电工学实验（讲义）

实验一 基本电工仪表的使用与测量误差的计算

一、实验目的

1、熟悉实验装置上各类测量仪表的布局。

2、熟悉实验装置上各类电源的布局及使用方法。 3、掌握电压表、电流表内电阻的测量方法。 4、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。而实际使用的电工仪表都不能满足上述要求。因此，当测量计仪表一旦接入电路，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，这种测量误差值的大小与仪表本身内阻值的大小密切相关。

2、本实验测量电流表的内阻采用“分流法”，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，调节直流恒流源的输出电流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

?

12满偏转位置，此时有IA=IS=

I2

RA=RB║R1

R1为固定电阻器之值，RB由可调电阻箱的刻度盘上读得。R1与RB并联，且R1选用小阻值电阻，RB选用较大电阻，则阻值调节可比单只电阻箱更为细微、平滑。

3、测量电压表的内阻采用“分压法”，如图1-2所示。 V为被测电阻（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阻值使电压表V的指示值减半，此时有RV=RB+R1，电压表的灵敏度为

RVU (?V) 。

4、仪表内阻引入的测量误差（通常称为方

法误差，而仪表本身构造上引起的误差称为仪表基本误差）的计算。

以图1-3所示电路为例，R1上的电阻为

UR1?R1R1?R2V，若R1=R2，则UR1?12V，

现用一内阻为RV的电压表来测量UR值，当RV与R1并联后，

1RVR1RVB?RVR1RV?R1，以此来代替上式中的R1，则得UR1\\?RV?R1RVR1RV?R1?R2V,绝对误

差为

RVR1?U?UR1?UR1?U(\\RV?R1RVR1RV?R1?R22?R1R1?R2)，

化简后得?U??R1R2URV(R21?2R1R2?R)?R1R2(R1?R2)22, 若R1=R2=RV，则

得?U??U6。相对误差?U%?U\\R1?UR1?R1UU%?6%??33.3% U2三、实验内容

1、根据“分流法”原理测定FM-47型（或其它型号）万用电表直流毫安0.5mA和5mA档量限的内阻，线路如图1-1所示。

被测电流 S断开时 S闭合时 RB R1 计算内阻 表量程 表读数(mA) 表读数(mA) （?） （?） （?） 0.5mA 5mA 2、根据“分压法”原理按图1-2接线，测定万用电表直流电压2.5V和 10V档量限的内阻。 被测电压 表量程 S闭合时 表读数(V) S断开时 RB R1 计算内阻 表读数（V） （K?） （K?） （K?） S （?V） 1

2.5V 10V

3、用万用电表直流电压10V档量限测量图1-3电路中R1上的电压UR1之值，并计算测量的绝对误差与相对误差。 计算值 实测值 绝对相对 U R2 R1 R10V（K?） UR1（V） 误差 误差 \\UR1 10V 10K? 20K? 四、实验注意事项

1、控制屏提供所有实验的电源，直流稳压源和直流恒流源均可通过粗调（分段调）旋钮和细调（连续调）旋钮调节其输出量，并由指针式电压表和毫安表显示其输出量的大小，启动实验装置电源之前，应使其输出旋钮置于零位，实验时再缓慢地增、减输出。

2、稳压源的输出不允许短路，恒流源的输出不允许开路。

3、电压表应与电路并联使用，电流表与电路串联使用，并且都要注意极性与量限的合理选择。 五、预习思考题

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。 六、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、计算实验内容3的绝对误差和相对误差。 3、对思考题的计算。 4、心得体会及其它。

2

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引起测量误差的方法。 二、原理说明

减小因仪表内阻而产生测量误差的方法有: 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用不同量限进行两次测量，所得读数经计算后可得到准确的结果。

如图2-1所示电路，欲测量具有较大内阻R。的电动势E的开始电压U。时，如果所用电压表的内阻RV和R。相差不大的话，将会产生很大的测量误差。

设电压表有两档量限，U1、U2分别在这两个不同量限下测得的开路电压值，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

U1=

RV1R0?RV1RV2R0?RV2E （1）

U1=E （2）

由（1）式得 R0?RV1EU1?RV1?RV1(EU1?1) （3）

将（3）式代入（2）式可得

U2(R0?RV2)RV2U2(?RV1EU1?RV1?RV2)RV2 E?

从中解得E，经化简后得 E?U0?

