电工技术实验辅导.ppt
2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,1,电工技术实验辅导（工程训练）,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,2,目录,电工实验部分实验设备图片直流电路测试与研究单相交流电路测试与研究 三相交流电路测试与研究 电路故障及其检测方法,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,3,电工实验部分实验设备图片,通用综合设计实验板,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,4,双指针交流毫伏表,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,5,双踪示波器,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,6,多路直流电源,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,7,函数信号发生器,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,8,万用表,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,9,电工电子综合实验台（前面板）,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,10,电工技术实验（工程训练）辅导之二,直流电路测试与研究,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,11,一、实验目的1.学习运用电工仪表对线性、非线元件进行伏安特性测试，掌握常用直流仪器仪表的使用和误差分析方法。2.学习验证电路原理与定理方法。3.学习初步设计验证性实验的方法。4.学习实用电阻网络设计与实现。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,12,二、原理说明1、伏安特性 测量（电阻）元件两端的电压u及通过该元件的电流i，在ui坐标平面上表示两者关系的图形，所得之曲线称为伏安特性。线性电阻元件的伏安特性为一条通过原点的直线，非线性电阻元件的伏安特性为一条曲线用电压表，电流表来测定独立电源和电阻元件的伏安特性，称伏安测量法（伏安表法）。此法原理简单，测量方便。由于仪表的内阻会影响测量的结果，因此，必须注意仪表的合理接法。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,13,2、头灵敏度和表头内阻 万用表是一种最常用的测量仪器。它分表头和测量电路两部分。用途是测量电压、电流和电阻。指针式万用表表头的主要参数是灵敏度ID和电阻RD。表头灵敏度是用表头指针偏转到满度所需要的电流值来表示。满度电流值越小则表头的灵敏度越高。常用的万用表表头的灵敏度为4060。另一种表达方法是用满度电流值的倒数表示，即，表头灵敏度=1/满度偏转的电流值()。若表头灵敏度为50的表头，也可写成20。这种标法常用于电压表。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,14,各种指针式电表（电流表、电压表等）表头内阻，因表头的线圈是用漆包铜线绕制的，铜线的直流电阻即为表头的内阻。表头的内阻一般在十几欧至几千欧范围内。在测量表头内阻时应注意不要使流过表头的电流超过满度电流值，否用表头就会由于偏转太大而损坏，因此最好不要用万用表的欧姆挡直接去测量表头内阻。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,15,3、叠加定理：在线性电路中，任一支路电流（或电压）都是电路中每一个独立源单独作用时，在该支路中产生的电流（或电压）的代数和。（图2-1）。,图2-1,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,16,当某一独立源单独作用时，其他独立源应为零值，独立电压源用短路线替换；独立电流源用开路替换。对实际电源的内阻（或内电导）必须保留在原电路中。在线性电路中，功率是电压或电流的二次函数，所以，叠加定理不适用于功率分析与计算。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,17,4、戴维南定理：任何一个线性有源二端（即一端口）网络，对外部电路而言。总可以用一个理想电压源和电阻串联的有源支路来代替。如图2-2，其理想电压源的电压等于原网络端口的开路电压Uoc，其电阻等于原网络中所有独立电源为零值时的入端等效电阻Ri。,图2-2,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,18,应用戴维南定理时，被变换的一端口网络必须是线性的，可以包括独立电源或受控电源，但是与外部电路之间除直接相联系外，不允许存在任何耦合，例如通过受控电源的耦合或者是互感的耦合等。外部电路可以是线性非线性或时变元件，也可以是由它们组合成的网络。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,19,5、对于已知的线性有源一端口网络，其入端等效电阻Ri可以从原网络计算得出，也可以通过实验手段测出。