电工学电工学实验 13页

电工实验—01基尔霍夫定律验证和电位的测定一．实验目的1．验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）2．通过电路中各点电位的测量加深对电位、电压及它们之间关系的理解3．通过实验加强对参考方向的掌握和运用的能力4．训练电路故障的诊查与排除能力二．实验原理与说明1．基尔霍夫电流定律（KCL）在任一时刻，流出（或流入）集中参数电路中任一可以分割开的独立部分的端子电流的代数和恒等于零，即：ΣI=0或ΣI入=ΣI出式（1-1）此时，若取流出节点的电流为正，则流入节点的电流为负。它反映了电流的连续性。说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。要验证基式电流定律，可选一电路节点，按图中的参考方向测定出各支路电流值，并约定流入或流出该节点的电流为正，将测得的各电流代入式（1-1），加以验证。2．基尔霍夫电压定律（KVL）按约定的参考方向，在任一时刻，集中参数电路中任一回路上全部元件两端电压代数和恒等于零，即：ΣU=0式（1-2）它说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。式（1-2）中，通常规定凡支路或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。3．电压、电流的实际方向与参考方向的对应关系参考方向是为了分析、计算电路而人为设定的。实验中测量的电压、电流的实际方向，由电压表、电流表的“正”端所标明。在测量电压、电流时，若电压表、电流表的“正”端与参考方向的“正”方向一致，则该测量值为正值，否则为负值。图1-1电压，电流的实际方向和参考方向4．电位与电位差在电路中，电位的参考点选择不同，各节点的电位也相应改变，但任意两节点间的电位差不变，即任意两点间电压与参考点电位的选择无关。5．故障分析与检查排除（1）实验中常见故障13\n①连线：连线错，接触不良，断路或短路；②元件：元件错或元件值错，包括电源输出错；③参考点：电源、实验电路、测试仪器之间公共参考点连接错误等等。（2）故障检查故障检查方法很多，一般是根据故障类型，确定部位、缩小范围，在小范围内逐点检查，最后找出故障点并给予排除。简单实用的方法是用万用表（电压档或电阻档）在通电或断电状态下检查电路故障。①通电检查法：用万用表的电压档（或电压表），在接通电源情况下，根据实验原理，电路某两点应该有电压，万用表测不出电压；某两点不应该有电压，而万用表测出了电压；或所测电压值与电路原理不符，则故障即在此两点间。②断电检查法：用万用表的电阻档（或欧姆表），在断开电源情况下，根据实验原理，电路某两点应该导通无电阻（或电阻极小），万用表测出开路（或电阻极大）；某两点应该开路（或电阻很大），但测得的结果为短路（或电阻极小），则故障即在此两点间。二．实验设备名称数量型号1．直流稳压电源1台0~30V可调1台1组+15V固定2．万用表1台3．电阻4只100W*1150W*1220W*1510W*14．短接桥和连接导线若干P8-1和501485．实验用9孔插件方板1块297mm×300mm三．实验步骤1．验证基尔霍夫定律（KCL和KVL）的实验线路图1-2验证基尔霍夫定律实验线路2．基尔霍夫电流定律（KCL）的验证（1）按图1-2接线，Us1、Us2用直流稳压电源提供。（2）用万用表（电流档）依次测出电流I1、I2、I3，（以节点b为例），数据记入表1-1内。（3）根据KCL定律式（1-1）计算ΣI，将结果填入表1-1，验证KCL。13\n表1-1验证KCL实验数据I1(mA)I2(mA)I3（mA）ΣI1．基尔霍夫电压定律（KVL）的验证（1）按图1-2接线，US1、US2用直流稳压电源。（2）用万用表的电压档，依次测出回路1（绕行方向：beab）和回路2（绕行方向：bcdeb）中各支路电压值，数据记入表1-2内。（3）根据KVL定律式（1-2），计算ΣU，将结果填入表1-2，验证KVL。表1-2验证KVL实验数据回路1(beab)Ube(V)Uea(V)Uab(V)ΣU回路2(bcdeb)Ubc(V)Ucd(V)Ude(V)Ueb(V)ΣU2．