电工与电子技术实验报告2014

实验一电位、电压的测量及基尔霍夫定律的验证

一、实验目的

1、用实验证明电路中电位的相对性、电压的绝对性。

2、验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。

3、掌握直流电工仪表的使用方法，学会使用电流插头、插座测量支路电流的方法。

二、实验线路

实验线路如图1-1所示。

图1-1

三、实验步骤

将两路直流稳压电源接入电路，令E1=12V，E2=6V（以直流数字电压表读数为准）。

1、电压、电位的测量。

1）以图中的A点作为电位的参考点，分别测量B、C、D各点的电位值U及相邻两点之间的电压值U AB、U CD、U AC、U BD，数据记入表1-1中。

2）以C点作为电位的参考点，重复实验内容1）的步骤。

2、基尔霍夫定律的验证。

1）实验前先任意设定三条支路的电流参考方向，如图中的I1，I2，I3所示，熟悉电流插头的结构，注意直流毫安表读出电流值的正、负情况。

2）用直流毫安表分别测出三条支路的电流值并记入表1-2中，验证∑I=0。

3）用直流电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值并记入表1-2中，验证∑U=0。

四、实验数据

表1-1

表1-2

五、思考题

1、用万用表的直流电压档测量电位时，用负表棒（黑色）接参考电位点，用正表棒（红色）接被测各点，若指针正偏或显示正值，则表明该点电位参考点电位；若指针反向偏转，此时应调换万用表的表棒，表明该点电位参考点电位。

A、高于

B、低于

2、若以F点作为参考电位点，R1电阻上的电压( )

A、增大

B、减小

C、不变

六、其他实验线路及数据表格

图1-2

表1-3 电压、电位的测量

实验二叠加原理和戴维南定理

一、实验目的

1、牢固掌握叠加原理的基本概念，进一步验证叠加原理的正确性。

2、验证戴维南定理。

3、掌握测量等效电动势与等效内阻的方法。

二、实验线路

1、叠加原理实验线路如下图所示

I I

图2-1

2、戴维南定理实验线路如下图所示

图2-2

三、实验步骤

1、叠加原理实验

实验前，先将两路直流稳压电源接入电路，令E1=12V，E2=6V。

按图2-1接线，并将开关S1、S2投向短路一侧。（开关S1和S2分别控制E1、E2两电源的工作状况，当开关投向短侧时说明该电源不作用于电路。）

1）接通E1=12V电源，S2投短路侧（E1单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填入表2-1中。

2）接通E2=6V电源，S1投短路侧（E2单独作用），测量此时各支路电流，测量结果填入表2-1中。

3）接通E1=12V电源，E2=6V电源（E1和E2共同作用），测量此时各支路电流，测量结果填入表2-1中。

2、戴维南定理实验

按图2-2接线，将一路直流稳压电源接入电路，令U保持12V。

1）测网络的开路电压U OC 。R L与有源二端网络的端点A、B断开，用电压表测有源二端网络开路电压U OC ，（A、B两点间电压），即得等效电压源的等效电动势E S。记入表2-2中。

2）测网络的短路电流I SC 。R L与有源二端网络的端点A、B断开，将电流表连接在A、B之间，则电流表的读数就是有源二端网络的短路电流I SC。记入表2-2中。

3）测有源二端网络入端电阻R0。三种方法测量，结果记入表2-2中。：

a)先将电压源及负载R L从电路中断开，并将电路中原电压源所接的两点用一根导线短接。用万用表测出A、B两点间的电阻R AB（R AB=R0）。

b)测有源二端网络开路电压U OC和有源二端网络短路电流I SC，求出入端电阻R0。（R0= U OC / I SC）

c)先断开R L ，测网络的开路电压U OC。再将R L接上，用电压表测负载R L的两端电压U AB，调节R L，使U AB=（1/2） U OC，则有R0= R L。（为什么？）