下面介绍几种测量方法：（1）由戴维南定理可知：因此，只要测出有源一端口网络的开路电压Uoc和短路电流Isc，Ri就可得出，这种方法最简便，但是，对于不允许将外部电路直接短路的网络（例如有可能因短路电流过大而损坏网络内部的器件时），不能采用此法。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,20,（2）测出有源一端口网络的开路电压Uoc以后，在端口处接一负载电阻RL，然后再测出负载电阻的端电压URL。因则入端等效电阻为：,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,21,（3）把有源一端口网络中的独立电源置零，然后在端口处加一给定电压u，测得流入端口的电流i，则 Ri=,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,22,6、补偿法测量开路电压UOC。该法测量精度较高，因为测量输出电压时，有源一端口网络输出电流可以做到为零。测量线路如图2-3所示，通过调整R2或U2使电流表的读数为零，此时测得电压表的读数即为UOC。,图2-3,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,23,三、实验任务 1、测定线性电阻的伏安特性，并研究表计内阻对测量精度的影响。实验电路图有两种接法，如图2-4（a）、（b）。,图2-4（a）、（b）,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,24,2、测定非线性电阻元件的伏安特性 实验选取用单导体二极管（2CP或2CW型）作为被测元件，实验线路如图2-5（a）、（b）。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,25,3、表头灵敏度与内阻的测定 表头灵敏度可通过实验图2-6电路进行测量。调节电位器R使被测表指示到满刻度，因为串联电路中电流处处相等。所以标准电流表的读数即被测表头的灵敏度ID。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,26,测量表头内阻电路如图2-7。该电路不易损坏表头。而且测量结果比较准确。测量时先断开开关K，调节R1使指针达到满度，然后闭合K，调节R2使表头指针回到满刻度值的一半。由并联电路和特性可知，R2的数值即表头内阻RD。采用这种方法应满足R1RD，而且R1越大。Us越高，测量结果将越准确。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,27,4、叠加定理的验证 试自拟方法、记录表格5、有源一端口网络实验（1）伏安特性及最大功率输出条件（2）用原理说明中3、4项的测量方法测量图3-5所示被测有源一端口网络的开路电压和等效电阻。试自拟方法、记录表格6、有源一端口网络的等效电压源验证戴维南定理 试自拟方法、记录表格,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,28,拓展实验：常用直流电工实验仪器仪表的选择；常用直流电工实验仪器仪表测试技能综合；实用电阻网络设计与实现。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,29,开放的实验平台欢迎你！,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,30,电工技术实验（工程训练）辅导之四,单相交流电路测试与研究,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,31,一、实验目的,1、学习交流电工仪器仪表的使用方法，学习用三表法测量交流电路参数及电路元件等效参数。2、实验体会正弦交流电路中电流电压之间的相量关系和改善电路功率因数的方法。3、实验研究交流电路中耦合线圈的互感作用，用实验方法确定同名端，测定耦合线圈的互感系数，研究互感对入端阻抗的影响。4、学习简单实用电路设计。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,32,二、原理说明,1、日光灯电路的等效电路 日光灯电路是由日光灯管，镇流器，启辉器连接组成。其中灯管相当于纯电阻性负载（实际旧有少量电感的）。镇流器可用内阻r和电感L来代之，所以，日光灯电路的等效电路如图4-1所示，电路性质属感性负载。,图4-1,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,33,2、提高提高因数 通常是在负载端并联电容器，来达到提高功率因数的目的。这样以流过电容器中的容性电流补偿原负载中的感性电流，虽然此时负载消耗的有功功率不变，但随着负载端功率因数的提高，线路上的总电流减少，从而降低了输电损耗，提高了电源设备的利用率。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,34,3、功率表的使用 量程选择，一定要使功率表的电压线圈的量程大于被测元件上的电压，电流线圈的最程大于被测元件所流过的电流，在测量中，电压和电流是否超出了各自的量程，从功率表的读数中是看不出来的，因而要用电压表和电流表来进行监视。