电工学实验指导书.docx
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电工学实验指导书
《电工学》实验指导书
信息与机电工程学院
实验一基尔霍夫定律和叠加原理
一、实验目的
验证基尔霍夫定律和叠加原理
二、实验器材
1．1台型号为RTDG－3A或RTDG－4B的电工技术实验台
2．1块型号为RTDG－02的基尔霍夫定律与叠加原理实验电路板
3．1台型号为RTT01－2直流电压／电流表
三、实验内容
1．验证基尓霍夫电流定律（KCL），即验证：
在电路中，任一时刻，任一节点，流过该节点的电流代数和恒为零。
2．验证基尓霍夫电压定律（KVL），即验证：
在电路中，任一时刻，沿任一回路循行一周，各段电压的代数和恒为零。
3．验证叠加原理，即验证：
在线性电路中，当电路里有多个电源共同作用时，某一支路的响应等于电路中所有独立电源单独作用时在该支路产生响应的代数和。
四、实验原理图
图1-1验证基尔霍夫定律和叠加原理的原理图
五、实验过程
1.验证基尓霍夫定律的操作过程
（1）调节恒压源并用直流电压表监测，使两路恒压源的输出分别为E1=6V、E2=12V。
（2）先将实验电路板（实验挂箱RTDG—02上）中的开关S1、S2向内置于短路位置
（3）将已调节好输出电压值的两路恒压源分别与实验电路板联接起来，实验电路联接完成后，将开关S1、S2分别打向外测，置于与电源E1、E2相联接的位置。
表1－1 基尔霍夫定律的验证
内容
类别
支路电流（mA）
回路电压（V）
I1
I2
I3
UFA
UAB
UCD
UDE
UAD
测量值
（4）按照原理图中所标明的F、A、B、C、D、E各点位置，用直流电压表分别测量表1—1中所列的各段电路的电压值，并将测量数据记入表1—1中。
在测量电压时应注意电压表测量表笔与电路联接时的极性（电压表的+极性端应与被测电压下标中的第一个字母对应点相联接），如果电压表测量表笔与实验电路在联接时极性不正确，电压表的显示数据前将出现一个负号。
2.验证叠加原理的操作过程
（1）令电源E1单独作用（将开关S1向外联接在电源E1侧，开关S2向内转接至短路侧），用电压表和毫安表测量I3及UAD的数值，将测量数据记入表1—2中。
（2）令电源E2单独作用（将开关S1向内接至短路侧，开关S2向外联接在电源E2侧），用电压表和毫安表测量I3及UAD的数值，将测量数据记入表1—2中。
（3）令电源E1、电源E2共同作用（将开关S1和S2分别向外接至电源E1和电源E2侧），用电压表和毫安表测量I3及UAD，将测量数据记入表1—2中。
表1－2 叠加原理的验证
测量项目
实验类别
I3（mA）
UAD（V）
E1=6VE2=0V
E1=0VE2=12V
E1=6VE2=12V
六、注意事项
（1）实验前需要做充分的准备：
预习实验内容，写出预习报告。
无预习报告者不得进入实验室做实验。
（2）实验台操作面板上的两路直流稳压电源自备指示表头中的指示数值，只作为显示仪表使用，电源实际输出的电压值应以直流电压表测量的数值为准，并应注意电压表测量表笔联接时的正、负极性。
（3）在联接电流表测量插头时，应注意测量插头的红、黑接线端应与毫安表的+、—极（红、黑接线柱）相对应。
（4）在本次实验中，如需电源不作用，应相应转接电源控制开关S1、S2至短路侧，绝不允许将直流稳压电源的输出端直接短路，那样会损坏实验仪器。
（5）在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断实验台的电源，在断电状态下操作。
（6）实验完毕，拆线时用力不要过猛，以防止拔断导线，最好是轻轻的旋拔。
做完实验后，收拾好实验设备与器材，经实验指导老师检查并签字后方可离开实验室。
七、实验预习要求
（1）根据图1－1的电路参数，计算出待测电流I1、I2、I3和各电阻上的电压数值，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。
（2）若用指针式直流毫安表测各支路电流，在什么情况下可能会出现指针反偏，如出现指针反偏时，应如何处理？
在记录数据时应注意什么？
若用数字直流毫安表进行测量时，会有什么显示？
（3）在叠加原理实验中，电源E1、E2分别单独作用时，在实验中应如何操作？
可否直接将不作用的电源（E1或E2）置零（短接）？
八、实验报告要求
（1）画出实验原理图。
