机本电工实验指导书

1电工实验指导书2实验须知一、实验应注意的事项⒈请不要迟到、旷课。对于旷课的同学，取消该同学该实验成绩。迟到20分钟内的同学要酌情扣分（5－40分），迟到20钟以上按旷课处理。请假或补假须经系同意并盖章。⒉实验前每位同学要预习，阅读实验教材，熟悉实验线路及内容，了解仪器设备的使用。拟出实验所需的数据记录图表。⒊进实验室后，检查所用仪器设备是否齐全，能否满足实验要求。⒋为减少接线差错，每个接头或焊接端所连接线头一般不超过两个。接线时主电路应从电源的一端开始，先接主要的串联电路，后接各个并联支路，终止于电源的另一端。最后须经指导教师同意后方可接通电源。⒌实验过程中，如发现有异常声音、火花、异常气味、超量程等不正常现象时，应立即切断电源。待找出原因并排除故障后，经指导教师同意方可继续进行实验。⒍测量数据和调整仪器要认真仔细，注意人身及设备的安全。对220V以上的电压要特别小心，严禁带电接、拆线路，人体严禁接触线路中带电的金属部位，以免发生人身触电事故。⒎凡是违章操作损坏设备者，要写出事故原因，并接实验室有关条例处理。⒏实验指导书上对每个实验均已列出一些本实验应的注意问题，请认真阅读并思考。二、电工实验的一般过程1．到达实验室后先在实验情况登记表上签到并交上预习报告，无预习报告或预习报告不合格的同学原则上不能做实验。2．检查所在实验台的设备是否完好（主要检查万用表及实验台电源是否被烧毁）。3．每张实验台元器件均已摆放好，未经老师允许禁止实验台之间互换、借用设备。4．实验内容完成后，实验结果须经指导教师认可，在教师同意后才能拆线。5．拆线前必须先切断电源，最后应将全部仪器设备及器材复位，清理好导线、工具、元器件，等老师检查并签字后方可离开实验室。三、对实验报告的一般要求实验报告是实验工作的全面总结，报告要求文理通顺，简明扼要，字迹端正，图表清晰，分析合理，讨论深入，结论正确。实验报告一般要求应有如下内容。⒈实验日期、同组人姓名、名称、目的、和使用的仪器设备的名称、规格等。⒉分析实验原理、及实验的方法、手段及实验的一般过程。⒊根据实验数据整理成数据表格或根据要求绘制成曲线、波形图等。⒋分析处理实验结果（包括误差分析、结论、实验问题的解答、实验收获及心得体会、意见等）。请参考实验指导书最后一项。５.记录实验中出现的问题、现象及故障的处理分析。3实验一电工技术认识实验1实验目的1.1掌握指针式万用表在测量直流电压、直流电流及正弦交流电压的方法。1.2掌握指针式万用表测量电阻的方法以及实验数据的处理。2实验仪器及装置ZH-12型通用电学实验台，万用表，电阻和导线一批。3实验原理实验原理图如图1所示：电路元件的各参考值为：5101R，3002R，1003R，1004R，10005R，200gR，100SR，VuS10。3.1测量电压时，应采用万用表的相应电压档位；3.2测量电流时，应采用万用表相应的电流档位；3.3测量电流时，既可将万用表（相应的电流档）串入电路中进行测量（直接法）；也可以测量电路中某个已知阻值的电阻电压，再由欧姆定律计算出电流（间接法）。3.4在测量电流、电压时，应先估算一下实际的电流、电压值，尽量使表的指针读数在满量程的21满量程之间。测量电阻时，使表的指针读数尽量在中间位置。3.5万用表的误差其系统误差是（或称最大误差）为量程电表的等级。例：通用万用表的等级为2.5级，用量程为50V的档去测量某个电压Xu时，其产生的系统误差应为V25.1%5.2503.6测量值的误差，分绝对误差和相对误差。绝对误差=测量值—真值相对误差%100真值4实验内容4.1用万用表测量直流电流R2R3RsRgUs10V图1+-R5R1AR4BCD1234544.1.1将万用表串入1、5两点之间，测出1、5两点之间的电流1I并记于表1中，画出此时的电路图。4.1.2将万用表接入A处，用导线将4、5两点相连接，测量此时的电流gI并记于表1中，并画出此时的电路图。