PAGEPAGE4實驗一電位、電壓的測量及基爾霍夫定律的驗證一、實驗目的1、用實驗證明電路中電位的相對性、電壓的絕對性。2、驗證基爾霍夫定律的正確性，加深對基爾霍夫定律的理解。3、掌握直流電工儀表的使用方法，學會使用電流插頭、插座測量支路電流的方法。二、實驗線路 實驗線路如圖1-1所示。圖1-1 三、實驗步驟將兩路直流穩壓電源接入電路，令E1=12V，E2=6V（以直流數字電壓表讀數為準）。1、電壓、電位的測量。 1）以圖中的A點作為電位的參考點，分別測量B、C、D各點的電位值U及相鄰兩點之間的電壓值UAB、UCD、UAC、UBD，數據記入表1-1中。 2）以C點作為電位的參考點，重復實驗內容1）的步驟。2、基爾霍夫定律的驗證。 1）實驗前先任意設定三條支路的電流參考方向，如圖中的I1，I2，I3所示，熟悉電流插頭的結構，注意直流毫安表讀出電流值的正、負情況。 2）用直流毫安表分別測出三條支路的電流值并記入表1-2中，驗證I=0。 3）用直流電壓表分別測量兩路電源及電阻元件上的電壓值并記入表1-1-2中，驗證U=0。四、實驗數據表1-1電位參考點項目UAUBUCUDUABUCDUACUBD（V）（V）A計算值測量值相對誤差C計算值測量值相對誤差表1-2被測量I1I2I3∑I＝UABUBCUCAU=（mA）（V）計算值測量值相對誤差五、思考題 1、用萬用表的直流電壓檔測量電位時，用負表棒（黑色）接參考電位點，用正表棒（紅色）接被測各點，若指針正偏或顯示正值，則表明該點電位參考點電位；若指針反向偏轉，此時應調換萬用表的表棒，表明該點電位參考點電位。A、高于B、低于 2、若以F點作為參考電位點，R1電阻上的電壓()A、增大B、減小C、不變六、其他實驗線路及數據表格圖1-2表1-3電壓、電位的測量電位參考點計算測量值UAUBUCUDUEUFUABUBCUCDUDEUEFUFAUAD（V）（V）A計算測量D計算測量表1-4基爾霍夫定律的驗證被測量I1I2I3E1E2UFAUABUADUCDUCE（mA）（V）（V）計算值測量值圖2-3疊加原理實驗電路圖2-4戴維南定理實驗電路實驗三RC－階線性電路暫態過程實驗目的1、學習RC電路在階躍電壓激勵下響應的測量方法，了解電路時間常數對暫態過程的影響。2、學習電路時間常數τ=RC的測定方法。*3、觀測RC電路在脈沖信號激勵下的響應波形，掌握有關微分電路和積分電路的概念。*4、進一步學會用示波器觀察和研究電路的響應。實驗原理（簡述）及線路在具有儲能元件（C、L）的電路中，電路由一種穩定狀態變化到另一種穩定狀態需要有一定的時間，稱之為電路的暫態過程。RC－階電路的零輸入和零狀態響應分別按指數規律衰減和增長，其變化快慢取決于τ。零輸入響應：,τ=RC電路的時間常數。零狀態響應：時間常數τ的測定方法：分析可知，當t=τ時，零輸入響應有，零狀態響應有。因此，當電容上電壓為上述所對應數值時，對應的時間就是時間常數τ。圖3-1RC電路零輸入響應和零狀態響應的實驗線路圖*2、微分電路和積分電路一個RC串聯電路，在方波序列脈沖的重復激勵下：當τ＝RC<<時（T為方波脈沖的重復周期），此時從電阻R上得到微分輸出響應。當τ＝RC>>時，此時從電容C上得到積分輸出響應。