（2）根据实验中测量得到的数据，用计算的方法验证基尔霍夫定律和叠加原理。
（3）在有误差时，应做误差分析。
实验的收获、体会。
实验二戴维南定理
二、实验目的
验证戴维南定理，了解等效电路的概念
二、实验器材
1．1台型号为RTDG－3A或RTDG－4B的电工技术实验台
2．1个型号为RTDG－08的的实验电路板，含有可变电阻箱
3．1块型号为RTDG－02的戴维南定理实验电路板
4．1台型号为RTT01－2直流电压／电流表
5．1块型号为UT70A的数字万用表
6．1个1kΩ的电位器
三、实验内容
验证戴维南定理，即验证：
任何一个有源二端网络，都可以用一个电压源和电阻的串联电路来等效替代，其中电压源的大小等于有源二端网络在端口处的开路电压UOC，串联电阻等于将有源二端网络转变为无源二端网络后在端口处的等效电阻RO。
四、实验原理图
图2－1被测有源二端网络
图2－2戴维南等效电路
五、实验过程
（1）调节恒压源输出旋纽并用直流电压表监测，使输出电压数值为Us=12V；调节恒流源的输出旋纽，使输出电流数值为Is=10mA。
（2）按照实验电路图2-1（实验挂箱RTDG—02）连线。
把网络端口处的开关向右接至A、B端口处。
按照图中的位置分别将电压源和电流源接入实验电路。
（3）用直流电压表和直流毫安表在含源二端网络的端口A、B处分别测量含源二端网络的开路电压Uoc（开关接至右侧，不接负载电阻）和短路电流Isc（开关接至左侧短路处），将测量结果记入表2—1中。
（4）按照表2—1中的测量数据，计算二端网络的等效电阻Ro，将计算结果记入表2—1中。
（5）在含源二端网络的端口A、B处接入可调电阻箱RL，按照表2—2设定RL的电阻值，用直流电压表和直流毫安表分别测量出与其相对应的电压UAB和电流IAB，将测量结果记入表2—2中。
（6）用数字万用表的欧姆档监测，调节图2—2中1kΩ的电位器，使其电阻值与有源二端网络的等效电阻Ro相等（此时应断电测量，该电路中1kΩ的电位器不能通电）；调节实验台的恒压源输出旋纽，使其输出电压数值与有源二端网络的开路电压Uoc的数值大小相等。
按照图2—2联接实验电路，接入可调电阻箱RL。
（7）按照表2—2调节RL的电阻值，用直流电压表和直流毫安表分别测量出与其对应的电压U和电流I的数值，将测量结果记入表2—2中。
表2－1测量戴维南等效电路参数
开路电压
短路电路
等效电阻
UOC（V）
ISC（mA）
RO=UOC/ISC（Ω）
表2－2 有源二端网络与戴维南等效电路外特性比较
外接电阻
有源二端网络的外特性
戴维南等效电路的外特性
RL（Ω）
UAB（V）
IAB（mA）
U（V）
I（mA）
0
3K
7K
10K
∞
六、注意事项
（1）实验前需要做充分的准备：
预习实验内容，写出预习报告。
无预习报告者不得进入实验室做实验。
（2）用万用表的欧姆档测量电阻时，一定不能带电测量，这时电路中应切断所有电源，待阻值测量完成后，应及时将万用表旋钮转回电压测量档，以避免损坏万用表。
（3）在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断实验台的电源，在断电状态下操作。
（4）实验完毕，拆线时用力不要过猛，以防拔断导线，最好是轻轻的旋拔。
做完实验后，收拾好实验设备与器材，经实验指导老师检查并签字后方可离开实验室。
七、实验预习要求
请在实验前对原理图2－1预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。
八、实验报告要求
（1）画出实验原理图。
（2）根据表2—2中测量的实验数据，用坐标纸分别绘出有源二端网络等效变换前后的外特性曲线，验证戴维南定理。
（3）对实验结果进行误差分析。
（4）实验的收获、体会。
实验三日光灯电路及其功率因数的提高
三、实验目的
1．了解日光灯电路的工作原理
2．掌握提高功率因数的意义与方法
二、实验器材
1．1台型号为RTDG－3A或RTDG－4B的电工技术实验台
2．1根40W日光灯灯管
3．1台型号为RTZN13智能存储式交流电压／电流表
4．1个型号为RTDG－08的实验电路板，含有镇流器、启辉器、电容器组
三、实验内容
测量日光灯电路有并联电容和没有并联电容这两种情况下的功率因数，掌握提高功率因数的方法。
四、实验原理
在正弦交流电路中，功率因数的高低关系到交流电源的输出功率和电力设备能否得到充分利用。