4）A、B间接R L（任意值），测R L两端电压和流过R L上的电流记入表2-3中。

四、实验数据

表2-2 戴维南定理实验数据（1）

表2-3 戴维南定理实验数据（2）

五、思考题

1、改接线路时，必须先电源。

2、实验中，如将电阻R1换成二极管D，则I3I1与I2的和。

今在二端网络中接上负载R L，已知R L等于该网络的入端电阻，测得负载上的电压为U，则该网络的等效电压源的电动势为。

六、其他实验线路

图2-3 叠加原理实验电路

图2-4 戴维南定理实验电路

实验三 RC －阶线性电路暂态过程

一、实验目的

1、学习RC 电路在阶跃电压激励下响应的测量方法，了解电路时间常数对暂态过程的影响。

2、学习电路时间常数τ=RC 的测定方法。

*3、观测RC 电路在脉冲信号激励下的响应波形，掌握有关微分电路和积分电路的概念。 *4、进一步学会用示波器观察和研究电路的响应。

二、实验原理（简述）及线路

在具有储能元件（C 、L ）的电路中，电路由一种稳定状态变化到另一种稳定状态需要有一定的时间，称之为电路的暂态过程。

1、RC －阶电路的零输入和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化快慢取决于τ。

1）零输入响应： , τ=RC 电路的时间常数。 2）零状态响应： 3）时间常数τ的测定方法：分析可知，当t=τ时，零输入响应有，零状态响应有。因此，当电容上电压为上述所对应数值时，对应的时间就是时间常数τ。

图3-1 RC 电路零输入响应和零状态响应的实验线路图

*2、微分电路和积分电路

一个RC 串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下：

（1）当τ＝RC<<

2T 时（T 为方波脉冲的重复周期），此时从电阻R 上得到微分输出响应。（2）当τ＝RC>>2

时，此时从电容C 上得到积分输出响应。

图3-2 RC 微分电路与积分电路

)

()(+-==00C C U U U ()(+

-==00C C U U U τt t C Ue

u -

=)(τ

t C Ue

u =)()()(+-==000C C U U U u C 3680.)(=τU u C 6320.)(=τu C 632

0.)(=τ)

()(τ

t t C e U u --=1

四、实验内容与步骤

1、测量RC电路的零输入响应和零状态响应：

1）观测零输入响应：断开K2、K3，将稳压电源输出调至10V，接通K1，由电阻R1给电容C充电，当U c =10V 时，断开K1，接通K2，电容C对R2放电；同时开始计时，每隔10秒，用数字万用表DC-20V档记录电容电压值，填入表3-1中。

2）观测零状态响应：断开K1，接通K3，使电容C电压放电干净，即U c =0V；稳压电源输出电压保持10V，断开K2、K3，接通K1，R1和C串联后接入10V稳压电源，同时开始计时，记录数据填入表3-1中。

表3-1：

*2、观测微分电路和积分电路在脉冲激励下的响应：

调节函数信号发生器，使其输出U pp=5V，f=1KHz的方波信号，并通过信号线，将激励u

和响应u

R或u c分别接至示波器的两个输入端CH1和CH2，观测激励和响应的变化规律。

1）当τ＜＜tp时，选择R=100Ω, C=0.1μF ，此时从电阻R上得到微分输出响应。2) 当τ＞＞tp时，选择R=10KΩ, C=0.33μF ，此时从电容C上得到积分输出响应。

观测并描绘u (t)、u

R(t)

或u c(t) 的信号波形。

五、实验报告

1、根据实验数据，在图示坐标上绘出RC－阶电路的①零输入响应和②零状态响应曲线，

并由曲线测得τ值与计算值作比较。

①RC 电路的零输入响应 ②RC 电路的零状态响应

*2、根据实验观测，总结、归纳微分电路和积分电路的形成条件和主要特点，回答下列问题：（1）微分电路反映变化， ∴τ要（）［小 or 大］；（）上输出 [ R or Ｃ ] 。（2）积分电路反映求和累计，∴τ要（）［小 or 大］；（）上输出[ R or Ｃ ]。

注: *2、适用于多学时。

实验四单相交流电路——参数测量与功率因数的改善

一、

实验目的

1、通过对R-L 串联电路及其与C 并联的单相交流电路的实际测定，查找出它们的电压、电流及功率之间的关系。

2、学习电路元件参数的测量方法（间接法测定R 、r 、L 、C 等）。

3、掌握感性负载并联电容提高功率因数的方法，并进一步理解其实质。

4、学习并掌握功率表的使用。二、

R-L 串联电路的参数测量及计算方法

Z R

图4-1 R-L 串联电路及电压电流相量图

图4-1表示了一个R-L 串联电路，s 是电感线圈，这里用内阻r 与理想电感X L 串联来代

表电感线圈，设其总阻抗为Z S 。

电源电压U 将超前电流I 1一个角度?，由相量图上的电压三角形，根据余弦定理，得： U S 2 = U R 2 +U 2 -2 U U R cos ?

