电工测试技术

制作人李平王晖谌海霞刘建新绪论本课件是以《电路》为理论教材，是和《电工实验》相配套的实验CAI课件，该课件基于校园网的Web应用程序，运行于Windows98SE/ME/2000+SP3/XP/Server2003系统上，使用专门的Visio制图软件，图像清晰，以简明的方式进行有效地信息交流；还应用了其他文本、动画、影像等多媒体手段。课件详细介绍了15个实验项目的实验设备、实验目的、实验内容、实验步骤、注意事项和数据分析思考题。目录基尔霍夫定律叠加原理及故障分析线性有源一端口等效参数测定受控源的实验研究交流电路参数的测定－三表法提高功率因数的研究（感性）Ｒ、Ｌ、Ｃ串联谐振电路的研究三相电路电压、电流、功率的测量一阶RC电路过渡过程的研究目录二阶电路研究二端口网络参数的测定多量程电压表、电流表的设计单相电度表的使用与校验单相铁芯变压器特性的测试三相异步电动机的正、反转控制及Y-△控制EEL-Ⅰ\Ⅱ型电工实验台基尔霍夫定律叠加原理及故障分析实验目的实验原理实验仪器实验内容与步骤实验注意事项数据分析及思考题实验目的验证基尔霍夫定律与叠加原理的正确性，加深对电路的电流、电压参考方面的理解。正确使用直流稳压电源、电流表、电压表，学会用电流插头、插座测量各支路电流的方法。提高检查、分析电路简单故障的能力。实验原理基尔霍夫定律KVL方程（回路电压）:对任何一个闭合回路而言，在设定电压的参考方向下，绕行一周，应有KCL方程（节点电流）:对电路中的任一结点而言，在设定电流的参考方向下，应有0U0I叠加原理在有几个电源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个电源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。叠加原理反映了线性电路的叠加性。电路简单故障的检查、分析1）通电检查法2）断电检查法实验仪器EEL-Ⅰ/Ⅱ型实验台直流数字电压表、直流数字毫安表恒压源（含＋6V，＋12V，0～30V可调）恒流源运算放大器、电阻、电位器等元件实验内容与步骤VDIN4007R4R5R3R1R2510Ω1kΩ510Ω510Ω330ΩUS1=6v+-S1S2+-ABCDEFS3US2=12vVDIN4007US1=6v+-S1R4S2+-I3ABCDEFR5S3R3R1R2I1I2510Ω1kΩ510Ω510Ω330ΩUS2=12vI3I1I2I3I1I2US1=6v+-S1S2+-ABCDEFS3US2=12vI3I1I2US1、US2两电压取自恒压源6V、12V,选择开关选择‘正常’位置。将图中开关S3投向R3测，分别测量单独作用US1（将开关S1投向外侧，开关S2投向内侧）、US2单独作用（将开关S1投向内侧，开关S2投向外侧）、US1，US2共同作用（将开关S1投向外侧，开关S2投向外侧）时各支路电流与各电阻元件两端电压，数据记入表格1，验证叠加原理以及基尔霍夫电流、电压定律的正确性。在实验电路图中，用选择开关已设置了开路、短路、元件值、电源值错误等故障，按通电检查法检查、分析电路的简单故障：分别选择故障1~5，测量US1、US2共同作用时各段电压、电流，与‘正常’时的电压、电流值比较，并将分析结果记入表中。实验记录表格1数据状态I1I2I3UABUBCUCDUDAUAFUFEUEDUS1单独作用US2单独作用US1、US2共同作用US1和US2共同作用故障1故障2故障3故障4故障5实验注意事项实验前，必须设定电路中所有电流、电压的参考方向，其中电阻上的电压方向应与电流方向一致。所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准，不以电源表盘指示值为准。用电流插头测量各支路电流时，应将电流插头的红接线端插入数字毫安表的红（正）接线端，电流插头的黑接线端插入数字毫安表的黑（负）接线端。注意仪表的正、负极性，同时注意仪表量程的及时更换。