U1U2(RV2?RV1)U1RV2?U2RV13

（4）

由式（4）可知，不论电源内阻R。相对电表的内阻RV有多大，通过上述的两次测量结果，经计算后可较准确地测量出开路电压U0的大小。

对于电流表，当其内阻较大时，也可用类似的方法测得准确的结果。如图2-2所示电路，不接入电流表时的电流为I?ER0

ER0?RA接入内阻为RA的电流表A时，电路中的电流变为I\\?RA=R。，则I\\?I2,出现很大的误差。

，如果

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 I1?ER0I1I2(RA1?RA2)I1RA1?I2RA2ER0?RA1，I2?ER0?RA2，解得

I??。

2、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，可用同一量限进行两次测量法减小测量误差。其中，第一次测量与一般的测量并无两样，只是在进行第二次测量时必须在电路中串入一个已知阻值的附加电阻。

（1）电压测量—测量如图2-3所示电路的开路电压U。

第一次测量，电压表的读数为U1（设电压表的内阻为RV），第二次测量时应与电压表串接一个已知阻值的电阻R，电压表读数为U2，由图可知

U1?RVR0?RVE U2?RVR0?RV?RE

解上两式，可得 E=U。=

RU1U2RV(U1?U2)

（2）电流测量—测量如图2-4所示电路的电流I

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第一次测量电流表的读数为I1，（设电流表的内阻为RA），第二次测量时应与电流表串接一个已知阻值的电阻R，电流表读数为I2，由图可知

I1?ER0?RA I2?I1I2RI2(RA?R)?I1RAER0?RA?R

解得I?ER0?

由上分析可知，采用多量限仪表两次测量法或单量限仪表两次测量法，不管电流内阻如何，总可以通过两次测量和计算得到比单次测量准确得多的结果。

三、实验内容

1、双量限电压表两次测量法

按图2-3电路接线，取E=3V，R0=20kΩ

用万用电表的直流电压力2.5V和10V两档量限进行两次测量，最后算出开路电压U0之值。

万用表 双量限内 两个量限 开路电压 两次测量 绝对误差 电压量限 阻值(kΩ) 测量值(V) 实际值(V) 计算值(V) △U(V) 2.5V 10V 相对误差△U/U×100% R2.5V和R10V参照实验一的结果。 2、单量限电压表两次测量法

实验线路如图2-3，用上述万用表直流电压2.5V量限档串接R=10kΩ的附加电阻器进行两次测量，计算开路电压U0之值。 开路电压实际值 U0（V） 3 两次测量值 测量计算值 绝对误差 △U（Ｖ） 相对误差 △U/U×100% U1（V） U2（V） U0′（V） 3、双量限电流表两次测量法 按图2-4电路按线，取E=3V，R0=6.2kΩ，用万用表0.5mA和5mA两档电流量限进行两次测量，计算出电路中电流值I。 万用表电

双量限内两个量限测电流实际5

两次测量计绝对误 相对误差△

流量限 阻值（Ω） 量值（mA） 值(mA) 算值（mA） 差△I I/I×100% 0.5mA 5mA R0.5mAR5mA参照实验一的结果 4、单量限电流表两次测量法

实验线路如图2-4，用万用表0.5mA电流量限，串联附加电阻R=8.2kΩ进行两次测量，求出电路中的实际电流I之值。 电流实际值 两闪测量值 测量计算值 绝对误误差 相对误差 I（mA） I1（mA） I2（mA） I′（mA） △I △I/I×100% 四、实验注意事项 同实验一 五、实验报告

1、完成各项实验内容的计算。 2、实验收获与体会。

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实验三 电路元件伏安特性的测绘

一、实验目的

1、学会识别常用电路元件的方法；

2、掌握线性电阻、非线性电阻元件伏安特性的逐点测试法； 3、掌握实验装置上直流电工仪表和设备的使用方法。 二、原理说明

任何一个二端元件的特性可用该元件上的端电压V与通过该元件的电流I之间的函数关系I=F（V）来表示，即用I-V平面上的一条曲线来表示，这条曲线称为该元件的伏安特性曲线。

1、线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图3-1

中a曲线所

示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。

图3-1

2、一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图3-1中b曲线所示。

3、一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图3-1中c曲线。正向压降很小（一般锗管约为0.2—0.3V，硅管约为0.5—0.7V），正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十几至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导

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电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。

4、稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图3-1中d曲线。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当反向电压增加到某一数值时（称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管）电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。 三、实验内容

1、测定线性电阻器的伏安特性

按图3-2接线，调节直流稳压的输出电压U，从O伏开始缓慢地增加， 一直到10V，记下相应的电压表和电流表的读数。 U（V） 0 2 4 6 8 10 I（mA） 2、测定非线性白炽灯的伏安特性 将图3-2中的RL换成一只12V的小灯泡，重复1的步骤。 U（V） 0 2 4 6 8 10 I（mA）