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,35,接线方法：功率表的电压圈一定要与被测元件并联，电流线圈一定要与被测元件串联，一定要注意星号端钮的接法，不能接错。（见图4-2）,图4-2,读数（瓦特）=指针偏转格数,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,36,三、实验任务 日光灯电路连接如图4-3所示，图中a1X1、a2X2、a3X3、a4X4，为四个接有电流插座的短接线，用来测量实验电路中电流。,图4-3,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,37,功率表和电流表的接线如图4-4所示。按图接线，合上闸开关，接通电源，点燃日光灯。,图4-4,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,38,测量在不同电容值（C=0、1、2、4、5F）时，灯管电压，镇流器电压，电源电压和灯电流，总电流，电容器上电流及灯管功率，镇流器的功率，电容器的功率，总电源的功率，自拟表格。测量镇流器的直流电阻。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,39,四、报告要求1、列表表明在不同电容值时，各项电压、电流及 消耗有功功率的数据。2、计算各电容时时功率因数，cos。3、由实验结果计算镇流器的等值参数。（,）。4、计算获得功率因数最佳补偿（cos）时的 电容时。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,40,拓展实验：,实验研究交流电路中耦合线圈的互感作用；常用交流电工实验仪器仪表测试技能综合；简单实用交流电路设计。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,41,电工技术实验（工程训练）辅导之六,三相交流电路测试与研究,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,42,一、实验目的 1、学习用二瓦法、三瓦法测量三相交流电路的总功率，巩固电压、电流表的使用方法、实验体会电流电压线、相关系。实验研究对称三相交流电路。2、实验研究不对称三相交流电路电压、电流的相量关系及中线的作用。3、实验研究三相负载为复阻抗的交流电路。4、简单实用三相交流电路设计。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,43,二、原理说明,1、三相电路中，电源和负载有对称和不对称两种情况。负载的联接方式有星形联接和三角形联接，星形联接时根据需要可以采用三相三线制或三相四线制供电，三角形联接时只能采用三相三线制供电，本实验研究三相电源对称，负载作星形，三角形联接时对称和不对称的电路。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,44,2、星形联接的对称三相负载电路，接通对称的三相交流电源时，U1=，I1=Ip，且，即中线电流等于零，当三相负载不对称而有中线时，中线电流虽不等于零，但U1=。对于三角形联接的负载，不论三相负载是否对称，接通对称的三相交流电源时U1=Up，只有在三相负载对称时，I1=IP。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,45,3、对称的三相负载电路，不论是星形或是三角形联接，三相电路的总有功功率P=3Pp=3Up；Ipcos=U1I1cos其中Pp为其中一相电路的功率。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,46,三相四线制电路中负载消耗的总功率P需用单相功率表分别测出A、B、C各相负载的功率，然后相加，即P=PA+PB+PC。式中PA、PB、PC分别为A、B、C相负载消耗的功率。若三相负载对称，则每相负载消耗的功率相同，这时只需要一只功率表测量任一相功率，将其读数乘以3，即为三相电路的总功率。接法见图6-1。,图 6-1,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,47,三相三线制电路中，通常用两只功率表测量三相电路功率，此法称二瓦计法，如图6-2所示，三相负载所谓消耗的总功率P为两只功率表读数的代数和。P=P1+P2=UACIAcos 1+UBCIBcos 2=PA+PB+PC 式中P1和P2分别为两只功率表的读数。,图 6-2,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,48,4、用二瓦计法测量三相电路功率时，应注意下列问题：（1）二瓦计法只适用于对称或不对称的三相三线制电路，而对于三相四线制电路是不适用的。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,49,（2）在对称三相电路中，两只功率表的读数与负载阻抗角之间有如下关系：负载阻抗角=0（即cos=1），负载为纯电阻时，两只功率表的读数相等。负载阻抗角 60（即cos 0.5）时，两只功率表的读数均为正。负载阻抗角=60（即cos=0.5）时，某一只功率表的读数为零。负载阻抗角 60（即cos 0.5时，某一只功率表的读数为负。