测量三相交流电源输出端各相电压，并记录在表1-1中。
表1-2
交流输入电压
直流输出电压
表1-1
项目
UV
VW
WU
UN
VN
WN
电压（V）
3、按图1-1接线，用交流电压表监视从实验台调压器输出20V和25V
交流电压，并接到整流器上，选用直流电压表，测量输出的直流电压，填入表1-2中。
20V
25V
4、选三相灯泡负载、电流测量插口单元板和配电箱上的调压器，按图1-2接线，从调压器输出220V交流电压，改变每组灯泡数，用交流电压表测量灯泡两端电压，并用交流电流表插头测量电流I1和I2,将数据记录在表1-3中。
第一组三盏第二组一盏
第一组二盏第二组二盏
UAb
UBc
UAb
UBc
I1
I2
I1
I2
表1-3
（三）电功率测量
按图1-3接线，测量每个灯泡实际消耗的电功率填入表1-4中。
严一5虽°
£
图1-2
标示功率
60W
120W
180W
实际功率
表1-4
（四）万用表测电阻
在万用表欧姆档中选择合适倍率，测量动态电路单元板上各电阻的阻值，记录在表1-5中。
表1-5
Ri
R2
Rs
F5
（五）用示波器测方波和正弦波
1、将示波器y1输入正、负探极接在本实验台脉冲信号源“+”、“―”接线柱上，将示波器y工作方式y1钮按下，信号频率选择在1KB档位，调节脉宽、脉幅。
适当选取y1的V/div、和t/div位置，旋动释抑时间和触发电平旋钮，使波形稳定。
将屏幕显示的1:
1占空比方波波形画在坐标纸上。
纵轴为电压U横轴为时间t，标出电压值和周期。
2、将示波器y1输入正、负探极接在本实验台正弦信号源“＋”、“-”接线柱上，信号源频率选择在X100档位，频率调节旋至5。
适当调节信号源信号输出辐度。
将示波器y工作方式y1钮按下，适当选取y1的V/div和t/div位置，旋动释抑时间和触发电平旋钮，使波形稳定。
将屏幕显示的正弦波波形绘在坐标纸上。
并标出峰一峰电压和周期。
三、实验仪器设备
1、
、
本实验台电源箱（调压器、整流器）；
直流电压表
（TS-B-06）、
（TS-B-07）
各一只
3、
交流电压表
（TS-B-08）
一只
4、
交流电流表
（TS-B-05）、
（TS-B-31）
各一只
5、
功率表
一块
6、
万用表
一块
7、
三相负载单元板
（TS-B-23）
一块
8、
电流测量插口单元板
（TS-B-22）
一块
9、
动态电路单元板
（TS-B-27）
一块
10
、示波器
一台
四、实验报告
写明实验目的、步骤、测量数据表格及波形坐标图
实验二、元件伏安特性的测定及其示波器观察
一、实验目的
1学习直读式仪表、双路稳压电源和示波器的使用方法。
2、掌握线性电阻元件、非线性电阻元件一一半导体二极管伏安特性的测试技能。
3、线性电阻元件、电感元件、非线性电阻元件——半导体二极管伏安曲线的示波器观察。
4、掌握并理解电压源、电流源的伏安特性。
二、实验原理
1电阻元件：
如果一个二端元件在任一瞬间t的电压U（t）和流经它的电流l（t）之间的关系可由U、I平面上一条曲线所决定，此二端元件称为电阻元件。
这条
表示元件电压、电流关系的曲线称为元件的伏安特性曲线。
不同的电阻元件有不同的伏安特性曲线，但每一电阻元件只能由一条唯一的伏安特性曲线来研究。
线性电阻元件上的电压与流过它的电流呈线性关系。
如果电压、电流为关联方向，则
U=RI（2-1）
如果电压、电流参数方向相反，则
U=-RI（2-2）
即电阻上的电压与流过电阻的电流成正比，比例常数R为其阻值。
如以电
压U（t）为纵坐标、电流l（t）为横坐标，构成U-I平面，可画出电压、电流的关系曲线。
由（2-1）式知，为一通过坐标原点的直线，该直线的斜率即是该线性电阻元件的阻值，如图2-1所示
R=U/l=tga（2-3）
如果将加在线性电阻上的电压和流过它的电流分别由示波器的y1、y2探极输入示波器，在示波器的屏幕上就可以观察到通过坐标原点的一条直线，它就是线性电阻伏安特性曲线的示波器显示。
图2—2
半导体二极管是一种非线性电阻元件，它的电阻值随着流过它的电流的大小而变化。
半导体二极管的电路符号用表示，
其伏安特性曲线如图2-2所示。
可见半导体二极管的伏安特性为一非直线，所以它是一非线性电阻元件。
比较图2-1和图2-2可以发现，线性电阻的伏安特性曲线对称于坐标原点，这种性质称为双向性。
为所有线性电阻元件所具备。
半导体二极管的伏安特性曲线不但是非线性的，而且对坐标原点亦是非对称的，这种性质称为非双向性，为多数非线性电阻元件所具备。
另外从图2-2还可以看