3、测定半导体二极管的伏安特性。

按图3-3接线，R为限流电阻，测二极管D的正向特性时，其正向电流不得超过25mA，正向压降可在0—0.75V之间取值。特别是在0.5—0.75V之间更应多取几个测量点。作反向特性实验时，只需将图3-3中的二极管D反接，且其反向电压可加到30V左右。

正向特性实验数据 U（V） 0 0.2 0.4 0.5 0.55 0.65 0.75 I（mA） 反向特性实验数据 U（V） 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 I（mA）

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4、测定稳压二极管的伏安特性。

只要将图3-3中的二极管换成稳压二极管，重复实验内容3的测量。 正向特性实验数据。 U（V） I（mA） 反向特性实验数据 U（V） I（mA） 四、实验注意事项 1、测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表不得超过25mA，稳压源输出端切勿碰线短路。

2、进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。 五、思考题

1、线性电阻与非线性电阻的概念是什么？电阻器与二极管的伏安特性有何区别？

2、设某器件伏安特性曲线的函数式为I=f(V)，试问在逐点绘制曲线时，其坐标变量应如何放置？

3、稳压二极管与普通二极管有何区别？其用途如何？ 六、实验报告

1、根据各实验结果数据，分别在方格纸上绘制出光滑的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压可取为不同的比例尺）。

2、根据实验结果总结、归纳被测各元件的特性。 3、必要的误差分析。 4、心得体会及其它。

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（3）半电压法

如图7-2所示，当负载电压为被测网络开路电压一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值。

（4）零示法

在测量具有高内阻有源二端网络的开路电压时，用电压表进行直接测量会造成较大的误差，为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法，如图7-3所示。

零示法测量原理是用一低内阻的稳压电源与被测二端网络进行比较，当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0”，然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压，即为被测有源二端网络的开路电压。 三、实验内容

被测有源二端网络如图7-4（a）所示。

1、用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的U0C和RS。

按图7-4（a）电路接入稳压电源ES和恒流源IS及可变电阻箱RL，测定

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U0C和RS。 UOC（V） ISC（mA） RS=UOC/ISC（Ω） 2、负载实验 按图7-4（a）改变RL阻值，测量有源二端网络的外特性。 RL（Ω） 0 ∞ U（V） I（mA） 3、验证戴维南定理 用一只1kw的电热器，将其阻值调整到等于按步骤“1”所得的等效电阻RS之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压UOC之值）相串联，如图7-4（b）所示，仿照步骤“2”测其外特性，对戴维南定理进行验证。 RL（Ω） 0 ∞ U（V） I（mA） 4、测定有源二端网络等效电阻（又称入端电阻）的其它方法，将被测有源网络内的所有独立源置零（将电流源IS断开，去掉电压源，并在原电压端所接的两点用一短路导线相连），然后用伏安法或者直接用万用电表的欧姆档去测定负载RL开路后输出端两点间的电阻，此即为被测网络的等效内阻RS或称网络的入端电阻Ri。

5、用半电压法和零示法测量被测网络的等效内阻RS及其开路电压UOC，线路及数据表格自拟。 四、实验注意事项

1、注意测量时，电流表量程的更换。

2、步骤“4”中，电源置零时不可将稳压源短接。

3、用万用电表直接测RS时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用电表，其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。

5、改接线路时，要关掉电源。 五、预习思考题

1、在求戴维南等效电路时，作短路实验测ISC的条件是什么？在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对线路7-4（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。

2、说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。

六、实验报告

1、根据步骤2和3，分别绘出曲线，验证戴维南定理的正确性，并分析

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产生误差 的原因。

2、根据步骤1、4、5各种方法测得的UOC与RS与预习时电路计算的结果作比较，你能得出什么结论。

3、归纳、总结实验结果。 4、心得体会及其它。

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实验八 日光灯电路与功率因数的提高

一、实验目的

1、了解日光灯电路。

2、了解提高功率因数的意义和方法。 二、原理说明

日光灯电路：日光灯电路由灯管、启动器和镇流器组成，接线如图14-1所示，灯管是光源，它的起辉电压约400V~500V，起辉后灯管两端电压在110V左右，因此，不能直接接到220V电源使用，启动器相当于一个自动开关，通交流220V电压后，启辉器两端发热自动接通，使灯管两端的灯丝通电加热，此时辉光发热停止，启动器自动断开瞬间，由楞决定律可知，电感线圈将产生自感电动势阻碍电流变化，并同电路叠加形成一个高电压（400—600V），使灯管起辉，进入工作状态。日光灯起辉后，镇流器起降压和限流作用。由于电路中有线圈，所以日光灯是感性负载，功率因数在0.5~0.6左右。