从而求出?，而U （R + r ）=U Cos ? ，式中U （R + r ）=U R + U r ，又因为U L =U Sin ? ，这样可求得：

R =U R / I 1 ； r = U r / I 1；

X L =U L /I 1 ； L =X L /ω =X L / 2πf

三、

实验内容及步骤

（◎ 为电流插座，用来串入电流表测量电流I ，I 1，I C ）

图4-2 单相交流电路功率因数改善的实验电路

按图4-2所示实验线路接线，R=100Ω（实验台上滑线变阻器取1/3处），电感3000匝。实验台三相交流电源的相电压约为220V，如果有自耦调压器，将三相电源的二次侧相电压调至100V做为实验线路的总电压U。如果没有自耦调压器，实验线路使用220V的相电压。

1、3000匝电感线圈负载实验

1）R-L串联电路实验

闭合开关S，断开开关S1，即为R-L电路。用功率表、电压表、电流表量测并读取U，U R，U S，I，I1，及P等数据，记入表4-1中。（注意：此时，电容未并入电路，I = I1）

2）R-L串联电路并电容C实验

闭合开关S，逐步选择并入的电容C的数值，并再次测量U，U R，U S，I，I1，I C及P等数据，将不同的电容C值时对应的上述数据值记入表4-1中。

2、1500匝电感线圈负载实验*

将图4-2中电感改为线性电感（1500匝，40mH），重复1实验步骤。

四、实验数据

根据实验所得数据，计算出电路中各元件参数值，填入表中。

表4-1

五、作出电流随电容变化的关系曲线I = f（C）

六、问题

1、为什么电感性负载在并联电容器后可以提高功率因数，并联电容越大，功率因数越

高？（）

A：是B：不一定

2、RL串联电路在并联电容后，电路的总功率P及RL支路中的电流怎样变化？（）

A：增大B：不变C：减小

3、电感性负载串联电容后线路的功率因数是否发生变化？( )

A：变B：不变C：不一定

实验五 R 、L 、C 串联谐振

一、实验目的

1、学习用实验方法测试R 、L 、C 串联谐振电路的频率特性。

2、加深理解电路发生谐振的条件、特点，掌握电路品质因数（电路Q 值）的物理意义及其测定方法。

二、实验原理及线路

图 5-1 R 、L 、C 串联谐振电路

1、在图5-1所示的R 、L 、C 串联电路中，如果U 、R 、L 、C 的大小保持不变，改变电源频率f ，则X L 、X C 、|Z|、?、I 等都将随着f 的变化而改变，它们随频率变化的曲线为频率特性。U R 、U L 、U C 及I 随频率变化的曲线如图5-2，5-3所示。

随着频率的变化，当X L =X C 时，即ω L=1/ωC 时，电路将出现串联谐振。谐振频率为

0=ω。

三、实验步骤

图5-2 各电压随f 变化曲线图5-3 电流随f 变化曲线

2.2K

图5-4 R、L、C串联谐振实验电路

按图5-4实验线路接线，取R =510Ω//2.2kΩ , C=2200pF//6800pF。

1)接通信号发生器电源，调节信号源使输出电压为1V的正弦信号，用交流毫伏表测电压，示波器监视信号源的输出。调节信号发生器输出电压的频率（维持U i =1V不变），用毫伏表分别测得U R、U L、U C ，记入表5-1中。令输入信号电压U i =1V，并在整个实验过程中保持不变。

2)当测得U L=U C时，信号源输出电压U的频率即为谐振频率f O。

3)改变电阻值，重复步骤1），2）的测量过程。

四、表格与数据

表5-1 数据记录与计算

根据测量数据，绘出U R、U L、U C及I随f变化的关系曲线。

五、思考题

1．谐振状态时，电路呈( )

A．电阻性 B. 电感性 C.电容性

2．要提高R、L、C串联电路的品质因数，电路的参数应( )

A．减小R B．减小L C．增大C

3．谐振时，电路的电流( )

A．最小B．最大C．不确定

4．如果频率一定，要使电路发生谐振，可以调节( )

A . 电阻.B. 电感 C. 电容 D 电容或电感

六、本实验也可采用空心线性电感实现，实现电路如图1-5-5所示，具体参数详见表1-5-2。

图5-5 R、L、C串联谐振实验电路

表5-2 数据记录与计算

实验六三相交流电路

一、实验目的

1.掌握三相负载的星形，三角形联结方法。

2.验证两种接法下，三相负载的线电压与相电压，线电流与相电流之间的关系。

3.充分理解三相四线制供电系统中中线的作用。

二、三相负载电路

A B C N I

I P A

I L A

图6-1 三相负载星形连接图6-2 三相负载三角形连接

三、

1.KHDG-1型高性能电工综合实验装置相电压调整到100V。

2.工大自制实验装置相电压为220V。

四、实验线路

1．将图6-3 所示三相负载和元器件连接成星形并且有中线，使用开关接通和断开中线，中线上串联电流表插孔，用来测量中线电流I N。

2．将图6-4 所示三相负载和元器件连接成三角形，相线上要串联电流表插孔，用来测量线电流I A，I B，I C。

图6-3三相负载星形连接线路

电流表插

孔

三相负载

图6-4三相负载三角形连接线路

五、实验步骤

将三相调压器的旋柄置于输出为0V 的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出相电压为100V ，并按下述内容完成各项实验。