圖3-2RC微分電路與積分電路實驗儀器與設備序號名稱型號與規格數量備注1示波器YB4320A12直流穩壓電源WYK—303B313函數信號發生器EE1021A14數字萬用表VC9801A15秒表或手表16暫態實驗板+實驗箱1+1四、實驗內容與步驟測量RC電路的零輸入響應和零狀態響應：1）觀測零輸入響應：斷開K2、K3，將穩壓電源輸出調至10V，接通K1，由電阻R1給電容C充電，當Uc=10V時，斷開K1，接通K2，電容C對R2放電；同時開始計時，每隔10秒，用數字萬用表DC-20V檔記錄電容電壓值，填入表3-1中。2）觀測零狀態響應：斷開K1，接通K3，使電容C電壓放電干凈，即Uc=0V；穩壓電源輸出電壓保持10V，斷開K2、K3，接通K1，R1和C串聯后接入10V穩壓電源，同時開始計時，記錄數據填入表3-1中。表3-1：時間t/S測量值0102030405060708090100110120130140零輸入Uc(t)/V計算i(t)值零狀態Uc(t)/V計算i(t)值計算τ=RC=s實測τ=s*2、觀測微分電路和積分電路在脈沖激勵下的響應：調節函數信號發生器，使其輸出Upp=5V，f=1KHz的方波信號，并通過信號線，將激勵u和響應uR或uc分別接至示波器的兩個輸入端CH1和CH2，觀測激勵和響應的變化規律。1）當τ＜＜tp時，選擇R=100Ω,C=0.1μF，此時從電阻R上得到微分輸出響應。2)當τ＞＞tp時，選擇R=10KΩ,C=0.33μF，此時從電容C上得到積分輸出響應。觀測并描繪u(t)、uR(t)或uc(t)的信號波形。五、實驗報告根據實驗數據，在圖示坐標上繪出RC－階電路的①零輸入響應和②零狀態響應曲線，并由曲線測得τ值與計算值作比較。①RC電路的零輸入響應②RC電路的零狀態響應*2、根據實驗觀測，總結、歸納微分電路和積分電路的形成條件和主要特點，回答下列問題：（1）微分電路反映變化，∴τ要（）［小or大］；（）上輸出[RorＣ]。（2）積分電路反映求和累計，∴τ要（）［小or大］；（）上輸出[RorＣ]。注:*2、適用于多學時。實驗四R、L、C串聯諧振實驗目的學習用實驗方法測試R、L、C串聯諧振電路的頻率特性。加深理解電路發生諧振的條件、特點，掌握電路品質因數（電路Q值）的物理意義及其測定方法。實驗原理及線路圖5-1R、L、C串聯諧振電路1、在圖5-1所示的R、L、C串聯電路中，如果U、R、L、C的大小保持不變，改變電源頻率f，則XL、XC、|Z|、、I等都將隨著f的變化而改變，它們隨頻率變化的曲線為頻率特性。UR、UL、UC及I隨頻率變化的曲線如圖5-2，5-3所示。隨著頻率的變化，當XL=XC時，即L=1/C時，電路將出現串聯諧振。諧振頻率為。uIUCULQ大UURQ小0f00f0 圖5-2各電壓隨f變化曲線圖5-3電流隨f變化曲線實驗步驟圖5-4R、L、C串聯諧振實驗電路按圖5-4實驗線路接線，取R=510//2.2k,C=2200pF//6800pF。接通信號發生器電源，調節信號源使輸出電壓為1V的正弦信號，用交流毫伏表測電壓，示波器監視信號源的輸出。調節信號發生器輸出電壓的頻率（維持Ui=1V不變），用毫伏表分別測得UR、UL、UC，記入表5-1中。令輸入信號電壓Ui=1V，并在整個實驗過程中保持不變。當測得UL=UC時，信號源輸出電壓U的頻率即為諧振頻率fO。改變電阻值，重復步驟1），2）的測量過程。四、表格與數據表5-1數據記錄與計算Ui=1V,R=510//2.2k,C=2200pF//6800pF,fO=,Q=,I=UR/Rf(kHz)UR(V)UL(V)UC(V)I=根據測量數據，繪出UR、UL、UC及I隨f變化的關系曲線。