功率因数的提高：日光灯电路是感性负载，功率因数在0.5~0.6左右，为了提高功率因数，常用电容补偿法，即在负载两端并联补偿电容器，其电容C可由下式算出：（式中1为调整前的功率因数角，2为调整后的功率因数角，对于I额定ω=314rad）。

图14-1

三、实验内容

1、日光灯线路接线与测量

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按图14-2组成实验线路，经指导教师检查后，接通市电220V电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220V，测量功率P，电流I、电压U1、UL、UA等值，验证电压、电流相量关系。 P（W） Cos(Φ) I（A） U（V） UL（V） UA（V） 启辉值 正常工作 值 2、并联电路——电路功率因数的改善 按图14-3组成实验线路

经指导教师检查后，接通市电220V电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表、电压表读数，通过一只电流表和三个电流插座分别测量三条支路的电流，改变电容值，进行重复测量。

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实验十 三相电路功率的测试

一、实验目的

掌握用一瓦特表法，二瓦特法测量三相电路的有功功率及无功功率的方法。 二、原理说明

1、对于三相四线制供电的三相星形联接的负载（即YO接法），可用一只功率表测量各相的有功功率PA、PB、PC，三相功率之和为P=PA+PB+PC即为三相负载的总有功功率（所谓一瓦特表法就是用一只单相功率表去分别测量各相的有功功率）。实验线路如图7-1所示。若三相负载是对称的，则只需测量一相的功率即可，该相功率乘以3即得三相总的有功功率。

图7－1 图7－2

2、三相三线制供电系统中，不论三相负载是否对称，也不论负载是Y接法还是△接法，都可用二瓦特表测量三相负载的总有功功率。测量线路如图7-2所示。

若负载为感性或容性，且当相位差>600时，线路中的一只功率表指针将反偏（对于数字式功率表将出现负读数），这时应将功率表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），而读数应记为负值。

图7-2中二瓦特表法中两只功率法的接法是（iA，UAC）与（iB，UBC），此外，还有另外两种连接方法，它们是（iB，UBA）与（iC，UCA）及（iA，UAB）与（iC，UCB）。

3、对于三相三线制供电的三相对称负载，可用一瓦特表法测得三相负载的总无功功率Q，测试原理电路如图7-3所示。

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图7－3

图示功率表读数的√3倍，等于对称三相电路总的无功功率。除了上图给出的一种连接法（IA、UBC）外，还有另外两种连接法，即接成（IB，UAC）或（IC，UAB）。 三、实验仪器

电工技术实验装置 四、实验内容

1、用一瓦特表法测定三相对称YO接法以及不对称YO接负载的总功率为P。 按图7-4线路接线，线路中的电流表和电压表用以监视三相电流和电压，不得超过功率表电压和电流的量限。

图7－4

经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器输出，使输出线电压为220V，测量时首先将三表按图7-4接入某一相（如B相）进行测量，然后分别将三个表换接到A相和C相，再进行测量，记录并进行计算。

开灯盏数 测量数据 负载情况 A相 B相 C相 PA（W） PB（W） PC（W） YO接对称 负载 YO接不 对称负载 2、用二瓦特表法测定三相负载的总功率

⑴按图7-5接线，将三相灯组负载接成Y形接法。

3 1 3 2 3 3 计算值 P （W） 27

图7－5

经指导教师检查后，接通三相电源，调节调压器的输出电压为220V，按表格要求进行测量及计算。

⑵将三相灯组负载改接成△形接法，按表格要求进行测量及计算

开灯盏数 测量数据 计算值 负载情况 A相 B相 C相 P1（W） P2（W） P（W） YO接对称负载 YO接不对称负载 △接不平衡负载 △接平衡负载 3、用一瓦特表法测定三相对称Y形负载的无功功率 按图7-6所示的电路接线

3 1 1 3 3 2 2 3 3 3 3 3 图7－6

每相负载由三盏白炽灯和4.7uF电容器并联而成，将三相容性负载接成Y形接法。检查接线无误后，接通三相电源，将调压器的输出线电压调到220V，读取三表的读数，并计算无功功率Q，并记入表中。

开灯盏数 计算值 负载情况 U（V） I（A） Q（VAR） ∑Q= √3 Q（VAR） ⑴三相对称灯组 （每相开3盏） ⑵三相对称电容器 （每相4.7uF） ⑶⑴、⑵并联负载 五、实验注意事项