4.2用万用表测量直流电压4.2.1用导线将A短接，并将4、5两点用导线相连接，用万用表直流电压档测量3、5两点的电压，记于表1中并画出此时的电路图。4.2.2自已设计用间接法测量Rg电阻上的电流并记于表1中。4.3用万用表的电阻档测量实验用电阻的阻值，比较测量值与标称值是否相等4.4用万用表的交流电压档测量实验台上电源的交流电压值。I15mAIg（直接法）mAU35VIg（间接法）mA理论计算值测量值绝对误差相对误差表15本实验注意事项5．1接好电路所有元器件后再接电源；5．2注意电路的简洁；5．3万用表一定要记得换挡;5．4预习时一定要将表1的理论值算出。6实验报告6.1写出实验目的，实验设备。6.2画出实验电路图，简述实验过程。6.1将各理论计算值与各实测值列表说明并比较，计算其绝对误差和相对误差。6.1比较用直接法和间接法测量电流，其值是否相等。5实验二电路基本定律及定理的验证1实验目的1.1对已学过的电路的定律进行验证，从而加深对定律及定理的理解；并从中掌握基本仪器的使用。1.2对基尔霍夫电流定律KCL和电压定律KVL进行验证。1.3测量并求出戴维南等效电路（直流情况），并加以验证。1.4明确在实际测量中必然会有一定误差，学会对产生的误差进行误差分析和计算。2实验仪器设备ZH-12型通用电学实验台，万用表一块，电阻，导线若干。3实验原理3.1基尔霍夫电流定律KCL和电压定律KVL。KCL和KVL是电路分析理论中最重要的基本定律，适用于线性电路、非线性电路、时变或非时变电路的分析和计算；适用于时域（电流表示为)(ti）或其他域（如频域）电路的分析计算。KCL和KVL是对于电路中各支路的电流或电压的一种约束关系，这种约束关系和电路中具体元件的伏安约束关系不同；前者是一种“电路结构”的约束，与具体元件无关；而后者元件伏安约束关系描述的是元件的具体特性，而与电路的结构无关。正是由于将基尔霍夫定律与元件的伏安特性结合，才能演生出多种多样的电路分析方法，所以，通过实验来加深对基尔霍夫定律的理解，对学习电路分析课程是十分有帮助的。KCL指出：在电路中，在任何时刻，流进和流出任何一个节点的电流代数和为零。即：0)(ti或0I（直流电路）KVL指出：在电路中，在任何时刻，任何一个回路或网络的电压降的代数和为零。即：0u(t)或0U（直流电路）3.2戴维南定理戴维南定理与诺顿定理在电路分析中是一对“对偶”的定理，但戴维南定理在电路的理论分析中和实际电路的测量中似乎使用得更为普遍一些，并且也较易为读者接受。戴维南定理一般用于在电路分析时将电路中的一个复杂部份等效为一个简单的含独立电压源Uoc串联电阻Re组成的戴维南等效电路。该等效电路是对于分析“外电路”有效的，特别是当外电路是一个变化的负载情形。戴维南定理是：在一个电路中，任何一个线性的二端网络（有源或无源）可以用由此二端网络的开路电压Uoc和等到效内阻Re串联组成的戴维南等效电路来代替；该等效电路对于分析此二端网络以外的外电路有效。4实验内容及步骤实验原理图如图1所示。R1R3I2RgUs1图1+-Us2+-R1R2I3AgggggggggGGbcdefo6图1电路中元件参考数值为,3001R1002R2003R51gR，VUVUSS3,821。4.1KCL和KVL的验证按图1接线后，分别断开电路中的ag连线、gb连线和gc连线，将电流表串入电路中，分别测出电流1I、2I和3I的数值（或用间接测量电流的方法测量电流）。列表记录各数据于表1中，计算测量值的绝对误差和相对误差，验证KCL。在测量过程中要注意电表的量程，测量前应先将测量值作估算，然后才进行测量。按图1接线，测量电压值eobedocdfocfUUUUUU，，,,,，并列表记录数据于表2中，验证KVL。