电位的测定（1）仍按1-2接线。（2）分别以c、e两点作为参考节点（即Vc=0、Ve=0），测量图1-2中各节点电位，将测量结果记入表1-3中。（3）通过计算验证：电路中任意两点间的电压与参考点的选择无关。表1-3不同参考点电位与电压测试值(V)VaVbVcVdVec节点e节点计算值(V)UabUbcUcdUdeUebUeac节点e节点二．注意事项1．使用指针式仪表时，要特别关注指针的偏转情况，及时调换表的极性，防止指针打弯或损坏仪表。2．验证KCL、KVL时，电压端电压都要进行测量，实验中给定的已知量仅作为参考。3．测量电压、电位、电流时，不但要读出数值来，还要判断实际方向，并与设定的参考方向进行比较，若不一致，则该数前加“－”号。三．分析和讨论1．测量电压、电流时，如何判断数据前的正负号？负号的意义是什么？2．电位出现负值，其意义是什么？3．计算表1-2中的ΣU是否为零？为什么？4．对表1-3中的计算值进行分析，可以得出什么结论？13\n电工实验—02叠加原理验证一．实验目的1．验证叠加定理，加深对该定理的理解2．掌握叠加原理的测定方法3．加深对电流和电压参考方向的理解二．实验原理与说明对于一个具有唯一解的线性电路，由几个独立电源共同作用所形成的各支路电流或电压，是各个独立电源分别单独作用时在各相应支路中形成的电流或电压的代数和。(a)电压源电流源共同作用电路(b)电压源单独作用电路(c)电流源单独作用电路图2-1电压源，电流源共同作用与分别单独作用电路图2-1所示实验电路中有一个电压源Us及一个电流源Is。设Us和Is共同作用在电阻R1上产生的电压、电流分别为U1、I1，在电阻R2上产生的电压、电流分别为U2、I2，如图2-1(a)所示。为了验证叠加原理令电压源和电流源分别作用。当电压源Us不作用，即Us=0时，在Us处用短路线代替；当电流源Is不作用，即Is=0时，在Is处用开路代替；而电源内阻都必须保留在电路中。（1）设电压源Us单独作用时（电源源支路开路）引起的电压、电流分别为、、、，如图2-1(b)所示。（2）设电流源单独作用时（电压源支路短路）引起的电压、电流分别为、、、，如图2-1(c)所示。这些电压、电流的参考方向均已在图中标明。验证叠加定理，即验证式（2-1）成立。13\n式（2-1）一．实验设备名称数量型号1．直流稳压电源1台0~30V可调2．固定稳压电源1台+15V3．万用表1台4．电阻3只51W*1100W*1330W*15．短接桥和连接导线若干P8-1和501486．实验用9孔插件方板1块297mm×300mm二．实验步骤1．按图2-2接线，取直流稳压电源US1=10V，US2=15V，电阻R1=330W，R2=100W，R3=51。图2-2验证叠加原理的实验线路2．当US1、US2两电源共同作用时，测量各支路电流和电压值。选择合适的电流表和电压表量程，及接入电路的极性。用短接桥（或导线）将“5”和“2”连接起来。接通电源US1；用短接桥（或导线）将“6”和“4”连接起来，接通电源US2，分别测量电流I1、I2、I3和电压U1、U2、U3。根据图2-2电路中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表2-1中。3．当电源US1单独作用时，测量各电流和电压的值。选择合适的电流表和电压表量程，确定接入电路的极性。用短接桥（或导线）将“5”和“2”连接起来，接通电源US1；将“6”和“3”连接起来，使电源US2不作用。分别测量电流、、和电压、、。根据图2-2中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表2-1中。4．当电源US2单独作用时，测量各电流和电压的值。13\n选择合适的电流表和电压表量程，确定接入电路的极性，用短接桥（或导线）将“5”和“1”连接起来，使电源US1不工作；将“6”和“4”连接起来，接通电源US2。分别测量电流、、和电压、、。根据图2-2中各电流和电压的参考方向，确定被测电流和电压的正负号后，将数据记入表2-1中。表2-1验证叠加原理实验数据电源电流(A)电压(V)US1、US2共同作用I1I2I3U1U2U3US1单独作用U’3US2单独作用验证叠加原理一．