每次实验完毕，均需将三相调压器旋柄调回零位，每改变线路，均需断开三相电源，确保人身安全。

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六、预习思考题

1、自学二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理；

2、画出用二瓦特表法测定三相负载总功率的另外两种连接方法的电路图； 3、自学一瓦特法测量三相电路无功功率的原理。 七、实验报告

1、完成数据表格中的各项测量和计算任务，比较一瓦特表和二瓦特法的测量结果。

2、总结、分析三相电路功率测量的方法和结果。

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实验十一 单相变压器性能实验

一、实验目的：

（一）熟悉和掌握单相变压器的实验方法

（二）通过空载、短路及负载实验，确定其参数及运行特性 （三）了解参数对变压器性能的影响。 二、实验设备和仪器：

电工技术实验装置 三、实验内容： （一）测变比和极性

（二）空载试验：U0?f(I0)?P0 Cos?0?f(U0);P0?PFe(铁损) （三）短路试验：PK,UK,Cos?k?f(IK),PK（四）负载实验：

低压测，高压测

图8－1 四、实验说明： （一）测变比和极性

1、测变比按图8-1接线。把变压器B的低压测作原边；把调压器T置零，闭合K;将低压线圈外施电压调至50%UN左右，测量低压线圈电压Uax及高压线圈电压UAX。对应不同输入电压共读取三组，记录于表8-1中，取平均值为变压器变比。

表8-1变比K的测量 序号 1 2 3

IKa?Iae?PCU(铜损)

Uax(V) UAX(V) K1 30

K K?13(K1?K2?K3)

2、测绕组极性： （1）直流感应法：

按图8－2接线，合上开关K后，若检流计向正偏转时，则图中极性符号AX及ax正确；若反向偏转，则检流计正端相连的为x极，负端相连的为a极性。

K

A

a － ＋ G X x

图8—2 直流感应法定极性 （2）交流感应法：按图8-3接线，确认无误后合电源闸刀K，读电压表数值。

如果U?U1?U2,则图中所示极性正确；如果U?U1?U2则表示接于高压端X的低压端为首端a，另一端为尾端X。

K A U1 V U V a V U2

x

X 图8—3 交流感应法定极性

（二）空载试验：

1、把变压器B的低压侧用原边，接到调压变压器T的输出端。 2、把调压器输出置零，闭合K 3、调压至V10?V2N，记录：

V10? (V) I10? (A) P0?PFe? (W) U20? (V) 检验变比K?V20V10? 。

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图8－4

4、再调V10?(1.1~1.2)V1N;然后在1.2~0.5UN范围内逐渐降低电压取6~7个点（包U0?UN点。此点附近应较密），记入表3-11中。

表8-2 空载数据 序 号 实验数据 U0(V) I0(A) 计算数据 U0 ?I0 ?Cos?0

(三)短路实验：

图8－5

1、按上图接线，把高压线圈接电源，低压线圈直接短路（或接一电流表短

路）。 2、调压器输出端置零位，闭合K0

3、缓慢升高电压，直到IK?I2N(即IKa?IaN)为止，记录：

1IK1? (A) IKa? (A) VK? (V) PK?PCU? (W) 32

4、增加一点电压使短路电流升至1.1IN,D 1.1~0.5IN范围内，测量短路功率PK,短路电压UK及短路电流IK，共取读数4~5组（包括IK?IN）,记录于表8－3中。（本试验应尽快进行，否则线圈发热，电阻增大。）

表8-3 θ= ℃ 序号

IK1(A)IKa(A)UK(V)PK(W)Cos?k?PKUKIK (把环温0℃作为试验时线圈的实际温度)

（四）负载实验： 1、按图8-6接线。

图8-6 负载实验接线图

调压器置零位，闭合Ka,副边线圈经开关Ka 接负载，负载有可变电阻RL电抗器 XL。

负载的可变电阻RL（灯箱或变阻器），先将负载电阻值调至最大，然后闭合开关K1，调节外施电压使U2?U2N,闭合开关Ka后，保持U1?U1N不变，逐次使RL??I2?。在I2?0~?2N,Ua?U00~UaN范围内，测取读数5~6组（I2?IN点），记录于表8-4中。

表8－4 Cos?2?1 U1?U1N? 伏

33

序号 Ia(A) Ua(V) 3、电感性负载（Cos??0.8）

将电抗器XL与允载电阻RL并联（或串联），组成变压器的感性负载。将RL和XL调到最大值，闭合开关K2，保持U1?U1N,Cos??0.8Kn,调节使U1?U1N。不变，减少RL和XL即增加Ia，在负载由零至额定值范围内，测I2,U2共读取5~6组，记录于表8－5中。