注意选定电源大小，不要使电路中的电流值超过电流表的量程。电源单独作用时，只能在实验板上用开关S1或S2操作，而不能直接将电源短路。数据分析及思考题根据实验数据进行分析，比较、归纳、总结实验结论，验证基尔霍夫定律与叠加定理的正确性。叠加原理中如何理解电源单独作用，在实验中应如何操作？实验电路中，若将一电阻元件改为二极管，那么基尔霍夫定律、叠加性与齐次性还成立吗？为什么？根据实验数据与计算数据，分析误差产生原因。各电阻元件所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？试用上述实验数据计算、说明。总结实验中检查、分析电路故障的方法和查找故障的体会。返回线性有源一端口等效参数测定及最大功率传输实验目的实验原理实验仪器实验内容与步骤实验注意事项数据分析及思考题实验目的初步掌握实验电路的设计思想和方法，能正确选择实验设备。利用自行设计的实验电路以及实验结果验证戴维南定理与电源等效变换条件。学习线性有源一端口网络等效电路参数的测量方法。加深对电压源和电流源特性的理解。实验原理戴维南定理任何一个有源一端口网络,总可以用一个电压源US和一个电阻RS,串联组成的实际电压源来代替,其中：电压源US等于这个有源一端口网络的开路电压UOC，内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零（接电压源端口短接，接电流源端口开路）后的等效电阻R0。诺顿定理在任何一个有源一端口网络，总可以用一个电流源IS和一个电阻RS并联组成的实际电流源来代替，其中：电流源IS等于这个有源一端口网络的短路电流ISC，内阻RS等于该网络中所有独立电源均置零（接电压源端口短接，接电流源端口开路）后的等效电阻R0。线性有源一端口网络等效参数RS的实验测定方法：1)由戴维南定理和诺顿定理可知：2)将线性有源一端口网络的所有独立电源置零，用欧姆表从端口处可测得RS。scocSIUR最大功率传输的条件：电源的内阻抗（或内电阻）RS与负载阻抗（或负载电阻）RL相等时，负载可以得到最大功率,即阻抗匹配。US+-RSRLI实验仪器EEL-Ⅰ/Ⅱ型实验台直流数字电压表、直流数字毫安表恒压源、恒流源电阻、二极管等元件实验内容与步骤线性有源网络+-12（a)原网络U12mA34RLU12mA34RLU12mA34RL+-1'2'RSUS+-+-1”2”ISRS(b)戴维宁等效电路(c)诺顿等效电路设计一线性有源一端口网络（至少其中含有两个电源），测定其外特性。RL取不同的值，测量对应的URL和IRL记录于表格中。（当RL=0时，测得IRL=ISC，RL=∞时，URL=UOC，根据测量结果，求RS。）用步骤1测得的等效参数构成戴维南等效电路，测量其外特性,RL取值与步骤1相同，并与步骤1所得结果进行比较。)(LLRRIfu根据实际电压源与电流源的等效变换条件，将由测量参数电压源US与电阻RS串联构成的戴维南等效电路，等效成电流源电路，即诺顿等效电路，并与戴维南等效电路外接一组同样大小负载，从而验证电源的等效变换。将负载电阻RL调整到与RS等值，由电压表、电流表测量值计算此时功率是否为最大传输功率。实验记录表格RL数据0RSRL1RL2RL3RL4RL5∞原网络URLIRL戴维宁等效电路U'RLI'RL诺顿等效电路URLIRL实验注意事项设计实验时尽量选择标准阻值的电阻。设计的一端口网络其开路电压与短路电流值注意不能超过恒压源与恒流源所能输出最大值。设计实验时要注意选择电源的大小，不要使电路中的电流超过直流数字毫安表的量程和电阻允许通过值，以免造成仪器和元件的损坏。RL取七个以上不同值，其中包括RL=0，RL=∞时两个点。测量时注意仪表极性与量程的更换。改接线路时，要关掉电源。数据分析及思考题在求有源一端口网络等效电路中的RS时，如何理解“该网络中所有独立电源均置零”？实验中怎样将独立电源置零？给一线性有源一端口网络，在不测量ISC和UOC的情况下，如何用实验方法求得其等效参数？