出，半导体二极管的电阻随着其端电压的大小和极性的不同而不同。
当外加电压的极性和二极管的极性相同时，二极管导通，其电阻值很小；反之,
二极管截止，其电阻值很大。
半导体二极管这一性质，称作单向导电性，这与线性电阻元件有很大的不同。
如果将加在二极管上的电压和流过它的电流分别由示波器的yi、y2探
极输入示波器，在示波器的屏幕上可以观察到二极管伏安特性曲线。
2、电感元件l
电感兀件的电路符号用•表示。
若电感磁通链书L的
参考方向与通过电感电流I的参考方向之间满足右手螺旋关系，则
书L（t）=LI（t）（2-4）
以书L为纵坐标，I为横坐标，构成书L-I平面，对线性电感元件书L-I曲线为一通过坐标原点的直线。
直线斜率即是线性电感的自感系数。
该直线称作线性电感的韦安特性曲线。
如图2-3所示。
非线性电感元件的韦安特性曲线则与之不同。
对于一般的电感元件，韦安特性曲线可用
L（t）=f[IL（t）]
特性曲线，我们以图2-4
函数关系来描述。
为观察一般电感兀件的书L-I积分电路来分析书L与I的函数关系。
在电感电压UL和电感电流Il参考方向一致的情况下，则存在
UL=d^L/dt=LdIL/dt
•••书l（t）=/UL（E）dE（2-5）
在图2-4电路中，用虚线框起部分为积分电路。
对RC电路来说，如果选择电路参数，使时间常数t=RC很大时，电容的充电、放电过程进行的很缓慢，因此，电容电压UC（t）<按KVL有
U-（t）=RIi（t）+Uc（t）〜RIi（t）
Ii（t）=Ul/R
+C11cI
|比上啦
IF
图2-4
又Uc（t）=广oIi（e）dE/C
Uc（t）=/’。
厂仁）dE/RC即电路输出电压U（t）等于输入电压UL（t）积分：
U（t）=UC（t）=/上仁）dE/RC（2-6）
由（2-5）和（2-6）式可得：
书l（t）=RCUt）（2-7）
可见书L（t）xU2（t）。
如果将U2（t）输入示波器yi探极，则书L（t）曲线就可以用Uz（t）曲线显示了。
如果按图2-5来设计电路，r为取样电阻，由KCL有
Ir=IL+I1
R很大时，11很小，故有Ir〜IL故有
（2-8）
（2-9）
ur=irr〜Iir
由（2-7）和（2-8）,两式可得:
书L/IL=RCUVUr
即书L（t）/IL（t）*U2（t）/Ur（t）
现将U2（t）、U（t）分别由y1、y2探极输入示波器，则屏幕上可显
示出如图2-6所示的韦安特性曲线。
其中U（t）（即U/1）与U（t）即（U/2）
的关系曲线即代表书l（t）与Il（t）的关系曲线
11尺
+
Us（
*+
）UL<比
c冗
^4__-
+Ur11
图2-5
3、电压源
能够保持端电压为恒定值的电源为电压源。
理想电压源具有两个特点：
一是端电压恒定，与流过电压源的电流大小无关；二是流过理想电压源的电流并不由电压源本身决定，而是由与之相联接的外电路决定。
因此，理想电压源的伏安特性曲线必是平行于横轴（电流I轴）的一条直线，如图
2-7所示。
^]2-8
实际电压源总是具有一定大小的内阻rs,因此实际电压源可以用一个
理想电压源与一个电阻串联来模拟。
当电压源中有电流I流过时，必然会在内电阻rs上产生电压降，所以实际电压源的端电压
U可表示为
U=Us-Irs
实际电压源的伏安特性曲线如图2-8所示。
EZ'io
4、电流源
能够保持恒定输出电流的电源为电流源。
理想电流源也具有两个特点：
一是输出电流恒定，与加在电流源两端的电压大小无关；二是理想电流源两端的电压不由电流源本身决定，而是由与之相联接的外电路决定。
因此理想电流源的伏安特性曲线必是平行纵轴（电压U轴）的一条直线，如图2-9所示。
02-11
实际电流源的电流总有一部分在电源内部流动而不会全部外流。
故实际电流源可以用一个理想电流源和一个电阻rs并联来模拟。
理想电流源的电流Is一部分被rs分流，另一部分才是输出电流I。
所以
1=1s-U/rs
U为加在理想电流源两端的电压。
实际电流源的伏安特性曲线如图2-10所示。
三、实验内容与步骤
（一）、线性电阻伏安特性的测定。
1、分别取实验台上TS-B-26伏安特性单元板上R=20e和R=200e的电阻作为被测元件，按图2-11接好线路。
R=20圧时采用外接形式，开关倒向1，R=200S时采用内接形式，开关倒向2。
2、线路经检查无误后，打开稳压电源开关，依次调节稳压电源的输出
电压为表2-1中所列数值，并将对应的电流表读数记录在表2-1中。
表2-1
U（V）
0
2
4
6
8
10
R=20（Q
l（mA）
