电工2实验指导书

电工学实验指导书机电工程学院2010年4月2目录实验一（1）基尔霍夫定律的验证....................................................3实验一（2）叠加原理的验证............................................................5实验二戴维南定理和诺顿定理的验证..............................................8实验三正弦稳态交流电路相量的研究............................................12实验四三相交流电路电压、电流的测量........................................15实验五三相电路功率的测量............................................................18实验六（1）三相鼠笼式异步电动机..............................................22点动和自锁控制....................................................................................22实验六（2）三相鼠笼式异步电动机正反转控制............................253实验一（1）基尔霍夫定律的验证一、实验目的1.验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。2.学会用电流插头、插座测量各支路电流。二、原理说明基尔霍夫定律是电路的基本定律。测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。三、实验设备同实验四。四、实验内容实验线路与实验四图4-1相同，用DGJ-03挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。1.实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。图4-1中的I1、I2、I3的方向已设定。三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。2.分别将两路直流稳压源接入电路，令U1＝6V，U2＝12V。3.熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。4.将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。5.用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录之。被测量I1(mA)I2(mA)I3(mA)U1(V)U2(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)计算值测量值相对误差五、实验注意事项1.同实验四的注意1，但需用到电流插座。2．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。3.防止稳压电源两个输出端碰线短路。4.用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。此时指针正偏，可读得电压或电流值。若用数显电压表或电流表测量，则可直接读出电压或电流值。但应注意：所读得的电压或电流值的正确正、负号应根据设定的电流参考方向来判断。六、预习思考题41.根据图4-1的电路参数，计算出待测的电流I1、I2、I3和各电阻上的电压值，记入表中，以便实验测量时，可正确地选定毫安表和电压表的量程。2.实验中，若用指针式万用表直流毫安档测各支路电流，在什么情况下可能出现指针反偏，应如何处理？在记录数据时应注意什么？若用直流数字毫安表进行测量时，则会有什么显示呢？七、实验报告1.根据实验数据，选定节点A，验证KCL的正确性。2.根据实验数据，选定实验电路中的任一个闭合回路，验证KVL的正确性。3.将支路和闭合回路的电流方向重新设定，重复1、2两项验证。4.误差原因分析。5.心得体会及其他。5实验一（2）叠加原理的验证一、实验目的验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。二、原理说明叠加原理指出：在有多个独立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独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K倍。三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1直流稳压电源0~30V可调二路2万用表1自备3直流数字电压表0~200V14直流数字毫安表0~200mV15迭加原理实验电路板1DGJ-03四、实验内容实验线路如图6-1所示，用DGJ-03挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。图6-11.将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。2.令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧）。用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表6-1。表6-1F126测量项目实验内容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1单独作用U2单独作用U1、U2共同作用2U2单独作用3.令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表6-1。4.令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧），重复上述的测量和记录，数据记入表6-1。5.将U2的数值调至＋12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表6-1。6.将R5（330Ω）换成二极管1N4007（即将开关K3投向二极管IN4007侧），重复1～5的测量过程，数据记入表6-2。7.任意按下某个故障设置按键，重复实验内容4的测量和记录，再根据测量结果判断出故障的性质。表6-2测量项目实验内容U1(V)U2(V)I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V)UAD(V)UDE(V)UFA(V)U1单独作用U2单独作用U1、U2共同作用2U2单独作用五、实验注意事项1.用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。2.注意仪表量程的及时更换。六、预习思考题1.在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？2.实验电路中，若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？七、实验报告71.根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。2.各电阻器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，进行计算并作结论。3.通过实验步骤6及分析表格6-2的数据，你能得出什么样的结论？4.心得体会及其他。8实验二戴维南定理和诺顿定理的验证──有源二端网络等效参数的测定一、实验目的1.验证戴维南定理和诺顿定理的正确性，加深对该定理的理解。2.掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。二、原理说明1.任何一个线性含源网络，如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口网络）。戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替，此电压源的电动势Us等于这个有源二端网络的开路电压Uoc，其等效内阻R0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。诺顿定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电流源与一个电阻的并联组合来等效代替，此电流源的电流Is等于这个有源二端网络的短路电流ISC，其等效内阻R0定义同戴维南定理。Uoc（Us）和R0或者ISC（IS）和R0称为有源二端网络的等效参数。2.有源二端网络等效参数的测量方法(1)开路电压、短路电流法测R0在有源二端网络输出端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压Uoc，然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流Isc，则等效内阻为UocR0＝──Isc如果二端网络的内阻很小，若将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。(2)伏安法测R0用电压表、电流表测出有源二端网图8-1络的外特性曲线，如图8-1所示。根据外特性曲线求出斜率tgφ，则内阻△UUocR0＝tgφ＝──＝──。△IIsc也可以先测量开路电压Uoc，再测量电流为额定值IN时的输出图8-2Uoc－UN端电压值UN，则内阻为R0＝────。INUIABIUOΔUΔIφscoc被测有源网络VUUR0RLoc/2S9(3)半电压法测R0如图8-2所示，当负载电压为被测网络开路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。(4)零示法测UOC在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差。为图8-3了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图8-3所示.。零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”。然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。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可调直流恒流源0～500mA13直流数字电压表0～200V14直流数字毫安表0～200mA15万用表1自备6可调电阻箱0～99999.9Ω1DGJ-057电位器1K/2W1DGJ-058戴维南定理实验电路板1DGJ-05四、实验内容被测有源二端网络如图8-4(a)。(a)图8-4(b)被测有源网络R稳压电源VU0US101.用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的Uoc、R0和诺顿等效电路的ISC、R0。按图8-4(a)接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。测出UOc和Isc,并计算出R0。（测UOC时，不接入mA表。）2.负载实验按图8-4(a)接入RL。改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性曲线。U（v）I（mA）3.验证戴维南定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图8-4(b)所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴氏定理进行验证。U（v）I（mA）4.验证诺顿定理：从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流恒流源（调到步骤“1”时所测得的短路电流ISC之值）相并联，如图8-5所示，仿照步骤“2”测其外特性，对诺顿定理进行验证。U（v）I（mA）5.有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的直接测量法。见图8-4（a）。将被测有源网络内的所有独立源置零（去掉电流源IS和电压源US，并在原电压源所接的两点用一根短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用表的欧姆档去测定负载RL开路时A、B两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻R0，或称网络的入端电阻Ri。6.用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻R0及其开路电压Uoc。线路及数据表格自拟。五、实验注意事项1.测量时应注意电流表量程的更换。2.步骤“5”中，电压源置零时不可将稳压源短接。3.用万表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。图8-54.用零示法测量UOC时，应先将稳压电源的输出调至接近于UOC，再按图8-3测量。Uoc(v)Isc(mA)R0=Uoc/Isc(Ω)＋－ISmA＋－RV＋－R0L115.改接线路时，要关掉电源。六、预习思考题1.在求戴维南或诺顿等效电路时，作短路试验，测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路8-4(a)预先作好计算，以便调整实验线路及