实际电压源与实际电流源等效变换的条件是什么？所谓“等效”是对谁而言？电压源与电流源能否等效变换？什么是阻抗匹配？电路传输最大功率的条件是什么？返回受控源的实验研究实验目的实验原理实验仪器实验内容与步骤实验注意事项数据分析及思考题实验目的加深对受控源的理解；熟悉由运算放大器组成受控源电路的分析方法，了解运算放大器的应用；掌握受控源特性的测量方法。实验原理受控源分类受控源向外电路提供的电压或电流是受其它支路的电压或电流控制，因而受控源是双口元件：一个为控制端口，或称输入端口，输入控制量（电压或电流），另一个为受控端口或称输出端口，向外电路提供电压或电流。根据控制变量与受控变量的不同组合，受控源可分为四类：1)电压控制电压源（VCVS），如图1-(a)所示，其特性为：其中：称为转移电压比（即电压放大倍数）。2)电压控制电流源（VCCS），如图1-(b)所示，其特性为：其中：称为转移电导。+-+-u2=µu1图1-(a)+-i2=gu1图1-(b)12uu12ugig+-u2=ri1i1图1-(c)i2=ßi1i1图1-(d)3)电流控制电压源（CCVS），如图1-(c)所示，其特性为：其中：称为转移电阻。4)电流控制电流源（CCCS），如图1-(d)所示，其特性为：其中：称为转移电流比（即电流放大倍数）。12irur12ii用运算放大器组成的受控源1）运算放大器的特点：其电路符号如图2所示，具有两个输入端：同相输入端u＋和反相输入端u－，一个输出端uO，放大倍数为A，则uO=A（u＋－u－）.特性1：u＋＝u－；特性2：i＋＝i－＝０+-∞+图2u1+-∞u2+-R1R2+-iR1iR2+2)应用运算放大器组成的VCVS原理由运算放大器的特性1：(u＋＝u－=u1):由运算放大器的特性2:得转移电压比：11R1Rui212R2RuuiR2R1ii1122)1(uRRu)1(12RR图3实验仪器EEL-Ⅰ/Ⅱ型实验台直流数字电压表、直流数字毫安表恒压源（含＋6V，＋12V，0～30V可调）恒流源运算放大器、电阻、电位器等元件实验内容与步骤U1+-∞+-R1R2+-+RLU2测试电压控制电压源（VCVS）特性:（1）测试VCVS的转移特性U2=f（U1）（2）测试VCVS的负载特性U2=f（RL）图(a)VCVSU1(V)0123456U2(V)U2'(V)RL(Ω)50701002003005001000U2(V)测试电压控制电流源（VCCS）特性:（1）测试VCVS的转移特性I2=f（U1）（2）测试VCVS的负载特性I2=f（RL）图(b)VCCSU1(V)00.511.522.533.5I2(mA)RL(kΩ)5020105310.50.2I2(mA)+-∞+-R1RLI2+AU1测试电流控制电压源（CCVS）特性:（1）测试CCVS的转移特性U2=f（I1）（2）测试CCVS的负载特性U2=f（RL）图(C)CCVSI1(mA)00.050.10.150.20.250.3U2(V)RL(Ω)501001502005001K2K10KU2(V)+-∞U2R1R2+-+AI1测试电流控制电流源（CCCS）特性:（1）测试CCCS的转移特性I2=f（I1）（2）测试CCCS的负载特性I2=f（RL）图(d)CCCSI1(mA)00.050.10.150.20.250.3I2(mA)RL(Ω)501001502005001K2K10KI2(mA)+-∞R1R2+AI1ARLI2实验注意事项运算放大器输出端不能与地短路，输入端电压不宜过高（小于5V）。运算放大器工作时，注意接通偏置电源。数据分析及思考题根据实验数据，分别绘出四种受控源的转移特性和负载特性曲线，求出相应的转移参量μ、g、r和β；参考测量数据，说明转移参量μ、g、r和β受电路中哪些参数的影响？如何改变它们的大小？若受控源控制量的极性反向，试问其输出极性是否如何由两个基本的CCVC和VCCS获得其它两个CCCS和VCVS，