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电工实验指导书(V3.0)黄少辉编汪蔚审广东技术师范学院自动化学院目录一、基本电工仪表的使用及测量误差的计算………………………………………………1二、电路元件伏安特性的测绘…………………………………………………………5三、戴维南定理和诺顿定理的验证…………………………………………………………8四、RC一阶电路的响应测试……………………………………………………………12五、R、L、C元件阻抗特性的测定…………………………………………………………15六、正弦稳态交流电路相量的研究………………………………………………………18七、RLC串联揩振电路的研究……………………………………………………………21八、三相交流电路电压、电流的测量………………………………………………………25九、三相电路功率的测量………………………………………………………………281实验一基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、实验目的1.熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。2.掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。3.熟悉电工仪表测量误差的计算方法。二、原理说明1.为了准确地测量电路中实际的电压和电流,必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态。这就要求电压表的内阻为无穷大;电流表的内阻为零。而实际使用的指针式电工仪表都不能满足上述要求。因此,当测量仪表一旦接入电路,就会改变电路原有的工作状态,这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差。误差的大小与仪表本身内阻的大小密切相关。只要测出仪表的内阻,即可计算出由其产生的测量误差。以下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。2.用“分流法”测量电流表的内阻如图1-1所示。A为被测内阻(RA)的直流电流表。测量时先断开开关S,调节电流源的输出电流I使A表指针满偏转。然后合上开关S,并保持I值不变,调节电阻箱RB的阻值,使电流表的指针指在1/2满偏转位置,此时有IA=IS=I/2∴RA=RB∥R1可调电流源R1为固定电阻器之值,RB可由电阻箱的刻度盘上读得。图1-13.用分压法测量电压表的内阻。如图1-2所示。V为被测内阻(RV)的电压表。测量时先将开关S闭合,调节直流稳压电源的输出电压,使电压表V的指针为满偏转。然后断开开关S,调节RB使电压表V的指示值减半。此时有:RV=RB+R1电压表的灵敏度为:S=RV/U(Ω/V)。式中U为电压表满偏时的电压值。4.仪表内阻引起的测量误差(通常称之为方可调稳压源法误差,而仪表本身结构引起的误差称为仪表基图1-2本误差)的计算。VRRVBSR1+++_RAIARBR1IS+_AS2(1)以图1-3所示电路为例,R1上的电压为R11UR1=───U,若R1=R2,则UR1=─U。R1+R22现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值,当RVR1RV与R1并联后,RAB=───,以此来替代RV+R1RVR1────RV+R1上式中的R1,则得U'R1=──────U图1-3RVR1───+R2RV+R1RVR1────RV+R1R1绝对误差为△U=U'R1-UR1=U(─────—-────)RVR1R1+R2───+R2RV+R1-R21R2U化简后得△U=─────────────────RV(R21+2R1R2+R22)+R1R2(R1+R2)U若R1=R2=RV,则得△U=-─6U'R1-UR1-U/6相对误差△U%=─────×100%=──×100%=-33.3%UR1U/2由此可见,当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时,测量的误差是非常大的。(2)伏安法测量电阻的原理为:测出流过被测电阻RX的电流IR及其两端的电压降UR,则其阻值RX=UR/IR。实际测量时,有两种测量线路,即:相对于电源而言,①电流表A(内阻为RA)接在电压表V(内阻为RV)的内侧;②A接在V的外测。两种线路见图1-4(a)、(b)。由线路(a)可知,只有当RX<<RV时,RV的分流作用才可忽略不计,A的读数接近于实际流过RX的电流值。图(a)的接法称为电流表的内接法。由线路(b)可知,只有当RX>>RA时,RA的分压作用才可忽略不计,V的读数接近于RX两端的电压值。图(b)的接法称为电流表的外接法。实际应用时,应根据不同情况选用合适的测量线路,才能获得较准确的测量结果。以下举一实例。在图1-4中,设:U=20V,RA=100Ω,RV=20KΩ。假定RX的实际值为10KΩ。如果采用线路(a)测量,经计算,A、V的读数分别为2.96mA和19.73V,故RX=19.73÷2.96=6.667(KΩ),相对误差为:(6.667-10)÷10×100=-33.3(%)RRAVBRvU213如果采用线路(b)测量,经计算,A、V的读数分别为1.98mA和20V,故RX=20÷1.98=10.1(KΩ),相对误差为:(10.1-10)÷10×100=1(%)(a)图1-4(b)三、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二路2可调恒流源0~200mA13指针式万用表MF500型14可调电阻箱0~9999.9Ω1DGJ-055电阻器按需选择DGJ-05四、实验内容1.根据“分流法”原理测定指针式万用表(MF500型)直流电流1mA和10mA档量限的内阻。线路如图1-1所示。RB可选用DGJ-05中的电阻箱(下同)。R1在1mA和10mA档时分别给出的参考值是1000Ω和200Ω。被测电流表量限S断开时的表读数(mA)S闭合时的表读数(mA)RB(Ω)R1(Ω)计算内阻RA(Ω)1mA100010mA2002.根据“分压法”原理按图1-2接线,测定指针式万用表直流电压2.5V和10V档量限的内阻。