电工基础硬件实验指导书

电工基础硬件实验指导书

（8个硬件实验）

物机学院电气教研室编

二00六年三月

硬件实验

实验一 基尔霍夫定律

一、实验目的：

1、 验证基尔霍夫的电流定律及电压定律。

2、 学习使用电流表及电压表。 二、 实验原理：

1、第一定律（节点电流定律）：电路中，任意时刻流入任一个节点的电流恒等于流出这个节点的电流。若规定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负值，则：0=∑I 。

2、第二定律（回路电压定律）：沿着任一个闭合回路绕行一周电路中各元件上电压降的代数和恒为零，即：0=∑U 。

说明：在分析和计算电路时，按选定的回路绕行方向列方程，若所得的值为正值时，则表明实际的电流方向和电压方向与图中所标的参考方向一致，若为负值则相反。

E 2

实验原理图

三、 实验仪器及设备

1、直流电源一台（J1202）

2、干电池一节

3、电压表C19—V 一只

4、电流表C19—mA 三只

5、电阻三个

6、开关两个

7、综合实验板及连接导线若干。 四、实验内容和步骤

321R R R 、、，按给定的实验值记下数据。

K 1

2

b

实验接线图

E1—12V E2—1.5V

图中：mA1 用0—250—500mA 表接250mA 量程。 mA2 用0—150—300mA 表接150mA 量程。 mA3 用0—100—200mA 表接100mA 量程。

1、看懂原理图后，按照实验接线图，将所有实验的仪器仪表及电器

元件接到综合实验板上，请老师检查。

2、用双手同时合上K1、k2开关，观察三个电流表（若指针有反向指示，立即关闭k1、k2, 将电流表正负极调换，再重新合上K1、K2）并将三个电流数值记录下来。

3、用电压表的15V 量程，测量回路各点（元件上电压）的电压值

及12

4、数据作完老师检查后，方可整理好实验台。

五、填写实验报告

1、用实验测得各支路电流值，计算“b”点处I为多少，填入表中。

2、计算各支路电流为多少，并与实验测的各值进行比较，有无误差，为什么？

3、计算各回路压降值的代数是否为零？为什么？

六、注意事项：

1、测量与计算，记好各电流值的正负值。

2、计算过程要有简单的运算过程。

3、电源正负极不能短路。

实验二 戴维南定律及负载获得最大功率的条件

一、实验目的：

1、用实验方法来验证代文宁定律

2、验证输出功率获得最大的条件 二、实验说明：

1、代文宁定律的含义是任何一个线性含源的二端网络对输出端总可以用一个电压源与电阻串联的等效支路来代替，如图2—1。

L

a

图2—1

所谓等效是对外部的特性而言，即在上图中a 、b 两端如果接相同的负载，其负载端的电流和电压也是相同的。

2、若要使负载获得最大的功率，必须使L R R 0。此时，负载上的电压和电流的乘积最大。

三、实验仪器 1、电压表 C19—V 0—7.5—15—30V 一只 2、电流表 C19—mA 0—150—200mA 一只

3、电阻箱 ZX36型(L R 用) 一个

4、直流电源（稳压电源） 一台

5、ZX36型多值电阻箱（0R 用） 一个

6、电阻三个 四、实验内容：

A: 作等效前的实验

1、按照上图将所有元件接到综合实验板上，请老师检查。

2、用电压表测量AB 端的电压，调整AB 端为10V.

3、用导线按虚线将其短路、测量短路电流SC I = 。

4、断开短路线，用电压表测量开路电压DC U = 。

计算内阻R 0=

SC

DC

I U = 。 5、接上负载电阻，调节电阻箱之值为表中L R 值。记下相应的电流值（表中0R 为计算的内阻值）

B: 作等效后的实验

1、按上图接线，调好电阻箱的值为

R。

2、用电压表测量AB端电压使其为开路时之值

U（断开L R）。

DC

3、再将mA表负载电阻箱

R接入线路。

L

4、接通电源，调节

R为上表中各值。记下相应电流I 之值。

L

5、经老师审查后，方可拆除电路，整理好实验台。

五、讨论、分析、回答问题：

1、对等效前后所作的实验数据，能否说明代文宁定理的正确性，为什么？

2、等效前后，为什么会出现误差，并计算其绝对误差。

3、用坐标纸作P（RL）的曲线，说明获得最大功率的条件是什么？

实验三 叠加定理实验

一、实验目的：通过实验加深理解应用迭加原理。 二、实验说明：

在线性电路中，任何元件的电流（或电压）可以看成是各个电源单独作用时，在该元件上所产生的电流（或电压）的代数和，即为迭加原理。

其迭加公式为：

'

'3

'33''3

'33'

'2'22''2'22'

'1'11'

