电工实验指导书

TianhuangTeachingApparatuses天煌教仪电工系列实验DGJ-1型高性能电工技术实验装置DGJ-2/3型电工技术实验装置电工实验指导书天煌教仪浙江天煌科技实业有限公司1目录一、基本电工仪表的使用及测量误差的计算………………………………………………１二、减小仪表测量误差的方法………………………………………………………………５三、电路元件伏安特性的测绘………………………………………………………………9四、电位、电压的测定及电路电位图的绘制………………………………………………12五、基尔霍夫定律的验证……………………………………………………………………14六、叠加原理的验证…………………………………………………………………………16七、电压源与电流源的等效变换……………………………………………………………19八、戴维南定理和诺顿定理的验证…………………………………………………………22九、最大功率传输条件的测定………………………………………………………………26十、受控源VCVS、VCCS、CCVS、CCCS的实验研究………………………………28十一、典型电信号的观察与测量……………………………………………………………32十二、RC一阶电路的响应测试……………………………………………………………35十三、二阶动态电路响应的研究……………………………………………………………38十四、R、L、C元件阻抗特性的测定…………………………………………………………40十五、用三表法测量交流电路等效参数……………………………………………………42十六、正弦稳态交流电路相量的研究………………………………………………………45十七、RC选频网络特性测试………………………………………………………………48十八、RLC串联揩振电路的研究……………………………………………………………51十九、双口网络测试……………………………………………………………………54二十、负阻抗变换器………………………………………………………………………57二十一、回转器………………………………………………………………………………60二十二、互感电路测量………………………………………………………………………642二十三、单相铁芯变压器特性的测试……………………………………………67二十四、三相交流电路电压、电流的测量…………………………………………………70二十五、三相电路功率的测量……………………………………………………………73二十六、单相电度表的校验………………………………………………………………77二十七、功率因数及相序的测量…………………………………………………………80二十八、三相鼠笼式异步电动机………………………………………………………82二十九、三相鼠笼式异步电动机点动和自锁控制……………………………………87三十、三相鼠笼式异步电动机正反转控制…………………………………………90三十一、三相鼠笼式异步电动机Y－△降压起动控制………………………………93三十二、三相鼠笼式异步电动机的能耗制动控制……………………………………97三十三、工作台往返自动控制…………………………………………………………99三十四、三相异步电动机顺序控制………………………………………………101三十五、C620机床电气控制………………………………………………………………103三十六、电动葫芦电气控制…………………………………………………………1051实验一基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、实验目的1.熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。2.掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。3.熟悉电工仪表测量误差的计算方法。二、原理说明1.为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状态。这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。而实际使用的指针式电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电路原有的实际值之间出现误差。误差的大小与仪表本身内阻的大小密切相关。只要测出仪表的内阻，即可计算出由其产生的测量误差。以下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。2.用“分流法”测量电流表的内阻如图1-1所示。A为被测内阻(RA)的直流电流表。测量时先断开开关S，调节电流源的输出电流I使A表指针满偏转。然后合上开关S，并保持I值不变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针指在1/2满偏转位置，此时有IA＝IS＝I/2∴RA＝RB∥R1可调电流源R1为固定电阻器之值，RB可由电阻箱的刻度盘上读得。图1-13.用分压法测量电压表的内阻。如图1-2所示。V为被测内阻(RV)的电压表。测量时先将开关S闭合，调节直流稳压电源的输出电压，使电压表V的指针为满偏转。然后断开开关S，调节RB使电压表V的指示值减半。此时有：RV＝RB＋R1电压表的灵敏度为：S＝RV/U(Ω/V)。式中U为电压表满偏时的电压值。4.仪表内阻引起的测量误差（通常称之为方可调稳压源法误差，而仪表本身结构引起的误差称为仪表基图1-2本误差）的计算。VRRVBSR1+++_RAIARBR1IS+_AS2（1）以图1-3所示电路为例，R1上的电压为R11UR1＝───U，若R1＝R2，则UR1＝─U。