《电工电子技术》实验指导书.docx

《电工电子技术》实验指导书   《电工电子技术》实验指导书     目录 电工电子技术实验概述------------------------------------------------------3 实验一、基尔霍夫定律的验证------------------------------------------5 实验二、戴维南定理和诺顿定理验证---------------------------------8 实验三、叠加原理验证---------------------------------------------------10 实验四、正弦交流电路中R、L、C元件性能-----------------15 实验五、功率因数的改善--------------------------------------------18 实验六、三相电路--------------------------------------------------21   电工电子技术实验概述 《电工电子技术》是机电类专业重要专业基础课程之一。《电工电子技术实验》是与其紧密配合的实验课程，是电路教学中必不可少的重要实践环节。本实验指导书所编列的所有课题，均是在学生已学习和掌握电路理论后必须完成的实验。通过实验和实际操作，获得必要的感性认识、进一步验证、巩固和掌握所学的理论知识。通过实验学习，可熟悉并掌握电气仪表的工作原理和使用方法、正确联接电路和实验操作规范、观察实验现象、记读实验数据、绘制实验曲线、分析实验结果和误差、回答实验问题、提出对实验的改进意见等。通过这些环节培养学生的实验技能，提高学生独立分析问题和解决问题的能力及严肃认真、实事求是的科学作风，为今后的工作实践和科学研究奠定初步基础。为了完成实验教学任务，达到预期的实验教学目的，规范实验程序，培养学生实验操作技能，特提出如下实验工作要求：（一）、实验前的准备。学生在进入实验室进行实验操作之前，必须认真地预习实验指导书及教材中的相关部分，做到明确实验原理、实验目的和任务；熟悉实验线路，实验步骤、操作程序；了解并掌握本次实验的仪器设备及其技术性能。在此基础上写好实验预习报告，列出记录实验数据的表格。牢牢记住本次实验应该注重的问题，以防在实验操作中损坏实验设备和实验仪表。经实验教师检查并能准确回答实验中应注意的问题之后，才能进入实验室进行实验。（二）、实验中同组学生应有明确的实验分工，分别担任接线、查线、操作、观察、记录等工作，使实验进行的井然有序，不忙不乱。防止出现一人操作，他人观看的现象，更不允许在实验室随意走动、乱动设备、大声喧哗。如有发生，不听劝阻，防碍他人实验，实验教师有权停止其实验，并逐出实验室。（三）、进入实验室要熟悉通用电工实验台结构及电源配备情况.选中本次实验所用电源，实验电路板，测量仪表单元板和其他实验设备。（四）、实验时，首先应将本次实验所用设备和仪表、实验电路板安排在合适的位置上，以便于接线、操作、读取数据和观察波形为原则。线路检查无误后，正式实验前可大致试做一遍。试做时可不必仔细读取数据和描绘曲线，目的在于观察实验现象的变化、仪表量程的选取、设备位置是否合适、操作是否方便。如有异常现象出现，如异味、冒烟、发热或打火等现象，应立即断开电源。 联接线路时一般应先接串联电路，后接并联电路，先接主电路，后接辅助电路，最后接通电源。接通电源时按实验要求逐次接通开关。 在电路过渡过程中，为避免过渡过程冲击电流表和功率表的电流线圈而造成仪表换坏，一般电流表和功率表电流线圈不能固接在电路中，而是通过电流插口或试触法来替代。这样既可保护仪表不受意外损坏，又能提高仪表利用率。 （五）、经过试作无问题后，可正式进行实验。按照本次实验的目的内容、实验步骤进行有序操作。实验中应按实验要求有目的地调整实验参数，正确读取数据和描绘曲线。测绘曲线时测量点的间隔和数目要选得合适，被测量的极大值和极小值对应点的数据一定要测出。在曲线的弯曲部分应多选几个测量点。测量点的分布要在所研究整个范围内，不要局限于某一个小范围内，也不要超出研究范围。