表8－5 Cos??0.8 U1?U1N? 伏 序号 Ia(A) Ua(V) 五、实验报告：

（一）计算变化：取三次平均值：K?(二)根据测得的空载试验数据 1、计算：U0??131K ?31?IU0UN I0??I0IN Cos?0?P0U0I0

作空载特性曲张，U0??f(I0?),P0?f(U0),Cos?0?f(U0) 2、计算激磁参数：

用额定电压时（U0?UN） I0,及P0计算激磁参数。忽略空载铜耗（空载电流很小），则P0?PFe(铁耗)。

∴激磁电阻：rm'?p0I20

U0I0'?再忽略原方线圈的漏阻抗：Zm'? XmZm?rm

'2'又因空载试验在副方进行，须折合到原方：

rm?Krm2'''，Zm?K2Zm，Xm?K2Xm

(三)根据短路试验作短路特性曲线，并计算短路参数：

34

1、作短路特性曲线：UK?f(IK), PK?f(IK),及Cosp2、用IK?IN时的UK,PK计算试验温度0℃下的：

ZK?UKk?f(IK)

IK,RK?PKI2Nn,XKZK?rK

计算：rk75?C,ZK75?C?rk75?C2?Xk

n计算短路电压（即阻抗电压）百分数：

UK?INZK75?CUN100%Ukr?INrk75?CUN100%

Ukx?INXUNK100%

2rK75?C (W) (阻抗电压百分数 UK对中额定电流时的短路损耗PKN?IKN小型电力变压器为3~8%，大型电力变压的则为8~15%)

（四）由空载和短路参数，画出被试变压的简化等值电路图 （五）计算电压变化率：

1、作纯电阻负载的外特性曲线，根据表3-13的数据绘出外特性曲线

Ua?f(Ia)

2、作电感性负载的外特性曲线：根据表3-14的数据，绘出外特性曲线

Ua?f(Ia)

3、按下式分别计算两种性质（Cos?2?1,0,8）负载下被试变压器的电压变化率：

?u??(ukrcos?2?ukxsin?2)式中：负载系数：??I2I2N

再由外特性曲线得到?u?U20?U2U20?100%，与计算结果相比较，分析负载

对变压器输出电压的影响。

（六）确定变压器的效率：

1、用间接法计算功率因数Cos?2?0.8时不同负载下，变压器的效率。

??p2p1?100%?p2p2?p0??pKN2?100%

其中：P2??PNCos? (KW)

35

序号 PN 即变压器额定容量（KVA） P0 即额定电压下的空载损耗。

取β=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2算出各点效率，记录于8－6中，并作效率曲线：

表8-6 β 2?% ?PKN(Ka0) Pa(KW) P0(KW) Cos?2 计算被试变压器最大效率时的负载关系数：

36

?p0m?p

KN

实验十二 三相鼠笼式异步电动机点动、连动、点连动控制

一、实验目的

1. 通过对三相鼠笼式异步电动机点动控制和自锁控制线路的实际安装接线，掌握由电气原理图变换成安装接线图的知识。

2.通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点 二、预习要点

1．分析什么叫点动，什么叫自锁；

2．控制电路中各个电器如Q1、FU、KM、FR、SB各起什么作用，已经使用了熔断器为何还要使用热继电器，已经有了开关为何还要使用接触器；

3．根据以上分析，画好鼠笼式异步电动机的点动与自锁控制线路； 4．考虑如何实现既可点动控制又可自锁控制。 三、实验仪器与仪表

序号 1 2 3 4 5 6 7 名 称 三相交流电源 三相鼠笼式异步电动机 交流接触器 按 钮 热继电器 交流电压表 万用电表 型号与规格 380V DJ26 JZC4-40 D9305d 0～500V 数量 1 2 3 1 1 1 D61-2 D61-2 D61-2 自备 备注

四、实验内容

认识各电器的结构、图形符号、 接线方法；抄录电动机及各电器铭牌 数据；鼠笼机接成Y接法；实验线路 电源端接三相自耦调压器输出端U、V、 W，供电线电压为380V。

图9-1 1．点动控制

按图9-1点动控制线路进行安装接线，接线时，先接主电路，即从220v三相交流电源的输出端U、V、W开始，经接触器KM的主触头，热继电器FR的热元件到电动机M的三个线端A、B、C，用导线按顺序串联起来。主电路连接完整无误后，