为了提高交流电源的利用率，减少线路的能量损耗，可采取在感性负载两端并联适当容量的补偿电容，以改善电路的功率因数。
并联了补偿电容器C以后，原来的感性负载取用的无功功率中的一部分，将由补偿电容提供，这样由电源提供的无功功率就减少了，电路的总电流Ỉ也会减小，从而使得感性电路的功率因数cosφ得到提高。
图4－1日光灯电路原理图
五、实验过程
3.日光灯没有并联电容时的操作过程
（1）先切断实验台的总供电电源开关，按照实验电路图4—1来连线。
用导线将调压器输出相线端、总电流测量插孔、日光灯电流测量插孔、镇流器、日光灯灯丝一端、启辉器、日光灯灯丝另一端、调压器输出地线端按顺序联接到实验线路中。
（2）用导线将电容器电流测量插孔与电容器组串联再与上述日光灯电路并联，并将电容器组中各电容器的控制开关均置于断开位置。
注意，电容器电流测量插孔应联接在总电流测量插孔的后面。
（3）实验电路接线完成后，需经过实验指导教师检查无误，方可进行下一步操作。
（4）将安装在电工实验台左侧面的自耦变压器调压手柄按照逆时针方向旋转到底。
（5）闭合实验台的总供电电源开关，按下启动按键。
（6）按下调压按键，使实验台的调压器开始工作，这时实验台上的三相电压表显示调压器的输出电压。
（7）闭合交流电表开关，用导线将交流电压表与调压器输出端相联接，按顺时针方向旋转自耦变压器的调压手柄，用交流电压表监测，将调压器输出电压逐渐调升至220V。
这时安装在实验台内部的日光灯灯管将会点亮，日光灯电路开始正常工作。
（8）使用交流电压表、交流电流表，按表4—1中的顺序测量电路端电压U、电路总电流I、日光灯灯管电压UR，将测量结果记入表4—1中。
表4—1日光灯电路的测量
项 目
U（V）
I（A）
UR（V）
cosФ
测量值
2.日光灯并联电容时的操作过程
按照表4—2中列出的电容器容量值，逐项测量电路总电流I、日光灯支路电流IR（或IL）、电容器支路电流IC的数值，并将测量结果记入表4—2中。
表4－2 并联电容提高功率因数
项目
电容值
I（A）
IR或IL（A）
IC（A）
cosФ
1μF
2.2μF
3.2μF
4.7μF
5.7μF
6.9μF
六、注意事项
（1）实验前需要做充分的准备：
预习实验内容，写出预习报告。
无预习报告者不得进入实验室做实验。
（2）本实验使用220V动力线路供电，在进行日光灯电路的联接线操作时，务必切断实验台总供电电源开关，严禁带电操作。
（3）在本次实验中需要测量三条支路电流，需要在实验电路中接入三个电流测量插孔，如果接入的电流测量插孔个数不够，将无法正常完成电流数值的测量。
（4）如果实验电路接线正确，接通工作电源后日光灯不能正常点亮，可转动启辉器以使日光灯点亮。
（5）在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断电源，在断电状态下操作。
（6）实验完毕，拆线时用力不要过猛，以防拔断导线，最好是轻轻的旋拔。
做完实验后，收拾好实验设备与器材，经实验指导老师检查并签字后方可离开实验室。
七、实验预习要求
（1）正确解读日光灯电路接线图，掌握日光灯的工作原理。
（2）当日光灯电路中缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，这样也能使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？
（3）为了提高电路功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电容支路，试问电路的总电流是增大还是减小？
此时感性元件上的电流和功率是否改变？
八、实验报告要求
（1）画出实验原理图。
（2）根据表4—1中的实验数据，计算日光灯电路的功率因数cosφ值。
（3）根据表4—2中的实验数据，计算在并联不同容量值的电容器时日光灯电路的功率因数cosφ值。
（4）由表4—2中计算出的功率因数cosφ值分析，使日光灯电路功率因数改善效果最佳的电容器容量值为多少。
（5）讨论改善感性电路功率因数的方法、意义及注意事项。
（6）记录实验现象及实验数据，并对实验结果进行分析。
实验的收获、体会。
实验四一阶RC电路的响应及其应用
一、实验目的
1．观察一阶RC电路的零输入响应、零状态响应、全响应。
2．掌握示波器的使用方法，学习用示波器测绘电路的输出波形及电路参数。
3．了解微分电路、积分电路的特性。