R=2000^
l（mA）
1J
LJ
、Sv
R
pH
密
3、根据表2-1数据，在坐标纸分别绘制200Q和2000Q电阻伏安特性曲性。
4、分别取TS-B-26单元板上200Q和2000Q电阻作为被测元件，于电阻箱上取r=20Q作为取样电阻，联成图2-12电路，将B输入示波器yi,b输入示波器y2，U7r即为R中电流IR这时，
Uyi=LR
作为y轴输入，
IR=Lr/r=Uy2/r
作为x轴输入，将示波器输入耦合拨至DCyi、y2工作方式按钮处于出”的状态，调节y1、y2的v/div开关到适当档位，观察屏幕上显示的R=200
Q和R=200①的伏安特性曲线，使曲线斜率等于F。
将该曲线描绘在坐标纸上。
（二）、半导体二极管伏安特性测定
1、将双路直流稳压电源、滑线变阻器R、限流电阻Ri=50Q、TS-B-26单元板上半导体二极管、毫安表、电压表联成图2-13电路。
2、检查无误后，接通稳压电源开关，调节输出电压为2V。
02-14
3、移动滑动变阻器滑动触头，使电压表读数分别为表2-2中所列数值，
U（V）
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
I（mA）
将对应的毫安表读数记录在表2-2中
表2-2
4、据表2-2中数据，在坐标纸上绘制二极管正向伏安特性曲线。
5、按图2-14联接线路，经检查无误后，开启稳压电源，调节滑动变阻器，使电压表读数分别为表2-3中所列数值，将对应的微安表读数记录在表2-3中
表2-3
U（V）
0
5
10
15
20
25
30
I（卩A）
UL,
yly2
图2—15H2-16
6、根据表2-3中数据，在坐标纸上绘制二极管反向伏安特性曲线。
7、将二极管和电阻箱上20Q取样电阻按图2-15接线。
将二极管正向导通电压U输入示波器y轴（yi）,取样电阻电压Ur输入示波器X轴（y2）,Ur/r即为二极管导通电流。
将示波器输入耦合拨至AC,y1、y2工作方式处于“出”状态，调节yi、y2的v/div旋钮至合适档位，观察屏幕上显示的二极管正向导通的伏安特性曲线，并将曲线描绘在坐标纸上。
圏2-17
（3）、电感韦安特性示波器观察
将电感L、取样电阻r=20Q和RC积分电路，按图2-16联接，经检查无误后，接通6v交流电源。
示波器输入耦合拨到ACy轴（yi）输入UL，X轴（y2）输入IL=U/ri，调节y1、y2的v/div旋钮至合适档位，观察屏幕上显示的电感元件韦安特性曲线，并描绘在坐标纸上。
（4）、电源伏安特性测定
1、电压源
将WU-30-3A晶体管双路稳压电源与50Q电阻串接，以模拟为实际电压源。
按图2-17联接。
经检查无误后，开启稳压电源开关，并调节输出电压为US=10V,由小到大调节可变电阻R2，使电流表读数分别为表2-4所列数值，对应的电压表读数填入表2-4中。
根据表2-4数据在坐标纸上绘制实际电压的伏安特性曲线。
表2-4
I（mA
0
40
60
80
100
120
U（V）
2、电流源
将双路可调恒流源与620Q电阻并接为实际电流源。
按图2-18联接。
经检查无误后，开启恒流电源开关，并调节输出电流为lm=20mA由小到大调节可变电阻R2使电压表读数为表2-5所列数值，将对应的电流表读数填入表2-5中。
根据表2-5数据在坐标纸上绘制实际电流源的伏安特性曲线。
表2-5
U（V）
4
5
6
7
8
9
10
I（mA
四、仪器设备
双路稳压电源一台
二踪慢扫描示波器一台
双路可调恒流源
一.台
伏安特性单元板（TS-B-26）
一块
铁蕊电感
一只
滑线变阻器（
1750Q、200Q）
各一只
直流电压表
（TS-B-26）
一只
直流电流表（
TS-B-01、TS-B-02）
各一只
变阻箱
一只
五、实验报告
1、实验报告要按报告单上所列实验原理、实验步骤、实验结果表格、曲线等项目认真书写。
2、分析实验结果回答下列问题：
A、说明图2-11双向开关倒向1、2接点时，电路联接的区别以及两种情况下电流表、电压表测量出的电流值、电压值有什么不同？
B、用示波器观察线性电阻、半导体二极管和电感元件伏安特性曲线时，x轴（y1、y2）输入是取样电阻上的电压还是电流？
怎样才能把x轴输入当作电流来处理？
C、线性电感元件的韦安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，何以在示波器屏幕上显示
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