37

再连接控制电路，即从380V三相交流电源某输出端(如V)开始，经过常开按钮SB1、接触器KM的线圈、热继电器FR的常闭触头到三相交流电源另

一输出端(如W)。显然这是对接触器KM线圈供电的电路。接好线路，经指导教师检查后，方可进行通电操作。

(1) 开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出线电压为380V。

(2) 按起动按钮SB1，对电动机M进行点动操作，比较按下SB1与松开SB1电动机和接触器的运行情况。

（3）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断实验线路三相交流电源。 2. 自锁控制电路

按图9-2所示自锁线路进行接线，它与图9-1的不同点在于控制电路中多串联一只常闭按钮SB2，同时在SB1上并联1只接触器KM的常开触头，它起自锁作用。

(1) 按控制屏启动按钮，接通380V 三相交流电源。

(2)按起动按钮SB1，松手后观察电动机M是否 继续运转。

(3)按停止按钮SB2，松手后观察电动机M是否 停止运转。

(4) 按控制屏停止按钮，切断实验线路三相 电源，拆除控制回路中自锁触头KM，再接通三相 电源，启动电动机，观察电动机及接触器的运转 情况。从而验证自锁触头的作用。

实验完毕，将自耦调压器调回零位， 图9-2

按控制屏停止按钮，切断实验线路的三相交流电源。

3．既可点动又可自锁控制线路

根据以上点动控制及自锁控制线路，请同学自行设计一既可实现点动又可实现自锁的控制线路，并验证之。

五、实验注意事项 1．实验前要检查控制屏左侧端面上的调压器旋钮需在零位。 2.接线要求牢靠、整齐、清楚、安全可靠。

3. 操作时要胆大、心细、谨慎，不许用手触及各电器元件的导电部分及电动机的转动部分，以免触电及意外损伤。

4. 通电观察继电器动作情况时,要注意安全,防止碰触带电部位。

接好线路经指导教师检查后，方可进行通电操作。

38

六、实验报告

1．画出各控制线路及相应的工作原理流程图。 2．回答以下问题：

（1） 试比较点动控制线路与自锁控制线路从结构上及功能上看主要区别是什么？

（2） 自锁控制线路在长期工作后可能出现失去自锁作用。 试分析产生的原因是什么？

（3） 交流接触器线圈的额定电压为220V，若误接到380V 电源上会产生什么后果？反之，若接触器线圈电压为380V，而电源线电压为220V，其结果又如何？

（4） 在主回路中，熔断器和热继电器热元件可否少用一只或两只？ 熔断器和热继电器两者可否只采用其中一种就可起到短路和过载保护作用？为什么？

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实验十三 三相鼠笼式异步电动机正反转控制

一、实验目的

1. 通过对三相鼠笼式异步电动机正反转控制线路的安装接线，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。

3. 学会分析、排除继电--接触控制线路故障的方法。 二、预习要求

1．在控制线路中,短路、过载、失、欠压保护等功能是如何实现的； 2．在鼠笼机正反转控制线路中，如何改变电动机的旋转方向；

3． 电动机的正反转控制线路中，为什么要保证两个接触器不能同时工作，如何实现；电气互锁以及机械互锁又是如何实现的。 三、实验仪器与仪表 序号 名 称 型号与规格 数量 备注 1 三相交流电源 380V 2 三相鼠笼式异步电动机 DJ26 1 3 交流接触器 JZC4-40 2 D61-2 4 按 钮 3 D61-2 5 热继电器 D9305d 1 D61-2 6 交流电压表 0～500V 1 7 万用电表 1 自备 四、实验内容

认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌数据。 鼠笼式异步电动机接成Y接法；实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、W，供电线电压为380V。

~220V

Q11. 接触器FU联锁的正反转

控制线路 SB1KM1 SB3KM2KM1FR SB2KM2 KM1KM2KM1KM2

40 FRM3~

图10-1

(1) 开启控制屏电源总开关，按 启动按钮，调节调压器输出，使输出 线电压为380V。

(2) 按正向起动按钮SB1，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。 (4) 按停止按钮SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。 (5) 再按SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。

(6) 实验完毕，按控制屏停止按钮，切断三相交流电源。 2．接触器和按钮双重联锁的正反转控制线路

按图10-2接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。

(1) 按控制屏启动按钮，接通380V三相交流电源。

(2) 按正向起动按钮SB1，电动机正向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。按停止按钮SB3，使电动机停转。

(3) 按反向起动按钮SB2，电动机反向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。按停止按钮SB3，使电动机停转。

(4) 按正向(或反向)起动按钮，电动机起动后，再去按反向(或正向)起动按钮，观察有何情况发生？

(5) 电动机停稳后，同时按正、反向两只起动按钮，观察有何情况发生？ 实验完毕，将自耦调压器调回零位，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。

M3~FRKM2KM2SB3KM1SB2SB1KM1KM1KM2KM1FRFU按图10-1接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。