实验数据应记录在事先准备好的表格中，实验曲线的测量点应在事先准备好的坐标纸上标记。 （六）、注意安全用电。 通用电学实验台电源电压一般在220-380V左右，所以实验中不得用手触及未经绝缘的金属裸露部分，即使是在低压情况下也不例外。实验中应养成单手操作的习惯，能单手操作尽量不用双手操作。闭合或断开闸刀开关应迅速果断，同时用目光监视仪表设备有无异常，如有异常应立即切断电源，停止实验进行检查。 （七）、实验工作结束后，先切断电源，但暂时不要拆线，认真检查实验内容和实验结果。确认无一疏漏，实验结果经实验教师检查无误后，方可拆除线路。将实验设备归复原位、整理导线、清理实验台面后经教师允许方可离开实验室。 （八）、实验报告的编写。 编写实验报告是将实验结果进行总结、分析和提高的阶段。实验报告应包括如下一些内容： 实验名称。 实验日期。 系、班级、姓名。 同组者姓名。 实验目的。 实验原理。 实验步骤。 实验数据表格、曲线、波形。 实验心得体会，回答实验问题以及对实验的改进意见。 实验报告在下一次实验前交实验教师批阅，逾期不交者停止做下一课题实验。实验报告不完整、不认真、草率应付，数据、曲线、波形与实验结果相差较大，实验教师可退回实验报告，并要求学生重新补做该实验。 （九）、关于实验数据的运算与处理 在读取实验数据时，测量仪表的指针不一定恰好与表盘刻度线相符合，这就需估计读数的最后一位数。这位数字就是所谓存疑数字，如Ｉ＝1.3A，最后一位数字就是存疑数字，1为可靠数字。 有效数字由可靠数字和存疑数字构成，与小数点位置无关。如23.6和2.36及236都是三位有效数字。0在数字之间或数字末尾均算作有效数字，0在数字之前不能算作有效数字。如4.05和4.50都是三位有效数字，而0.45只是两位有效数字。这里4.50中的末位数0是不能省略的。 实验中进行数字运算时，应只保留一位存疑数字，对第二位存疑数字应用四舍五入法。如：45.0＋3.76＝48.76这里4.50中末位数0和3.76中的末位数6均是存疑数字，其和48.76中的7、6两位数均应是存疑数字，对第二位存疑数字6应用四舍五入法，所以 45．0＋3.76＝48.8 同理45.1X3.76＝169.576 将积中第二位存疑数字7四舍五入： 45.1X3.76＝169.6 一般而言，几个数相乘或相除时，最后结果的有效数字位数与几个数中有效数字位数最少的那个数相同。   实验一基尔霍夫定律 一、实验目的 ⒈　验证基尔霍夫定律。 ⒉　加深对参考方向和实际方向以及电压、电流正负的认识。 二、实验原理 基尔霍夫定律是电路中最基本的定律，也是最重要的定律。它概括了电路中 电流和电压分别应遵循的基本规律。定律的内容包括基尔霍夫电流定律和电压 定律。 (一)电流定律(KCL)： 电路中，任意时刻，通过任一节点的电流的代数和为零。即：∑i=0。 上式表明：基尔霍夫电流定律规定了节点上支路电流的约束关系，而与支路上元 件的性质无关，不论元件是线性的还是非线性的、含源的或无源的、时变的还是 非时变的等等都是适用的。 (二)电压定律(KVL)： 电路中，任意时刻，沿任何一个闭合回路的电压的代数和恒等于零。即∑u=0。 上式表明任一回路中各支路电压所必须遵循的规律，它是电压与路径无关的反 映。同样这一结论只与电路的结构有关，而与支路中元件的性质无关，适用于 任何情况。 三、实验仪器与设备 ⒈　ZH-12通用电学实验台　　　　　 ⒉　数字万用表　　　　　　　　　一块 ⒊直流毫安表　　　　　　　　三块 ⒋　直流稳压电源　　　　　两台 5．电阻（510，200，300，300,1K）五只 6．导线若干 四、实验内容及步骤 ⒈　验证基尔霍夫电流定律 在ZH-12通用电学实验台上，按图1-1接好线，检查无误后，开启电源，调 节稳压源输出使UＳ１=1.5V，UＳ２＝５Ｖ，然后用毫安表(自选适当的量程)先后分 别代替1～1′，２～２′，３～3′联接导线，串入电路中，依次按图上所标 的参考方向测得各支路电流(注意电流的正负)，记录于表2-1中。 　　