电工技术实验概述.docx
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电工技术实验概述
第一章电工技术实验概述
1.1第一节电工技术实验须知
1.1.1实验目的和要求
1.1.1.1实验目的实验是电工技术课程重要的实践性教学环节，实验的目的不仅要巩固和加深理解所学的知识，更重要的是要训练实验技能，学会独立进行实验，树立工程实际观点和严谨的科学作风。
1.1.1.2对学生实验技能训练的具体要求
1.能正确使用常用的电工仪表、电工设备及常用的电子仪器。
2.能按电路图正确的接线和查线。
3.学习查阅手册，对常用的电子元器件具有使用的基本知识。
4.能准确读取实验数据，观察实验现象，测绘波形曲线。
5.能整理分析实验数据，独立写出内容完整的、条理清楚的、整洁的实验报告。
1.1.2实验课前学生应做的准备工作
1.1.2.1认真阅读实验教程，明确实验目的、理解相关原理，熟悉实验电路、内容、步骤及实验中的注意事项。
1.1.2.2完成实验教程中有关预习要求的内容。
1.1.2.3作好数据记录表格等准备工作。
1.1.3实验总结报告的要求
一律用学校规定的实验报告纸认真书写实验报告，实验报告的具体内容为：
1.1.3.1实验目的。
1.1.3.2实验原理、电路图及主要仪器设备的型号规格。
1.1.3.3课前完成的预习内容：
包括实验教程所要求的理论计算、回答问题、设计记录表格等。
1.1.3.4实验数据及处理：
根据实验原始记录，整理实验数据，并按实验教程要求加以必要处理。
1.1.3.5实验总结：
完成实验教程要求的总结、问题讨论及心得体会，如有曲线应用坐标纸绘出
1.1.4实验规则
1.1.4.1严禁带电接线、拆线或改接线路。
1.1.4.2接线完毕后，要认真复查，确信无误后，经指导老师检查同意，方可接通电源进行实验
1.1.4.3实验过程中如果发生事故，应立即关断电源，保持现场，报告指导老师。
1.1.4.4实验完毕后，先由本人检查实验数据是否符合要求，然后再请老师检查，经老师认可后才可拆线，并将实验器材整理好。
1.1.4.5仪器设备不准任意搬动调换，非本次实验所用的仪器设备，未经教师允许不得动用。
没有弄懂仪表、仪器及设备的使用方法前，不得贸然使用。
若损坏仪器设备，必须立即报告老师，作书面检查，责任事故要酌情赔偿。
1.1.4.6实验要严肃认真，保持安静、整洁的学习环境。
1.2第二节实验室安全用电规则
安全用电是实验中始终需要注意的重要问题。
为了做好实验，确保人身安全和设备安全，在做电工实验时，必须严格遵守下列安全用电规则：
1.2.1接线、改线、拆线都必须在切断电源的情况下进行，即先接线后通电，先断电再拆线。
1.2.2电路通电情况下，人体严禁接触电路中不绝缘的金属导线或连接点等带电部位。
万一遇到触电事故，应立即切断电源，进行必要的处理。
1.2.3实验中，特别是设备刚投入运行时，要随时注意仪器设备的运行情况，如发现有超量程、过热、异味、冒烟、火花等，应立即断电，并请老师检查。
1.2.4实验时应精神集中，同组者必须密切配合，接通电源前需通知同组同学，以防止触电事故。
1.2.5电机转动时，防止导线、发辫、围巾等物品卷入。
1.2.6了解有关电器设备的规格、性能及使用方法，例如不得用电流表或万用表的电阻、电流档去测量电压；功率表的电流线圈不能并联在电路中等。
实验一、电路元件伏安特性的测绘
2.2.1实验目的
2.2.1.1学会识别常用电路元件的方法。
2.2.1.2掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。
2.2.1.3掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。
2.2.2原理说明
任何一个二端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I＝f（U）来表示，即用I-U平面上的一条曲线来表征，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。
2.2.2.1线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图2-5中a所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。
2.2.2.2一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图2-5中b曲线所示。
图2-5
2.2.2.3一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其伏安特性如图2-5中c所示。
正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V，硅管约为0.5～0.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。
可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。
2.2.2.4稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图2-5中d所示。
在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将基本维持恒定，当外加的反向电压继续升高时其端电压仅有少量增加。
注意：
流过二极管或稳压二极管的电流不能超过管子的极限值，否则管子会被烧坏。
2.2.3实验设备
表2-5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
1
2
万用表
FM-47或其他
1
自备
3
直流数字毫安表
0~200mA
1
4
直流数字电压表
0~200V
1
5
二极管
IN4007
1
DGJ-05
6
稳压管
2CW51
1
DGJ-05
7
白炽灯
12V，0.1A
1
DGJ-05
8
线性电阻器
200Ω，1KΩ/8W
1
DGJ-05
2.2.4实验内容
2.2.4.1测定线性电阻器的伏安特性按图2-6接线，调节稳压电源的输出电压U，从0伏开始缓慢地增加，一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数UR、I。
图2-6图2-7
表2-6线性电阻器的伏安特性实验数据
UR（V）
0246810
I（mA）
2.2.4.2测定非线性白炽灯泡的伏安特性将图2-6中的R换成一只12V，0.1A的灯泡，重复步骤1。
UL为灯泡的端电压。
表2-7非线性白炽灯泡的伏安特性实验数据
UL（V）
0.1
0.5
1
2
3
4
5
I（mA）
2.2.4.3测定半导体二极管的伏安特性按图2-7接线，R为限流电阻器。
测二极管的正向特性时，其正向电流不得超过35mA，二极管D的正向施压UD+可在0～0.75V之间取值。
在0.5～0.75V之间应多取几个测量点。
测反向特性时，只需将图2-7中的二极管D反接，且其反向施压UD－可达30V。
表2-8半导体二极管的正向特性实验数据
UD+（V）
0.10
0.30
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