注意事项1．进行叠加原理实验中，电压源Us不作用，是指Us处用短路线代替，而不是将Us本身短路。2．测量电压、电流时，要根据图2-2中各电流和电压的参考方向，来判断实际方向，若不一致，则在该数值前加“－”号。二．分析和讨论1．在进行叠加原理实验时，不作用的电压源、电流源怎样处理？为什么？2．根据本实验的原理，根据给定的电路参数和电流、电压参考方向，分别计算两电源共同作用和单独作用时各支路电流和电压的值，和实验数据进行相对照，并加以总结和验证。3．通过对实验数据的计算，判别三个电阻上的功率是否也符合叠加原理？4．把US2用恒流源代替，思考如何安排电路原理图？电工实验—0313\n戴维南定理验证和有源二端口网络的研究一．实验目的1．用实验方法验证戴维南定理2．掌握有源二端口网络的开路电压和入端等效电阻的测定方法，并了解各种测量方法的特点3．证实有源二端口网络输出最大功率的条件二．实验原理与说明1．戴维南定理一个含独立电源，受控源和线性电阻的二端口网络，其对外作用可以用一个电压源串联电阻的等效电源代替，其等效源电压等于此二端口网络的开路电压，其等效内阻是二端口网络内部各独立电源置零后所对应的不含独立源的二端口网络的输入电阻（或称等效电阻）如图3-1所示。Ia线性有源二端口网络a+++负载负载UsUOCU－URi－－bb图3-1戴维南等效电路线性有源二端口网络线性有源二端口网络a+UOCRi－b图3-2有源二端口网络的开路电压和入端等效电阻a被测网络VUOCb图3-3直接测量2．开路电压的测定方法（1）直接测量法13\n当有源二端口网络的入端等效电阻与万用表电压档的内阻相比可以忽略不计时，可以用电压表直接测量该网络的开路电压。如图3-3所示。（1）补偿法当有源二端口网络的入端电阻较大时，用电压表直接测量开路电压的误差较大，这时采用补偿法测量开路电压则较为准确。图3-4中虚线框内为补偿电路，为另一个直流电压源，可变电阻器接成分压器使用，G为检流计。当需要测量网络、两端的开路电压时，将补偿电路、端分别与、两端短接，调节分压器的输出电压，使检流计的指示为零，被测网络即相当于开路，此时电压表所测得的电压就是该网络的开路电压。由于这时被测网络不输出电流，网络内部无电压降测得的开路电压数值较前一种方法准确。被测网络++G+VRPUs’－－－图3-4补偿法测量开路电压2．入端等效电阻的测定方法（1）外加电源法将有源二端口网络内部的独立电压源Us处短接，独立电流源Is处开路，被测网络成为无独立源的二端口网络，然后在端口上加一给定的电源电压，测量流入网络的电流I，如图3-5所示。入端等效电阻：若被测网络内部去掉独立源后，仅由电阻元件组成，可直接用万用表的电阻档去测出入端效等电阻。实际上网络内部的独立电源都具有一定的内阻，它并能与电源本身分开。在去掉独立电源的同时，其内阻也被去掉，这将影响测量的准确性，因此这种测量方法仅适用于独立电压源内阻很小和独立电流源内阻很大的情况。aIa线性有源二端口网络AAA线性无源二端口网络13\n+ISCAAA－bb图3-5外加电源法测量入端等效电阻图3-6测定短路电流的电路（1）开路短路法分别测量有源二端口网络的开路电压和短路电流，则图3-6为测量有源二端口网络短路电流的电路。这种方法简便，但对于不允许直接短路的二端口网络是不能采用的。（2）半偏法先测出有源二端口网络的开路电压，再按图3-7接线，为电阻箱的电阻，调节，使其两端电压为开路电压的一半，即=，此时的数值即等于。这种方法克服了前两种方法的局限性，在实际测量中被广泛采用。线性有源二端口网络a+UsI－Rib图3-7半偏法测入端等效电阻图3-8负载从给定电源获得功率电路2．最大功率传输定理如前所述，一个实际电源或一个线性源二端口网络，不管它内部具体电路如何，都可以等效化简为理想电压源Us和一个电阻的串联支路。当负载与电源内阻相等时，负载可获得最大功率，即13\n电路的效率为：×100%=50%这种情况称为“匹配”，在“匹配”情况下，负载的两端电压仅为电源电动势一半，传输效率为50%。一．实验设备名称数量型号1．直流稳压电源1台0~30V可调2．万用表1台3．