R1在2.5V和10V档分别给出的参考值是10K和100K。被测电压表量限S闭合时表读数(V)S断开时表读数(V)RB(KΩ)R1(KΩ)计算内阻RV(KΩ)S(Ω/V)2.5V1010V1003.用指针式万用表直流电压10V档量程测量图1-3电路中R1上的电压U’R1之值,并+-URRRA-+VAVX+-URRRA-+VAVX4计算测量的绝对误差与相对误差。UR2R1R10V(KΩ)计算值UR1(V)由R10V可得的计算值U’R1(V)并入电压表后的实测值U’R1(V)绝对误差ΔU相对误差(ΔU/UR1)×100%12V10KΩ50KΩ五、实验注意事项1.在开启DG04挂箱的电源开关前,应将两路电压源的输出调节旋钮调至最小(逆时针旋到厎),并将恒流源的输出粗调旋钮拨到2mA档,输出细调旋钮应调至最小。接通电源后,再根据需要缓慢调节。2.当恒流源输出端接有负载时,如果需要将其粗调旋钮由低档位向高档位切换时,必须先将其细调旋钮调至最小。否则输出电流会突增,可能会损坏外接器件。3.电压表应与被测电路并接,电流表应与被测电路串接,并且都要注意正、负极性与量程的合理选择。4.实验内容1、2中,R1的取值应与RB相近。5.本实验仅测试指针式仪表的内阻。由于所选指针表的型号不同,本实验中所列的电流、电压量程及选用的RB、R1等均会不同。实验时应按选定的表型自行确定。六、思考题1.根据实验内容1和2,若已求出1mA档和2.5V档的内阻,可否直接计算得出10mA档和10V档的内阻?2.用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时,实际读数为8.1A,求测量的绝对误差和相对误差。七、实验报告1.列表记录实验数据,并计算各被测仪表的内阻值。2.分析实验结果,总结应用场合。3.对思考题的计算。4.其他(包括实验的心得、体会及意见等)。5实验二电路元件伏安特性的测绘一、实验目的1.学会识别常用电路元件的方法。2.掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的测绘。3.掌握实验台上直流电工仪表和设备的使用方法。二、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。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2-1中a所示,该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。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2-1中b曲线所示。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2-1中c所示。图2-1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。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2-1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,2CW51稳压值在2.5~3.5V之间)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。0-10-20-300.51ICDbddDbCU(V)()6三、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0~30V12直流数字毫安表0~200mA13直流数字电压表0~200V14二极管IN40071DGJ-055稳压管2CW511DGJ-056白炽灯12V,0.1A1DGJ-057线性电阻器200Ω,1KΩ/8W1DGJ-05四、实验内容1.测定线性电阻器的伏安特性按图2-2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2-2图2-3UR(V)0246810I(mA)2.测定非线性白炽灯泡的伏安特性将图2-2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。UL(V)0.10.512345I(mA)3.测定半导体二极管的伏安特性按图2-3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2-3中的二极管D反接,且其反向施压UD-可达30V。正向特性实验数据+-UmA+-R200ΩV+-DIN4007+-UmA+-R1KV+-7UD+(V)0.100.300.500.550.600.630.650.680.700.730.75I(mA)反向特性实验数据UD-(V)0-5-10-15-20-25-30I(mA)4.测定稳压二极管的伏安特性(1)正向特性实验:将图2-3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。UZ+(V)0.100.300.500.550.600.630.650.680.700.730.75I(mA)(2)反向特性实验:将图2-3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0~30V,测量2CW51二端的电压UZ-及电流I,由UZ-可看出其稳压特性。UO(V)051015202530UZ-(V)I(mA)五、实验注意事项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.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。六、思考题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.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?3.稳压二极管与普通二极管有何区别,其用途如何?4.在图2-3中,设U=2V,UD+=0.7V,则mA表读数为多少
本文标题:自动化电路实验指导
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