二、实验器材
1．1台型号为RTDG－3A或RTDG－4B的电工技术实验台
2．1块型号为RTDG－02的RC一阶电路实验板
3．1台型号为SS－7802A的双踪示波器
4．1台型号为RTZN01智能函数信号发生器
三、实验内容
1．用示波器观察一阶RC电路的响应，测定时间常数τ。
一阶RC电路的响应是由于在电路里储能元件电容器中储存的能量不能突变引起的，当电容在充、放电时，电容电压将会按照指数规律变化。
用示波器可以观察到电容电压的变化规律、并可测定时间常数。
2．用示波器观察积分电路、微分电路的输出波形。
四、实验原理
一阶RC电路的暂态过程，是电容器逐步储存或释放能量的渐变过程。
暂态过程是十分短暂的单次变化过程，为清晰地观察一阶电路的暂态响应，我们应用函数信号发生器输出的矩形脉冲信号来模拟阶跃激励信号，即令函数信号发生器输出矩形波的上升沿作为RC电路在零状态响应时的正阶跃激励信号；矩形波的下降沿作为RC电路在零输入响应时的负阶跃激励信号，这样在示波器显示屏中将会出现稳定的一阶电路响应的波形，由此可以按照图3－2所示的方法，应用示波器测量电路的时间常数，时间常数即为充电到Q点（电容电压正好为0.632Ucm）所花的时间n。
图3－1测定时间常数τ的原理图图3－2时间常数τ的测定
图3-3RC积分电路（τ=RC>>TP）图3-4RC微分电路（τ=RC<
五、实验过程
4.观察一阶RC电路的响应，测定时间常数τ的操作过程
（1）在电工实验台上放好一台编号为RTDG—04的实验挂箱。
仔细观察实验挂箱上的电路，如图3—5所示。
电路图中左上方并联的四个元件与其它的电路元件为串联关系，中间位置的其余元件均为并联关系。
图3－5一阶、二阶电路实验线路板
（3）闭合函数信号发生器的工作电源开关，函数信号发生器显示屏中出现字母P，表示函数信号发生器处于准备工作状态。
在信号发生器的控制面板上按下波形选择按键，当信号发生器的显示屏上出现数字5后，按下数字键4，即选择了方波信号输出，这时信号发生器输出信号为方波信号，同时信号发生器自动设定输出信号的频率为1kHz，用导线将信号发生器的输出端与实验挂箱的信号输入端联接起来。
（4）闭合双踪示波器的工作电源，调节显示屏下方的调节旋钮（辉度、字符显示、聚焦），在示波器的显示屏上调节出示波器的两个扫描光标，用示波器专用的同轴电缆线将实验挂箱中的实验电路的输入、输出端分别接入示波器的采样输入通道1、采样输入通道2，然后调节信号发生器的输出幅度调节旋钮，调节信号发生器的输出电压幅值，用示波器监测。
将示波器的Y轴衰减旋钮调至1V档，在示波器的显示屏上观测，使方波信号电压的幅值在显示屏的方格中占3个方格，即为方波信号电压的幅值是3V。
（5）在实验电路板左上方串联的元件中选择电阻R=30kΩ、在并联的元件中选择电容C=2400pF，分别闭合相应的开关将选中的R与C接入实验电路，调节示波器显示屏中输出信号的Y轴位移，使输出信号的坐标轴与输入信号的坐标轴相重合，在示波器显示屏中同时观察一阶电路的激励与响应（输入与输出）的波形，在表3—1中按照表中所给的时间间隔描绘出电路的响应（输出）波形。
（6）在示波器的控制面板上按下测量功能选择按键ΔV-Δt-OFF，选择示波器的时间间隔测量Δt功能，选择该功能时，在示波器显示屏上会出现两条垂直的测量光标H1、H2，同时在显示屏下方的字符显示中会出现Δt、1/Δt字符。
按下光标跟踪方式选择按键TCK/C2，使测量光标H1、H2的顶端出现指示光点，这时转动示波器的多功能旋钮FUNCTION，显示屏中的两条测量光标将按照旋钮转动的方向同时移动。
将测量光标H1移动到与输出信号UC的起点位置相重合的地方（坐标轴的原点），再按动TCK/C2按键，选择H2移动方式，（在H2光标的顶端出现指示光点，H1光标的顶端没有指示光点），旋转FUNCTION旋钮，H2光标将开始移动，而H1光标不会移动。
将H2光标移动至输出电压最大值的0.632倍（0.632Ucm）处，这时在显示屏左下方显示的示波器时间间隔测量值Δt值即为一阶电路的时间常数τ的数值，将测量结果记入表3—1中。
表3－1时间常数τ的测定
参数值
波 形 图
R
C
τ
输入信号Ui
输出信号UC
2.观察积分电路、微分电路输出波形的操作过程
（1）调节电路参数，令一阶电路的时间常数τ>>方波作用时间TP，本次实验中，我们选择R=30kΩ、C=0.1μF，闭合相应的开关，将选择的R、C元件接入电路，使电路满足积分电路构成的条件，电路输入信号仍为方波信号，在方波信号的作用下，观察一阶电路响应的波形，并将波形定性描绘在表3—2中。