I（mA）
表2-9半导体二极管的反向特性实验数据
UD－（V）
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
I（mA）
2.2.4.4测定稳压二极管的伏安特性
1.正向特性实验：
将图2-7中的二极管换成稳压二极管2CW51，重复实验内容3中的正向测量。
UZ+为2CW51的正向施压。
表2-10稳压二极管的正向特性实验数据
UZ+（V）
I（mA）
2.反向特性实验：
将图2-7中的R换成1KΩ，2CW51反接，测量2CW51的反向特性。
稳压电源的输出电压UO从0～20V，测量2CW51二端的电压UZ－及电流I，由UZ－可看出其稳压特性。
表2-11稳压二极管的反向特性实验数据
UO（V）
UZ－（V）
I（mA）
2.2.5实验注意事项
2.2.5.1测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过35mA。
2.2.5.2如果要测定2AP9的伏安特性，则正向特性的电压值应取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的电压值取0，2，4，……，10（V）。
2.2.5.3进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。
2.2.6思考题
2.2.6.1线性电阻与非线性电阻的概念是什么？
电阻器与二极管的伏安特性有何区别？
2.2.6.2设某器件伏安特性曲线的函数式为I＝f（U），试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？
2.2.6.3稳压二极管与普通二极管有何区别，其用途如何？
2.2.6.4在图2-7中，设U=2V，UD+=0.7V，则mA表读数为多少？
2.2.7实验报告
2.2.7.1根据各实验数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。
（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）
实验二 电位、电压的测定及电路电位图的绘制
2.3.1实验目的
2.3.1.1验证电路中电位的相对性、电压的绝对性
2.3.1.2掌握电路电位图的绘制方法
2.3.2原理说明
在一个闭合电路中，各点电位的高低视所选的电位参考点的不同而变，但任意两点间的电位差（即电压）则是绝对的，它不因参考点的变动而改变。
电位图是一种平面坐标一、四两象限内的折线图。
其纵坐标为电位值，横坐标为各被测点。
要制作某一电路的电位图，先以一定的顺序对电路中各被测点编号。
以图2-8的电路为例，如图中的A～F,并在坐标横轴上按顺序、均匀间隔标上A、B、C、D、E、F、A。
再根据测得的各点电位值，在各点所在的垂直线上描点。
用直线依次连接相邻两个电位点，即得该电路的电位图。
在电位图中，任意两个被测点的纵坐标值之差即为该两点之间的电压值。
在电路中电位参考点可任意选定。
对于不同的参考点，所绘出的电位图形是不同的，但其各点电位变化的规律却是一样的。
2.3.3实验设备
表2-12实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
直流可调稳压电源
0~30V
二路
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
DGJ-03
2.3.4实验内容
利用DGJ-03实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，按图2-8接线。
图2-8
2.3.4.1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。
）
2.3.4.2以图2-8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。
2.3.4.3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。
表2-12以A、D为参考点时各点的电位值φ及相邻两点之间的电压值U
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
2.3.5实验注意事项
2.3.5.1本实验线路板系多个实验通用，本次实验中不使用电流插头。
DG05上的K3应拨向330Ω侧，三个故障按键均不得按下。
2.3.5.2测量电位时，用指针式万用表的直流电压档或用数字直流电压表测量时，用负表棒（黑色）接参考电位点，用正表棒（红色）接被测各点。
若指针正向偏转或数显表显示正值，则表明该点电位为正（即高于参考点电位）；若指针反向偏转或数显表显示负值，此时应调换万用表的表棒，然后读出数值，此时在电位值之前应加一负号（表明该点电位低于参考点电位）。
数显表也可不调换表棒，直接读出负值。
2.3.6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？
2.3.7实验报告
2.3.7.1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。
2.3.7.2完成数据表格中的计算，对误差作必要的分析。
2.3.7.3总结电位相对性和电压绝对性的结论。
2.3.7.4心得体会及其他。
实验三基尔霍夫定律的验证
2.4.1实验目的
2.4.1.1验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。
2.4.1.2学会用电流插头、插座测量各支路电流。
2.4.2原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。
测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。
即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。
运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。
2.4.3实验设备
同实验三。
2.4.4实验内容
实验线路与实验三图2-8相同，用DGJ-03挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。
2.4.4.1实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。
图2-8中的I1、I2、I3的方向已设定。
三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。
2.4.4.2分别将两路直流稳压源接入电路，令U1＝6V，U2＝12V。
2.4.4.3熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。
2.4.4.4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。