I1(mA)I2(mA)I3(mA)计算值测量值绝对误差相对误差表1Ucf(v)Ufo(v)Ucd(v)Udo(v)Ube(v)Ueo(v)计算值测量值表24.3验证戴维南等效电路对于图1电路，将f，o之间的电阻gR当成外电路，从电路中拿去，形成f，o之间开路的电压Us。(1)测量f，o之间的开路电压Us,并记录于表3中，即为戴维南等效电路中的独立电源。(2)测量戴维南等效电路内阻SR。要求采用间接法测量电路的等效电阻。US(V)Es(v)Is(mA)计算值3测量值表3图2将电路中的所有独立电源“去掉”，在f，o端口上加上一个数值已知的独立电源SE（本实验要求7SE＝3V），并测出流经电源的电流SI，把SE,SI记于表3中，则SISERS。（3）验证戴维南定理。图2是图1经戴维南定理等效后的电路。在图2中，Ig＝Us/Rs，将此间接测量所得Ig与等效前电路图1中I2理论计算值比较，若两者相等则说明戴维南定理得到验证。5本实验注意事项5．1接好电路所有元器件后再接电源；5．2注意电路的简洁；5．3万用表一定要记得换挡;5．4真正了解4点中所提“去掉”的含义。5．5预习时一定要将表1、表2、表3的理论值算出。6实验报告6.1写出实验目的，实验设备。6.2画出实验电路图，简述实验过程。6.3计算实验所测数据的理论值，并将各理论计算值及各实测值列表说明，根据实验数据验证所要求验证的基本定理。6.4考虑测量误差产生的原因。8实验三交流电路中阻抗和功率的测定1实验目的1.1学习交流电路中阻抗的测定方法1.2学习交流电路中功率及功率因数的测定方法1.3加深对功率因数概念的理解，并学习一种提高交流电路功率因数的方法1.4了解日光灯的工作原理和日光灯各部件的作用，学会安装日光灯2实验仪器及设备ZH-12型通用电学实验台、交流电流表、万用表、日光灯一套、电容器若干个。3实验原理3.1交流电路中阻抗的测定：测定交流阻抗的方法很多。本实验只介绍U-A法及U-A-P法。3.1.1U-A法交流阻抗或复阻抗在极坐标中用它的模及幅角来表示，在复平面的直角坐标中用它的实部及虑部来表示。无论用哪种方法来表示，都必须有两个参数来表征。所以，必须由两个方程来解。这样测定交流阻抗就比直流电阻的伏安法要复杂些。U-A法测交流阻抗的原理电路图如1所示。用交流电压表分别测出电源电压U、变阻器hR上的电压1U及被测阻抗Z上的电压ZU。同时由交流电流表测出通过Z的电流I。根据KVL将上述三个电压作矢量图见图2（选择滑线电阻的电压作参考量），由图上求出Z的幅角.而Z的模由式(1)决定:IZUZ(1)求得Z后，可进一步确定L(或C)，以及对应的直流等效损耗电阻ZR。3.1.2U-A-P法。测试电路如图3所示。负载Z的消耗功率为：cosIUP(2)式中U为忽略电流表、功率表电流线圈内阻时，负载Z上的电压有效值。I为忽略功率表电压线圈分流作用时，负载Z通过的电流有效值。是Z的幅角，cos是Z的功率因数。所以，由（2）式可求得：cos=IUP(3)进而可求出、Z及等效直流损耗电阻R、电感值或电容值。3.2日光灯功率及功率因数的测定。我们这里所说的功率是指整套日光灯器件消耗的功率，即包括镇流器，而非单指灯管消耗的功率。所以整套日光灯可视作为一个感性负载。功率因数可由cos=SP=IUP算出。AVU1RhZ图1.Uz.U图2UUzU1ψ...9我们知道，一个感性负载总可以等效成一个纯电阻R与一个纯电感串联而成。这样，当有交流电流通过它时，电源提供给感性负载能量的一部份，被R以功率RI2的形式消耗掉，这是我们所需要的。能量的另一部份贮存在电感L中，这部份能量在电源与负载之间来回吞吐，除了在传输导线的电阻白白消耗一部份外，并不能被负载充分地利用。因而，电路的功率因数很低，为解决这个问题，通常是在电路的感性负载两端并联一个电容来提高电路的功率因数。具体内容参见有关的文献。日光灯电路并联电容后的相量图参见图5。其中1、1I为日光灯的电流和功率因数角；I、为并联电容后整个电路的总电流和功率因数角。由cos1提高到cos所需的电容值C为：