'1'11U U U I I I U U U I I I U U U I I I +=+=+=+=+=+= 三、实验所用仪器设备

1、电流表 C19—mA 三只

2、学生电源 J1202 一台

3、干电池 一节

4、电阻三个

5、综合实验板及连接导线若干

6、开关两个

四、实验内容及步骤（只做电流的迭加）实验内容接线图与基尔霍夫定律相同。

1

2

2

b

E 1 —12V E 2 —1.5V

=R =R =R

1、按照原理图，参照基尔霍夫定律的实验接线图，将所有实验仪表接到综合实验板上，请老师检查后，方可通电实验。

2、E 1E 2同时作用，双手同时和上K 1K 2开关将电流表3

21I I I 、、记入上表中（断开K 1K 2）。

3、E 1单独作用，取掉E 2用导线连成实验线路图，和上K 1记

321I I I 、、之值（断开

K 1开关）。

4、E 2单独作用，取掉E 1用导线连接成回路，并将21I I 、支路的电流表正负极调换后，和上K 2开关，记下321I I I 、、之值（断开K 2）。

5、数据作完后，经老师审查后方可拆除教路，整理好实验台。

五、填写实验报告

1、计算E 1E 2同时作用及单独作用时各支路的电流值，并填写于表中。

2、用计算和实验的迭加数据进行绝对误差的计算，并分析为什么会出现误差？

3、电路中，如有非线性元件、各支路电流是否存在迭加关系，为什么？

实验四 单相交流电路实验

一、实验目的：

1、 验证R 、L 、C 串联电路中，总电压与分电压之间的关系。

2、 学习使用万用表及交流电流表。

3、 作相量图。 二、实验器材：

1、电阻箱B ×7—12 1个

2、电感线圈 1个

3、电容箱（只用3μf 的电容） 1个

4、交流电流表T 15—MA 1只

5、万用表500型 1只 三、实验原理： 1、在交流电路中，元件上的参数可用直读式仪表间接地测出，例如：对于电阻元件测出其电压U 及电流I ，故只能算出阻抗I

U

Z =

,若要求出它的电阻及电感，还需测出其功率P ，因为R I P 2=,所以

2

I P R =

；而22R Z L X L -==ω，此式中的Z 及R 由测出的U 、I 及P

计算得出。

2、交流串联电路的总电压有效值不等于各部分电压有效值之和，而是矢量或复数和相加 。本次实验，是用电阻器、电感线圈、电容器串联作实验的，因为是串联，所以流入各元件的电流是一致的。在作矢量图时，以电流I 作为参考向量，因为电阻上电压与电流相位相同，电容上电压落后于电流900

，电感上电压超前于电流900

(线圈电阻忽略不计)，这样各电压相加，则可作出矢量图。

有效值则为()22C L R U U U U -+=

四、实验任务及步骤

1、按图将各元件接成实验线路。

2、老师检查后，将电容（为3μF ）开关合上，再合上总开关，待灯

亮后，记下电流表的数值。

3、用万用表的电压档，测量R U 、L U 、C U 分别记入表中。

4、 再用万用表测量输入U ，记入表内。

5、 数据测完后，经老师检查，方可拆除实验线路。整理好实验台。

五、填写实验报告：

1、根据公式()22

C L R U U U U -+=进行计算，并和测量输入U 进

行比较，有无误差？为什么？

2、用测量的各数据计算Q S P X X R Z C L 、、、、

、、、?cos 。 3、以测量的总电压初相角为?60时，作电压矢量图并写出各电压及电流的瞬间值表达式。

实验五功率因数提高的实验

一、实验目的：

1、了解日光灯的组成和工作原理。

2、掌握提高功率因的方法及其意义。

3、学会使用功率表测功率。

二、原理说明：

1、本次实验所用的负载是日光灯。整个实验电路是由灯管、镇流器和起辉器组成。如图5—1所示。镇流器是一个铁心线圈，因此日光灯是一个感性负载，功率因数较低，我们用并联电容的方法可以提高整个电路的功率因数。其电路如图5—2所示。选取适当的电容值使用容性电流等于感性的无功电流，从而使整个电路的总电流减小，电路的功率因数将会接近于1。

功率因数提高后，能使用电源容易得到充分利用，还可以降低线路的损耗，从而提高传输效率。

L

图5-1 图5-2

2、日光灯的组成及工作原理。

组成：灯管、起辉器、整流器。

工作原理：日光灯管内壁上涂有荧光物质，管内抽成真空，并允许有少量的水银蒸汽，管的两端各有一个灯丝串联在电路中，灯管的起辉电压在400—500V之间，起辉后管降压约为110V左右﹙40W日光灯的管压降)，所以日光灯不能直接在220V伏的电压上使用。起辉器相当于一个自动开关，它有两个电极靠的很近，其中一个电极是双金属片制成，使用电源时，两电极之间会产生放电，双金属片电极热膨胀后，使两电极接通，此时灯丝也被通电加热。当两电极接通后，两电极放电现象消失，双金属片因降温后而收缩，使两极分开。在两极断的瞬间镇流器将产生很高的自感电压，该自感电压和电源电压一起加到灯管两端，产生紫外线，从而涂在管壁上的荧光粉发出可见的光。当灯管起辉后，镇流器