思考題諧振狀態時，電路呈()A．電阻性B.電感性C.電容性要提高R、L、C串聯電路的品質因數，電路的參數應()A．減小RB．減小LC．增大C諧振時，電路的電流()A．最小B．最大C．不確定如果頻率一定，要使電路發生諧振，可以調節()A.電阻.B.電感C.電容D電容或電感六、本實驗也可采用空心線性電感實現，實現電路如圖1-5-5所示，具體參數詳見表1-5-2。圖5-5R、L、C串聯諧振實驗電路表5-2數據記錄與計算Ui=2V,R=300,C=0.1F,fO=KHz,Q=,I=UR/Rf(kHz)1.522.42.52.62.73UR(V)UL(V)UC(V)I(mA)實驗五交流正弦穩態電路相量的研究實驗六單相交流電路——參數測量與功率因數的改善實驗目的1、通過對R-L串聯電路及其與C并聯的單相交流電路的實際測定，查找出它們的電壓、電流及功率之間的關系。2、學習電路元件參數的測量方法（間接法測定R、r、L、C等）。3、掌握感性負載并聯電容提高功率因數的方法，并進一步理解其實質。4、學習并掌握功率表的使用。R-L串聯電路的參數測量及計算方法圖4-1R-L串聯電路及電壓電流相量圖圖4-1表示了一個R-L串聯電路，s是電感線圈，這里用內阻r與理想電感XL串聯來代表電感線圈，設其總阻抗為ZS。電源電壓U將超前電流I1一個角度，由相量圖上的電壓三角形，根據余弦定理，得：US2=UR2+U2-2UURcos從而求出，而U（R+r）=UCos，式中U（R+r）=UR+Ur，又因為UL=USin，這樣可求得：R=UR/I1；r=Ur/I1；XL=UL/I1；L=XL/ω=XL/2πf實驗內容及步驟（◎為電流插座，用來串入電流表測量電流I，I1，IC）圖4-2單相交流電路功率因數改善的實驗電路按圖4-2所示實驗線路接線，R=100（實驗臺上滑線變阻器取1/3處），電感3000匝。實驗臺三相交流電源的相電壓約為220V，如果有自耦調壓器，將三相電源的二次側相電壓調至100V做為實驗線路的總電壓U。如果沒有自耦調壓器，實驗線路使用220V的相電壓。1、3000匝電感線圈負載實驗1）R-L串聯電路實驗閉合開關S，斷開開關S1，即為R-L電路。用功率表、電壓表、電流表量測并讀取U，UR，US，I，I1，及P等數據，記入表4-1中。（注意：此時，電容未并入電路，I=I1）2）R-L串聯電路并電容C實驗閉合開關S，逐步選擇并入的電容C的數值，并再次測量U，UR，US，I，I1，IC及P等數據，將不同的電容C值時對應的上述數據值記入表4-1中。2、1500匝電感線圈負載實驗*將圖4-2中電感改為線性電感（1500匝，40mH），重復1實驗步驟。實驗數據根據實驗所得數據，計算出電路中各元件參數值，填入表中。表4-1數據項目測量值計算值UURUSII1ICPRXLXC∣ZS∣rcosVAWΩ未投CC=μFC=μFC=μFC=μFC=μFC=μFC=μFC=μFC=μFC=μF五、作出電流隨電容變化的關系曲線I=f（C）六、問題為什么電感性負載在并聯電容器后可以提高功率因數，并聯電容越大，功率因數越高？（）A：是B：不一定RL串聯電路在并聯電容后，電路的總功率P及RL支路中的電流怎樣變化？（）A：增大B：不變C：減小電感性負載串聯電容后線路的功率因數是否發生變化？()A：變B：不變C：不一定實驗七三相交流電路一、實驗目的掌握三相負載的星形，三角形聯結方法。驗證兩種接法下，三相負載的線電壓與相電壓，線電流與相電流之間的關系。