(3) 按反向起动按钮SB2，观察并记录电动机和接触器的运行情况。

~220VQ1KM2 41

五、故障分析

1、接通电源后，按起动按钮(SB1或SB2)，接触器吸合，但电动机不转且发出“嗡嗡”声响；或者虽能起动，但转速很慢。这种故障大多是主回路一相断线或电源缺相。

2、接通电源后，按起动按钮(SB1或SB2), 若接触器通断频繁，且发出连续的劈啪声或吸合不牢，发出颤动声，此类故障原因可能是：

(1) 线路接错，将接触器线圈与自身的动断触头串在一条回路上了。 (2) 自锁触头接触不良，时通时断。 (3) 接触器铁心上的短路环脱落或断裂。

(4) 电源电压过低或与接触器线圈电压等级不匹配。

六、实验报告

1. 画出各控制线路及相应的工作原理流程图。 2. 回答以下问题：

（1）图10-1虽然也能实现电动机正反转直接控制，但容易产生什么故障，为什么？图10-2比10-1有什么优点？

(2)接触器和按钮的连锁触点在继电接触中起到什么作用？

图10-2

42

实验十四 三相异步电动机Y—△降压起动控制

一 概 述

在生产机械地电气控制中，对于小容量电动机可采用直接起动形式，也称全压起动。全压起动的优点是所需电气设备少、线路简单，缺点是起动电流大，在短时间内会在线路中产生较大的电压降落，使负载端的电压降低过多，这不仅使电动机本身起动力矩减小，以至不能带动负载起动，同时还会影响线路其他负载正常工作。如使电灯变暗，日光灯闪烁以至熄灭，电动机转速不移，甚至停车，因此需要降压起动。

常用的降压起动方法有 ：串电阻、星形—三角形换接、自耦变压器及延边三角形等实验设备与仪器降压起动。

二 实验目的

1.熟悉利用时间继电器进行Y—△降压起动控制线路工作原理。 2.了解时间继电器（空气阻尼式）结构及延时长短调整方法。 3.分析验证控制电路故障。

三 实验设备与仪器 名称 实验台 三相异步电动机 万用表 规格型号 DGJ－3 DG26 DT905 数量 1台 1台 1块 备注

四 实验内容与步骤

（一）实验△”降压起动控实验图11-1所

（二）实验1. 用万用继电器的通电常开、常闭触头

2. 接线。

内容 “Y—制电路，见示。 步骤 表检测时间延时动作的的接点。

43

实验图11-1 Y—△降压起动控制线路

（1）控制回路接线：根据实验原理图确定好实验板上接触器的位置，然后至上而下按各支路接线。检查控制回路，注意各节点连线，尤其节点联线较多时点有否错漏。经自检，指导教师检查无误后送电试车，合上电源开关，操作起动按钮SB2，观察接触器是否按着KM1—KM2—KM3顺序动作，并观察调整时间继电器KT延时时间，如时间短可调整延时继电器，至确定时间。

（2）主电路接线：上述控制回路实验无误，然后联接主电路。

特别注意根据电动机铭牌上绕组编号正确联线，联接完毕，查主电路时，应注意电动机星形变换成三角形接法时，三相电源是否正确。

3.接通电源，准备实验。

（1）星形—三角形降压起动控制。

操作起动按钮SB2，观察电动机起动（Y—△自动变换），按停止按钮SB1，电动机停。线路工作正常时，重新起动电动机，并记录电动机星形—三角形降压起动过程换接时间＿＿＿＿＿＿＿＿秒。

若出现不正常现象（做好记录），立即断开电源，分析、排除故障重新送电实验。

（2）时间继电器延时调整。

断开电源，调整时间继电器，使延时时间变长，然后重新送电，起动电动机记录换接时间＿＿＿＿＿＿＿＿＿秒，停机。

4.实验结束，断开电源，拆线，整理电气设备等。

五 实验结果分析

1.分析三相鼠笼式异步电动机Y—△降压起动利用时间继电器自动控制工作原理。

2.总结实验中若时间继电器KT调整时间过短，会出现什么现象。 3.总结分析本次实验中出现的故障及排除方法。

六 思考题

1.时间继电器通电延时常开与常闭触头接错，电路工作状况怎样？若接线瞬时动作触头电路能否正常工作。

2.设计一个定子串电阻降压起动控制线路并说明其工作原理（按时间原则自动控制）。

3.实验电路中KM2接触器常闭触头是否可不用，用上了有何优点？

七 实验报告要求

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1.实验电路Y—△起动三相异步电动机的工作原理，此种控制控制何种型号，有何优缺点。

2.若在实验中发生故障，请画出产生故障错误接线图，并分析故障产生后果。 3.回答思考题3。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r6m8.html