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,50,（3）在对称三相电路中，可以用二瓦计法测得的读数P1和P2来求出负载的无功功率Q和负载的功率因数角，其关系式为：,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,51,对称三相电路中的无功功率还可以用一只功率表示来测量。将功率表的电流线圈串接任一相火线，而电压线圈跨接到另外两相火线之间（见图6-3）则有Q=PQ，式中PQ是功率表的读数，当负载为感性时，功率表正向偏转，负载为容性时，功率表反向偏转（读数取负值）。,图63,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,52,三、实验任务1、负载星形连接：电路如图6-4所示，平衡负载：每相3只220V15W灯泡。不平衡负载：RA（A相）为3只；RB（B相）为2只；RC（C相）为1只。,图64,分别测量负载对称、不对称及有、无中线情况下的各相相电流、电压、功率，测量各相线电流、电压，观察各相灯泡的明暗情况记入自拟表中。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,53,2、负载三角形连接：电路如图6-5所示同上，分别测量负载对称、不对称及有、无中线情况下的各相相电流、电压、功率，测量各相线电流、电压，观察各相灯泡的明暗情况记入自拟表中。,图65,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,54,拓展实验：,实验研究三相负载为复阻抗的交流电路；对称三相负载的功率（无功功率、功率因数等）测试方法扩展研究；简单实用三相交流电路设计。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,55,开放的实验平台欢迎你！,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,56,电工技术实验（工程训练）辅导之八电路故障及其检测方法,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,57,电路丧失设计规定功能的现象，称为电路故障。各种各样的电路故障时有发生。当电路发生故障时，电路性能变坏，对其测试结果不正确，甚至无法测试、电路损坏。因此遇到电路发生故障，必须根据观察到的现象，分析产生故障的原因，查出故障点，并将故障排除，使电路恢复正常工作。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,58,一、电路故障的类型及其产生的原因1开路故障当电路中没有电压、没有电源、测试仪表指针不偏转、示波器无波形显示等现象时，电路发生了开路故障。产生这类故障的原因可能是：焊点为虚焊，接线松动，接触不良，引线或导线接头折断，电源保险丝熔断或电路中元器件损坏等。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,59,2短路故障电路发生短路故障时，电路中电流剧增，仪表指针急速偏转而打弯，保险丝熔断，并常伴有冒烟、烧焦气味、有响声、发热等现象。严重的会损坏电路元器件或仪器、设备，这类故障属于破坏性故障。产生原因可能有：线路裸露部分相碰、焊点相互靠得太近所而造成短路、接线错误、或有过电压、过电流破坏了绝缘等等。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,60,开路故障和短路故障发生后，若不消除产生故障的原因，则故障永久存在，电路不能工作，所以它们是永久性故障。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,61,3软故障与硬故障是介于前二类故障之间的一类故障，由于电路元器件不稳定，如元器件质量差，或使用年长日久、或工作环境恶劣造成元器件老化性能变坏，使电路逐渐偏离原有的性能指标，测试时，测试数据与理论值相关甚远，这类故障称为软故障。由于这类故障不致于一时使电路元器件、仪器与设备损坏，又把这类故障称为非破坏性故障。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,62,但是，当渐变到一定程度，元器件参数突然发生很大变化，致使电路出现开路或短路故障时，电路就无法工作。相对故障而言，将这类故障称为硬故障。可见，情况不严重的故障，若不及时处理，会转化为更严重的故障。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,63,4间歇故障由于元器件参数不稳定，电路有接触不良，或电源电压不稳定，使电路有时能正常工作，有时又不能正常工作，这类故障称间歇故障。一般开路故障、短路故障这类永久性故障比间歇故障容易检测，硬故障比软故障容易检测。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,64,另外，在调整、测试工作，往往需要外接一些测试仪器、设备，如电工仪表、直流稳压电源、信号发生器、毫伏表、示波器等，经常会由于测试仪器或设备连接有误、或测试条件不当、或仪器使用不得法等原因而出现故障、特别对于初学者，经常会发生由这些原因产生的故障。这类故障不是电路本身的故障，而是由于外接测试线中的故障使电路无法正常工作，甚至损坏测试仪器、设备。反过来，电路本身的故障造成测试仪器、设备损坏的现象也可能发生。