2.4.4.5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。
表2-13
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
2.4.5实验注意事项
2.4.5.1同实验三的注意1，但需用到电流插座。
2.4.5.2所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。
U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。
2.4.5.3防止稳压电源两个输出端碰线短路。
2.4.5.4用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。
此时指针正偏，可读得电压或电流值。
若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。
但应注意：
所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。
2.4.6预习思考题
2.4.6.1根据图2-8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，可正确地选定毫安表和电压表的量程。
2.4.6.2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？
若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？
2.4.7实验报告
2.4.7.1根据实验数据，选定节点A，验证KCL的正确性。
2.4.7.2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。
2.4.7.3将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。
2.4.7.4误差原因分析。
2.4.7.5心得体会及其他。
实验四三相交流电路电压、电流的测量
2.10.1实验目的
2.10.1.1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。
2.10.1.2充分理解三相四线供电系统中中线的作用。
2.10.2原理说明
2.10.2.1三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形（又称"△"接）。
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UL＝
，IL＝Ip。
在这种情况下，流过中线的电流I0＝0，所以可以省去中线。
当对称三相负载作△形联接时，有IL＝
Ip，UL＝Up。
2.10.2.2不对称三相负载作Y联接时,必须采用三相四线制接法，即Yo接法。
而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。
倘若中线断开，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。
尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0接法。
2.10.2.2当不对称负载作△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。
2.10.3实验设备
表2-27
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
交流电压表
0～500V
1
2
交流电流表
0～5A
1
3
万用表
1
自备
4
三相自耦调压器
1
5
三相灯组负载
220V，15W白炽灯
9
DGJ-04
6
电门插座
3
DGJ-04
2.10.4实验内容
2.10.4.1三相负载星形联接（三相四线制供电）按图24-1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）。
经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。
将所测得的数据记入表24-1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2-24
表2-28
测量数据
实验内容
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接平衡负载
3
3
3
Y接平衡负载
3
3
3
Y0接不平衡
负载
1
2
3
Y接不平衡
负载
1
2
3
Y0接B相
断开
1
3
Y接B相
断开
1
3
Y接B相
短路
1
3
2.10.4.2负载三角形联接（三相三线制供电）按图2-24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，并按表2-24的内容进行测试。
图2-25
表2-29
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
三相平衡
3
3
3
三相不
平衡
1
2
3
2.10.5实验注意事项
2,10.5.1本实验采用三相交流市电，线电压为380V，应穿绝缘鞋进实验室。
实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。
2,10.5.2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，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。
2,10.5.3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。
2,10.5.4为避免烧坏灯泡，DGJ-04实验挂箱内设有过压保护装置。
当任一相电压＞245~250V时，即声光报警并跳闸。
因此，在做Y接不平衡负载或缺相实验时，所加线电压应以最高相电压＜240V为宜。
2.10.6预习思考题
2.10.6.1三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？
2.10.6.2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？
2.10.6.3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？
2.10.7实验报告
2.10.7.1用实验测得的数据验证对称三相电路中的
关系。
2.10.7.2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。
2.10.7.3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？
2.10.7.4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。
2.10.7.5心得体会及其他。
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