R1＋R22现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值，当RVR1RV与R1并联后，RAB＝───，以此来替代RV＋R1RVR1────RV＋R1上式中的R1，则得U'R1＝──────U图1-3RVR1───＋R2RV＋R1RVR1────RV＋R1R1绝对误差为△U＝U'R1－UR1＝U(─────—－────)RVR1R1＋R2───＋R2RV＋R1－R21R2U化简后得△U＝─────────────────RV(R21＋2R1R2＋R22)＋R1R2(R1＋R2)U若R1＝R2＝RV，则得△U＝－─6U'R1－UR1-U/6相对误差△U％＝─────×100％＝──×100％＝－33.3%UR1U/2由此可见，当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时，测量的误差是非常大的。（2）伏安法测量电阻的原理为：测出流过被测电阻RX的电流IR及其两端的电压降UR，则其阻值RX=UR/IR。实际测量时，有两种测量线路，即：相对于电源而言，①电流表A（内阻为RA）接在电压表V（内阻为RV）的内侧；②A接在V的外测。两种线路见图1-4（a）、（b）。由线路（a）可知，只有当RX＜＜RV时，RV的分流作用才可忽略不计，A的读数接近于实际流过RX的电流值。图（a）的接法称为电流表的内接法。由线路(b)可知，只有当RX＞＞RA时，RA的分压作用才可忽略不计，V的读数接近于RX两端的电压值。图（b）的接法称为电流表的外接法。实际应用时，应根据不同情况选用合适的测量线路，才能获得较准确的测量结果。以下举一实例。在图1-4中，设：U=20V，RA=100Ω，RV=20KΩ。假定RX的实际值为10KΩ。如果采用线路(a)测量，经计算，A、V的读数分别为2.96mA和19.73V，故RX=19.73÷2.96=6.667(KΩ),相对误差为：（6.667－10）÷10×100=－33.3(%)RRAVBRvU213如果采用线路(b)测量，经计算，A、V的读数分别为1.98mA和20V，故RX=20÷1.98=10.1(KΩ),相对误差为：（10.1－10）÷10×100=1(%)+-UA-+VRXVRRA+-UA-+VRVRARX（a）图1-4(b)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0~30V二路2可调直流恒流源0~200mA13指针式万用表MF-47或其它1自备4可调电阻箱0~99999.9Ω1DGJ-055电阻器按需选择DGJ-05四、实验内容1.根据“分流法”原理测定指针式万用表（MF-47型或其它型号）直流电流0.5mA和5mA档量限的内阻。线路如图1-1所示。RB可选用DGJ-05中的电阻箱（下同）。被测电流表量限S断开时表的读数（mA）S闭合时表的读数（mA）RB（Ω）R1（Ω）计算内阻RA（Ω）0.5mA5mA2.根据“分压法”原理按图1-2接线，测定指针式万用表直流电压2.5V和10V档量限的内阻。被测电压表量限S闭合时表的读数（V）S断开时表的读数（V）RB(KΩ)R1(KΩ)计算内阻RV（KΩ）S(Ω/V)2.5V10V3.用指针式万用表直流电压10V档量程测量图1-3电路中R1上的电压U’R1之值，并计算测量的绝对误差与相对误差。4UR2R1R10V(KΩ)计算值UR1（V）实测值U’R1(V)绝对误差ΔU相对误差(ΔU/U)×100%12V10KΩ50KΩ五、实验注意事项1.在开启直流稳压电源的电源开关前，应将两路电压源的输出调节旋钮调至最小（逆时针旋到厎），并将恒流源的输出粗调旋钮拨到2mA档，输出细调旋钮应调至最小。接通电源后，再根据需要缓慢调节。2.当恒流源输出端接有负载时，如果需要将其粗调旋钮由低档位向高档位切换时，必须先将其细调旋钮调至最小。否则输出电流会突增，可能会损坏外接器件。3.电压表应与被测电路并接，电流表应与被测电路串接，并且都要注意正、负极性与量程的合理选择。4.实验内容1、2中，R1的取值应与RB相近。5.本实验仅测试指针式仪表的内阻。由于所选指针表的型号不同，本实验中所列的电流、电压量程及选用的RB、R1等均会不同。实验时应按选定的表型自行确定。六、思考题1.根据实验内容1和2，若已求出0.5mA档和2.5V档的内阻，可否直接计算得出5mA档和10V档的内阻？2.用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时，实际读数为8.1A，求测量的绝对误差和相对误差。七、实验报告1.列表记录实验数据，并计算各被测仪表的内阻值。2.分析实验结果，总结应用场合。3.对思考题的计算。4.其它（包括实验的心得、体会及意见等）。5实验二减小仪表测量误差的方法一、实验目的1.进一步了解电压表、电流表的内阻在测量过程中产生的误差及其分析方法。2.掌握减小因仪表内阻所引起的测量误差的方法。二、原理说明减小因仪表内阻而产生的测量误差的方法有以下两种：1.不同量限两次测量计算法当电压表的灵敏度不够高或电流表的内阻太大时，可利用多量限仪表对同一被测量值用不同量限进行两次测量，用所得读数经计算后可得到较准确的结果。如图2-1所示电路，欲测量具有较大内阻R0的电动势US的开路电压Uo时，如果所用电压表的内阻Rv与R0相差不大时，将会产生很大的测量误差。图2-1设电压表有两档量限，U1、U2分别为在这两个不同量限下测得的电压值，令Rv1和Rv2分别为这两个相应量限的内阻，则由图2-1可得出Rv1Rv2Ul＝────×USU2＝────×USR0＋Rv1R0＋Rv2由以上两式可解得US和R0。其中US（即Uo）为：U1U2(Rv2－Rv1)US＝────────U1Rv2－U2Rv1由此式可知，当电源内阻R0与电压表的内阻Rv相差不大时，通过上述的两次测量结果，即可计算出开路电压Uo的大小，且其准确度要比单次测量好得多。对于电流表，当其内阻较大时，也可用类似的方法测得较准确的结果。如图2-2所示US电路，不接入电流表时的电流为I＝──,R接入内阻为RA的电流表A时，电路中的电US流变为I'＝────R＋RA如果RA＝R，则I'＝I/2，出现很大的误差。图2-2如果用有不同内阻RA1、RA2的两档量限的电流表作两次测量并经简单的计算就可得到较准确的电流值。按图2-2电路，两次测量得VURU00SvRARIUS6USUSIl＝────I2＝────R＋RA1R＋RA2USI1I2(RA1－RA2)由以上两式可解得US和R，进而可得：I＝──＝────────RI1RA1－I2RA22.同一量限两次测量计算法如果电压表（或电流表）只有一档量限，且电压表的内阻较小（或电流表的内阻较大）时，可用同一量限两次测量法