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,65,二、电路故障的检测与排除当电路发生故障时，既不要惊慌失措、手忙脚乱，也不要置于之理、勉强继续进行实验。而要冷静地去检查电路，从故障现象分析产生故障的原因，确定故障的部位，找出故障点，进而排除故障，使电路恢复正常工作。要迅速地检测出电路故障并排除，既要有一定的理论知识，更需要有丰富的实验经验；既需要有踏实细致的工作作风，又需要有克服困难的精神。对初学者，应注意边实践，边总结，不断积累经验。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,66,故障检测的方法很多，一般有以下几种：1断电检测法对于破坏性故障或电路工作电压较高，不宜在排除故障之前再通电，检测故障只能在断电的情况下进行。检测的方法是：首先要检查电路连接有无错误，若无错误，再用万用表欧姆档逐个测试各元器件是否损坏，插件或接头是否接触不良、是否有断线或相碰而短路等情况，电路中该导通处，用万用表欧姆档测得电阻应很小，该开路处测得电阻应很大，否则，此处有故障。这就是断电源阻的方法检测故障。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,67,另一种是断电观察法，当电路发生故障时，先观察有无电路元器件损坏，如电阻或变压器烧坏、电容器炸裂、电表卡针、电路断线等。通过断电观察往往能很快发现问题，及时排除故障。但是，当发生破坏性故障时，不能单纯更换了已损坏的元器件就算排除故障了，还要用万用表欧姆档对电路其它部位进行检测，把因某部位的故障而引发的其它部位的故障彻底排除，才能再次通电。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,68,2电压-电流检查法电路有故障往往会引起电源电压、电流、各节点电压、各支路电流或元器件工作电压、电流偏离正常值，根据数值偏离的程度可以检测出故障点。通常要计算或估算出某节点、某支路的电压也电流的正常值，以便与检测结果进行比较。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,69,例如，从测量电压来检测故障，一般的做法是：当电路接入电源后，用万用表电压档（直流或交流）测量电源是否有电压，若电源电压有显著下降，则说明电路中存在着短路故障。若电源电压正常，则沿电路顺序向后检测各节点，各支路，或各元器件是否有正常电压，这样可以逐步缩小故障出现的范围，最后确定故障点。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,70,对于一些有源器件（如运算放大器等），当检测它的电源端电压属正常时，还要进一步检测其电流，以确定是否有断路。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,71,3信号寻迹法这也是一种通电检查的方法。用适当的频率与振幅的信号源，作为输入信号，加到被检测电路的输入端，然后用一台示波器或毫伏表，从信号输入端开始，逐一观测各元器件、各支路是否有正常的波形与振幅，从观测信号波形的情况，判断故障部位。显然，这种方法需要有信号发生器，示波器或毫伏表。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,72,在实际检测故障时，应针对故障类型和电路结构的情况及可能的条件，选择适当的检测方法。通常还往往要几种检测方法结合运用。检测故障时，一般可从观察到的故障部位直接检测，而在故障原因与部位不易确定时，可按下原则与步骤进行：,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,73,1首先应检查电路连接是否有错误，属于能通电检测的，可通电检测。通电后，应仔细观察电路与仪器、设备的工作状态是否正常。应注意电路与仪器设备有无异常现象，如烧焦气味、冒烟、响声、发热等。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,74,2若发现破坏性故障，应迅速观察故障现象，并立即切断电源。对故障现象的观察要迅速、仔细、抓住故障现象的主要特征，以便给分析故障时提供准确信息。为了避免某些故障进一步恶化而造成更大损失，应立即切断电源。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,75,3若发现的是非破坏性故障，根据故障现象，应用理论知识和实际经验来分析产生故障的可能原因，并通过检测来验证分析是否正确。检测步骤如下：将电路接通电源，顺序检测电路各部位（从电源进线、熔断器、闸刀开关至电路输入端，先主电路，后副电路，依次检测各部位）有无电压、电压值是否正常。同时检查主、副电路中元器件，仪器仪表、开关连接导线是否完好，接触是否良好、检测仪器的供电系统，输入、输出调节、显示及探头、接地点等是否正常。这样有序地检测，有利于迅速发现故障点。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,76,4排除故障找到故障的真正原因及故障点后，及时排除故障、如更换元器件，或消除接触不良、断线、接错、碰线等隐患。故障排除后，电路要工作一段时间，并对电路进行测试，检测故障是否真正已排除，电路各项指标是否达到正常。每排除一次故障，都应记录总结，以便积累经验，从实践中培养检测故障和排除故障的能力，也是培养实际工作的能力。,2023/9/27,河海大学电工电子实验教学示范中心,77,开放的实验平台欢迎你！,