（2）调节电路参数，令一阶电路的时间常数τ<<方波作用时间TP，本次实验中，我们在电路板左上方的串联元件中选择C=0.01μF，在电路板中间的并联元件中选择R=1kΩ，闭合相应的开关，将选择的R、C元件接入电路，使电路满足微分电路的条件，在方波信号作用下，观察一阶电路响应的波形，并将波形定性描绘在表3—2中。
表3－2RC积分电路与微分电路
电路形式
参数值
波 形 图
R
C
输入信号波形
输出信号波形
RC
积
分
电
路
RC
微
分
电
路
六、注意事项
（1）实验前需要做充分的准备：
预习实验内容，写出预习报告。
无预习报告者不得进入实验室做实验。
（2）在使用示波器时，显示屏扫描光标的辉度不应过亮，应将辉度调节旋钮适度调节，使示波器光标辉度合适即可，以延长示波管的使用寿命。
（5）在调节电子仪器各旋钮时，调节动作不应过猛，以避免仪器损坏。
（6）在测量时间常数τ时，应先行计算出0.632Ucm的数值。
（7）在使用示波器的测量功能时，应注意测量光标H1、H2的相对位置，如果测量光标H1、H2的位置确定有误，显示屏中测量值Δt的数值前会出现负号。
（6）在实验连线中、检查实验连线时以及实验结束后拆线时，均应切断电源，在断电状态下操作。
（7）信号源的接地端应与示波器的接地端联接在一起（称共地），以防外界干扰信号影响测量的准确性。
（8）实验完毕，拆线时用力不要过猛，以防拔断导线，最好是轻轻的旋拔。
做完实验后，收拾好实验设备与器材，经实验指导老师检查并签字后方可离开实验室。
七、实验预习要求
（4）什么样的电信号可作为一阶RC电路零输入响应、零状态响应和全响应的激励信号？
（5）已知一阶RC电路的R=30kΩ，C=0.01μF，试计算时间常数τ，并根据τ的物理意义，拟定时间常数τ的测量方案。
（6）构成积分电路和微分电路的条件是什么？
它们在矩形脉冲信号的激励下，输出信号波形的变化规律如何？
这两种电路有何作用？
八、实验报告要求
（1）画出实验原理图。
（2）根据一阶电路的参数，计算时间常数τ的数值，并与实验中测量出的τ值做对比。
（3）根据实验结果，总结积分电路和微分电路的电路结构、组成条件、输出波形变化规律及其应用。
（4）记录实验现象及实验数据，并对实验结果进行分析。
（5）实验的收获、体会。
实验五三相异步电动机正反转控制
一、实验目的
1.通过对三相鼠笼式异步电动机正反转控制线路的安装接线，掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法。
2.加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。
3.学会分析、排除继电—接触控制线路故障的方法。
二、原理说明
在鼠笼机正反转控制线路中，通过象序的更换来改变电动机的旋转方向。
本实验给出两种不同的正、反转控制线路如图5-1及5-2，具有如下特点：
1.电气互锁
为了避免接触器KM1（正转）、KM2（反转）同时得电吸合造成三相电源短路，在KM1（KM2）线圈支路中串接有KM2（KM1）常闭触头，它们保证了线路工作时KM1、KM2不会同时得电（如图5-1），以达到电器互锁目的。
2.电气和机械双重互锁除电气互锁外，可再采用复合按钮SB1与SB2组成的机械互锁环节（如图5-2），以求线路工作更加可靠。
3.线路具有短路、过载、失、欠压保护等功能。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
三相交流电源
380V
2
三相异步电动动
JPDJ43
1
3
交流接触器
1
JPDJ13-3
4
复合按钮
2
JPDJ13-3
5
热继电器
1
JPDJ13-3
6
交流电压表
1
7
万用电表
1
四、实验内容
认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌数据；并用万用表Ω档检查各电器线圈、触头是否完好。
鼠笼机接成Δ接法；实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、W，供电线电压为380V。
1.
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