又起着降压限流的作用。

三、实验所用仪器设备：

1、T21—A 0—0.5—1A

2、40W 日光灯组件一套。

3、电容箱一个

4、功率表 D26—W

5、万用表一只 四、实验步骤：

图5-3

1、按图5—3接完线后，请老师检查后，方可通电实验。

2、接通电源，断开电容，记下此时的P 及I 值，并用万用表测量U 值，记入表中。

3、接通电容，逐渐增大电容分别为1、2、3、

4、

5、

6、8、10μF 时各个电容上的I 与P 值。同样用万用表测量不同电容时的

R

U 、L U 、C U 。

4、作完后，数椐交老师检查后，方可整理好实验台，离开实验室。

五、回答：

1、计算并入及未并入电容时的功率因数，填入表格。

2、提高功率因数有何意义？

4、绘制()C

I=曲线，并说明电容并的是否愈多愈好，为什么？

f

实验六 三相负载星形连接

一、实验目的

1．熟悉三相负载作星形连接的方法。

2．学习和验证三相负载对称与不对称电路中，相电压﹐线电压之间的关系。

3．了解三相四线制中中线的作用。 二、实验原理：

三相负载作星形连接时，如图6—1所示。

B

图6—1

当三相负载对称或不对称的星形连接有中线时，线电压与相电压均对称，且相线U U 3=。而且线U 超前与相U ?30。

当三相负载不对称又无中线连接时，此时将出现三相电压不平衡﹑不对称的现象，导致三相不能正常工作，为此必须有中线连接，才能保证三相负载正常工作。

从上述理论中，考虑到三相负载对称与不对称连接又无中线时某相电压升高，影响负载的使用时间，同时考虑到实验的安全，故将三相电压降低到24V 的相电压作实验。

三﹑实验仪器设备：

1、三相负载箱 一个

2、电流T15-MA 一只

3、万用表500型 一只

4、连接导线不限

四、实验内容及步骤：

负载箱内部接线下图。将实验台供电箱的三相电源A 、B 、C 、O 对应接到负载箱上。再接成星形连接，即X 、Y 、Z 、O 连接。

X

Y

Z

O

1、上供电箱上三相开关，用电流表插头及万用表电压挡进行

下列情况

的测量。并将数据记入表内。

2、负载对称有中线，将三相负载箱上的开关全部打到接通位置。

3、负载对称无中线，即断开中线。

4、负载不对称有中线，将A相的KAI开关断开。

5、负载不对称无中线。

上述数据作完，请老师检查数据后，方可整理好实验台。

五、填写实验报告：

1、分析负载不对称又无中线连接时的数据。

2、中线有何作用？

六、注意事项：

1、万用表测量时，一定要打到测电压挡的位置。

2、每测一次，改变负载连接方式都要断开电源开关。

实验七 三相负载三角形连接

一、实验目的：

1、熟悉三相负载作三角形连接的方法。

2、验证负载作三角形连接时，对称与不对称的线电流与相电流之间的关系。 二、实验原理：

三相负载三角形连接时如下图所示。

C

1、当三相负载对称连接时，其线电流、相电流之间的关系为

相线I I 3=，且相电流超前线电流?30。

2、当三相负载不对称作三角形连接时，将导致两相的线电流、一相的相电流发生变化。此时，I 线与I 相无3的关系。

3、当三角形连接时，一相负载断路时，如下图所示。此时只影响故障相不能正常工作，其余两相仍能正常工作。

C

4、当三角形连接时，一条火线断线时如下图。此时故障两相负载电压小于正常电压，而BC 相仍能够正常工作。

C

三、实验仪表设备：

—MA 一只

1、三相负载箱一台

2、电流表T

15

3、万用表500型一只

四、实验步骤及内容：

1、按下图将负载箱接成三角形的负载。

2、合上供电箱的开关，进行下列负载接法的测量并将数据记入表内。

X

Y

Z

（1）对称负载的测量，所有开关全部接通。

（2）不对称负载的测量，短开KA1 开关。

（3）一相负载短路，短开KAI.KA2开关。

（4）一相火线断线，开关全部接通，取掉A相火线。

上述内容作完后，数据经老师检查后方可整理实验台，离开实验室。

五、填写实验报告：

1、负载作三角形连接时，从实验的数据作

I与线I之间关系

相

的计算。二者之间的关系是什么？

2、对各种情况负载下用实验的数据进行分析。说明了什么？