充分理解三相四線制供電系統中中線的作用。二、三相負載電路圖6-1三相負載星形連接圖6-2三相負載三角形連接三、實驗設備序號名稱型號與規格數量備注1交流電壓表0～500V1D332交流電流表0～5A1D323萬用表1自備4三相自耦調壓器1DG015三相燈組負載220V，15W白熾燈9DG086電流插座3DG09KHDG-1型高性能電工綜合實驗裝置相電壓調整到100V。工大自制實驗裝置相電壓為220V。四、實驗線路1．將圖6-3所示三相負載和元器件連接成星形并且有中線，使用開關接通和斷開中線，中線上串聯電流表插孔，用來測量中線電流IN。2．將圖6-4所示三相負載和元器件連接成三角形，相線上要串聯電流表插孔，用來測量線電流IA，IB，IC。圖6-3三相負載星形連接線路圖6-4三相負載三角形連接線路五、實驗步驟將三相調壓器的旋柄置于輸出為0V的位置（即逆時針旋到底）。經指導教師檢查合格后，方可開啟實驗臺電源，然后調節調壓器的輸出，使輸出相電壓為100V，并按下述內容完成各項實驗。負載星形聯接按圖6-3所示，連接實驗電路，經教師檢查合格后方可接通電源。有中線（ＹＮ）令三相負載對稱，即閉合所有控燈開關K，使A、B、C三相燈數為3:3:3。測量負載相電壓、相電流，線電壓、線電流，中線電流及電源與負載間的中點電壓，記入表6-1中。令三相負載不對稱，即C相去掉兩只燈，使A、B、C三相燈數為3:3:1。重復上述步驟。無中線（Ｙ）斷電，拆除中線NN’，此時為無中線的三相電路。重復步驟（１）不對稱負載的特例Ａ相開路，使三相燈數為3：3：1，分別在有中線、無中線的情況下，重復上述步驟。觀察各相燈泡明暗情況，了解不對稱負載聯接時，若中線斷開將對負載工作電壓的嚴重影響。2、負載作三角形（△）聯接：按圖6-4所示，連接實驗電路，經教師檢查合格后方可通電實驗。在負載對稱時，即A、B、C三相燈數為3:3:3，測量線電壓、線電流、相電流。負載不對稱時，即A、B、C三相燈數為3:3:1，重復上述步驟。將數據記入表6-2中。六、表格與數據表6-1測量數據負載情況線電流（mＡ）線電壓（Ｖ）相電壓（Ｖ）IN(mA)UNN’(V)IAIBICUABUBCUCAUAN’UBN’UCN’ＹＮ對稱不對稱Ｙ對稱不對稱特例有中線無中線表6-2測量數據負載情況線電流（mＡ）相電流（mＡ）相電壓＝線電壓（Ｖ）IAIBICＩABＩBCＩCAUABUBCUCA△對稱不對稱七問題1．星形聯結實驗中，在無中線的情況下，A相去掉2只燈，A相剩下的1只燈是變亮還是變暗？()A變亮B變暗2．星形聯結實驗中，在無中線負載不對稱的情況下，則負載的相電壓有無可能超過電源的相電壓？()A有可能B不可能3．三角形聯結實驗中，在負載對稱與不對稱兩種情況下，每只燈的亮度是否有所不同？()A相同B不相同實驗八異步電動機點動與自鎖控制一實驗目的了解接觸器、熱繼電器、按鈕、熔斷器等常用電氣設備的構造、原理和使用。掌握籠型異步電動機的點動和自鎖控制電路的實際連接與操作，進一步理解點動控制和自鎖控制的特點。二實驗線路三實驗步驟點動控制按圖1接線：主回路：三相電源輸出端熔斷器FU1接觸器KM的主觸頭熱繼電器FR的熱元件電動機控制回路：三相電源的某輸出端常開按鈕SB1接觸器KM的線圈熱繼電器FR的常閉觸頭熔斷器FU2三相電源的另一端觀察電動機的起、停與運轉情況。實驗完畢，切斷實驗線路的三相交流電源。自鎖電路按圖2接線，經檢查合格，才可進