1、负载星形联接

按图6- 3所示，连接实验电路，经教师检查合格后方可接通电源。（１）有中线（ＹＮ）

三相负载

电流表插孔

开关

令三相负载对称，即闭合所有控灯开关K，使A、B、C三相灯数为3:3:3。测量负载相电压、相电流，线电压、线电流，中线电流及电源与负载间的中点电压，记入表6-1中。

令三相负载不对称，即C相去掉两只灯，使A、B、C三相灯数为3:3:1。重复上述步骤。

（２）无中线（Ｙ）

断电，拆除中线NN’，此时为无中线的三相电路。重复步骤（１）

（３）不对称负载的特例

Ａ相开路，使三相灯数为3：3：1，分别在有中线、无中线的情况下，重复上述步骤。观察各相灯泡明暗情况，了解不对称负载联接时，若中线断开将对负载工作电压的严重影响。

2、负载作三角形（△）联接：

按图6- 4所示，连接实验电路，经教师检查合格后方可通电实验。

在负载对称时，即A、B、C三相灯数为3:3:3，测量线电压、线电流、相电流。

负载不对称时，即A、B、C三相灯数为3:3:1，重复上述步骤。将数据记入表6-2中。

六、表格与数据

表6-1

七问题

1．星形联结实验中，在无中线的情况下，A相去掉2只灯，A相剩下的1只灯是变亮还是变暗？( )

A 变亮

B 变暗

2．星形联结实验中，在无中线负载不对称的情况下，则负载的相电压有无可能超过电源的相电压？( )

A 有可能

B 不可能

3．三角形联结实验中，在负载对称与不对称两种情况下，每只灯的亮度是否有所不同？

( )

A 相同

B 不相同

实验七异步电动机点动与自锁控制

一实验目的

1. 了解接触器、热继电器、按钮、熔断器等常用电气设备的构造、原理和使用。

2. 掌握笼型异步电动机的点动和自锁控制电路的实际连接与操作，进一步理解点动控制和

自锁控制的特点。

二实验线路

U V W

图1图2

U V W

三实验步骤

1.点动控制

按图1接线：

主回路：三相电源输出端→熔断器FU1 →接触器KM的主触头→热继电器FR 的热元件→电动机

控制回路：三相电源的某输出端→常开按钮SB1→接触器KM的线圈→热继电器FR的常闭触头→熔断器FU2 →三相电源的另一端

观察电动机的起、停与运转情况。实验完毕，切断实验线路的三相交流电源。

2.自锁电路

按图2接线，经检查合格，才可进行通电操作，观察电动机的起、停与运转情况，验证自锁触头的作用。实验完毕，切断实验线路的三相交流电源。

3.点动与连续运行电路

按图3接线，经检查合格，才可进行通电操作，观察电动机的起、停与运转情况，验证自锁触头的作用。实验完毕，切断实验线路的三相交流电源。

四问题

1．在实验中，若按下启动按钮后，电机抖动一下，且发出嗡嗡声，却不转动，可能的原因是。

2．图1与图2中，控制线路的电源均取自V，W两相，电压大小为，若电源取自U，V两相，对工作影响。

3．在图2电路中，若电动机转动，但一松手就不转，则有可能是。

实验八异步电动机正反转控制

一实验目的

1.通过对三相异步电动机正反转控制电路的安装接线，掌握由电气原理图接成实际操

作电路的方法。

2.加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。

二实验线路

U V W

图1

三实验步骤

1.接触器联锁的正反转控制电路

按图1接线，经教师检查后，方可通电操作。

1)按正向启动按钮SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。

2)按反向启动按钮SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。

3)按停止按钮SB1，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。

4)再按SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。

5)实验完毕，断开开关S，切断三相交流电源。

四问题

1.在图1所示电动机正反转控制线路中，若两个接触器同时工作，则会造成现象。

2.要完成正反转控制，实际用了几个复合按钮？答：个。

3.在实验中，主电路中的元件已事先接好，热元件至少需要个才可

以保护电动机，熔断器则需要个才可以保护电路。

4.在控制电路中，KM1、KM2的常闭触头起作用，接在SB2、SB3两端的KM1、

KM2常开触头起作用。