图1-1基尔霍夫定律实验电路图 表1-1验证KCL定律表   测量值 理论计算值 误差 I1/mA       I2/mA       I3/mA       ∑I/mA         ⒉验证基尔霍夫电压定律 测定电流后，电路恢复如图1-1，用电压表依次读取回路Ⅰ(abefa)的支路电压Uab、 Ube、Uef、Ufa以及回路Ⅱ(abcdefa)的支路电压Uab、Ubc、Ucd、Ude、Uef、 Ufa，并将结果记录于表1-2中，注意电压值的正负。 表1-2验证KVL定律表 电压／V Uab Ubc Ucd Ude Uef Ufa Ube 回路Ⅰ ∑∪= 回路Ⅱ ∑∪= 测量值                   计算值                   误　差                     五、实验报告 ⒈　利用测量结果验证基尔霍夫定律。 ⒉　计算各支路的电压、电流，并计算各值的相对误差。分析产生误差的原因。 ⒊　思考题： ①电压和电位有什么区别? ②如何确定电压、电流的实际方向?   实验二、迭加原理实验 一、实验目的 通过实验验证迭加原理。 二、实验原理 在任何由线性电阻、线性受控源及独立源组成的线性网络中，每一支路的响 应(电压或电流)都可以看成是每一个独立源单独作用于网络时，在该支路上所 产生的响应(电压或电流)的代数和。 注意：①该原理仅适用于线性网络。 ②独立源单独作用，是指当某个独立源单独作用于网络时，其余的独立源 都不作用即取零值，所以其余的电压源应当用短路代替，电流源用开路 代替。 ③迭加原理的“加”是指“代数和”，所以迭加时应注意正负。 三、实验设备 直流稳压电源一台 直流电流表一块 ZH-12通用电学实验台 数字万用表一块 电阻五只 导线若干 四、实验内容与步骤 1、在ZH-12通用电学实验台上，按图2－1连接成电路。U1、U2由直流压 电源供电。 其中U1＝12VU2＝14V 2、将K1闭合，接通电源U1。K2倒向短路，U1单独作用于电路。测量各支 路电流I1，I2和I3以及各支路电压UAB、UBC、UBE，将测量数据填入表2－1中。   表2-1 I1（mA） I2（mA） I3（mA） UAB（V） UBC（V） UBE（V） U1单独 作用 U2单独 作用 ∑U1U2 作用 3、将K2倒向电源U2、K2倒向短路，U20单独作用于电路。重新测量I1、I2 和I3以及UAB、UBC和UBE，将测量数据填入表2-1中。 4、将K1、K2均倒向电源U1、U2，两电源U1、U2共同作用于电路。再测各 支路电流、电压。将测量数据填入表2-1中。 5、根据测量数据，验证迭加定理。 五、实验报告 目的、原理、步骤内容、数据表格、验证迭加原理。 回答问题：迭加原理的使用条件是什么？   实验三、戴维南定理和诺顿定理实验 一、实验目的 1、通过对戴维南定理和诺顿定理的实验验证，加深对等效电路概念的理解。 ⒉　学会几种测量电源内阻以及开路电压的方法。 3、学会用补偿法测量含源一端口网络等效参数。 二、实验原理 根据戴维南定理，任何一个线性含源一端口网络，它的外部特性，总可以等 效为理想电压源Uoc和电阻Rs的 串联组合支路。Uoc为原网络开路电压， Rs为原网络去源后的端口处的入端电阻，(a)(b) 图3－１ 如图3-1所示。 任何一个线性含源一端口网络，根据诺顿定理，它的外部特性，总可以等 效为理想电流源Isc和一电导Gs的并联组合。Isc为原网络的短路电流，Gs为原 网络去源后端口处的入端电导。 如图3-2所示。 戴维南定理和诺顿定理是两个完全独 立的定理，尽管两定理所述等效电路之间存在对偶形式，且有 Uoc=IscRsGs=1/Rs的关系。 电路的等效性在于变换前后原电路和等效电路的外部特性保持不变。即端口 CD处的电压和端口电流保持不变。在满足这一前提下，含源一端口网络戴维南 等效电路的Uoc和Rs以及诺顿等效电路的Isc和Gs被称为含源一端口网络的 等效参数。等效参数的测量是将含源一端网络等效为戴维南电路和诺顿电路的关 键。 关于含源一端口网络开路电压Uoc的测量:常用方法有两种，直接测量法和 补偿法。 1、直接测量法： 当含源一端口网络去源后的入端电阻Rs与电压表内阻Rv相比,Rs