电阻10只10W*251W*1100W*3150W*2200W*1330W*14．短接桥和连接导线若干P8-1和501485．实验用9孔插件方板1块297mm×300mm二．实验步骤1．测量有源二端口网络的开路电压和入端等效电阻按图3-9的有源二端口网络接法，取Us=25V，R1=150W，R2=R3=100W，参照实验原理与说明，自已选定测量开路电压和入端等效电阻的方法，将测量结果记录下来。=_______________；=_______________；=_______________；150W100WAA+R1R2+Ri+UsUOC10V100WR3－U－－BB图3-9有源二端口网络实验线路图3-10戴维南等效电源电路2．测定有源二端口网络的外特性在图3-9有源二端口网络的、端上，依次按表3-1中各的值取电阻作为负载电阻，测量相应的端电压U和电流I，记入表3-1中。3．测定戴维南等效电源的外特性按图3-10接线，图中和为图3-9中有源二端口网络的开路电压和等效电阻，从直流稳压电源取得，从电阻中取一个近似的得到。在、13\n端接上另一电阻作为负载电阻，分别取表3-1中所列的各值，测量相应的端电压U和电流I，记入表3-1中。表3-1有源二端口网络及等效电路外特性实验数据负载电阻（W）051100150200330开路Ri有源二端网络U（）I（）P=（）戴维南等效电源U（）I（）P=（）1．计算表3-1中负载功率P。2．根据表3-1中的数据绘制源二端口网络的伏安特性曲线，并绘制功率P随电流I变化的曲线。U(V)P(w)0I(A)0I(A)二．注意事项若采用图3-4的补偿法测量有源二端口网络的开路电压，应使、端和、端电压的极性一致，电压的数值接近相等，才能接通电路进行测量，否则会使电流过大而击毁检流计。三．分析与讨论1．根据图3-9中已给定的有源二端口网络参数，计算出开路电压UOC等效电阻Ri实验中参考。2．若含源二端口网络不允许短路，如何用其他方法测出其等效电阻Ri？3．根据表3-1中各电压和电流的值可得出什么结论？4．从实验步骤5中得出的P(I)曲线中得出最大功率传输的条件是什么？电工实验-4三相交流电路13\n一.实验目的1.掌握三相负载和电源的正确联接方法。2.进一步了解三相电路中电压、电流的线值和相值的关系。3.了解三相四线制中线的作用。二.预习要求1.复习三相交流电路有关内容。2.负载作星形联接或作三角形联接，取用同一电源时，负载的相，线电量有何不同？3.对称负载作星形联接，无中线的情况下断开一相，其它两相发生什么变化?若为三角形联接时又如何？三.实验原理与说明1.测量三相四线制电源的相、线电压、电流，列表。表4-1UABUBCUCAUAOUBOUCO380伏电源220伏电源2.负载作星形联接：(1)将灯泡负载作星形联接（图4-2）并请教师检查线路。(2)测量对称负载，有中线和无中线时的各电量。每相两盏灯泡均接入电源。测量负载侧的各相电压及电流。断开中线，重复对各电量进行测量。(3)测量不对称负载，有中线和无中线时的各电量。图4-2将C相负载的灯泡增加一组，其它两相仍各为一组（不对称负载）。分别测量有中线和无中线时的各电量。注意：在断开中线时，由于各相电压不平衡，测量完毕应立即断开电源或接通中线。表4-2对称负载不对称负载有中线无中线有中线无中线相电压UA′13\n（伏）（负载侧）UB′UC′电流（安）IAIBICIO3.负载作三角形联接：(1)图4-3联接线路并请教师检查。(2)测量对称负载时的各电量。(3)测量不对称负载时的各电量。将CB相灯泡增加一组。测量各电量。表4-3UA′B′UB′C′UC′A′IAIC′A′对称负载不对称负载图4-3四.实验模块名称数量型号1.三相断路器板1块MC10012.三相熔断器板1块MC10023.三相负载板1块MC10094.智能交流电压电流表板1块MC10285.三相功率表板1块MC10266.电流插孔板1块MC1023五.分析和讨论1.根据表4-1数据，计算三相电源相、线电压间的数值关系。2.根据表4-2数据，计算负载星形联接有中线时的相、线电压的数值关系。并按比例画出不对称负载有中线时各电量的相量图。3.负载为星形联接，中线的作用如何？在什么情况下必须有中线，在什么情况可不要中线？13