电工技术电工学及电气设备实验指导主编：赵法起艺山东农业大学机械与电子工程学院生使用pdtacuorTneointH
1 电工技术 电工学及电气设备 实验指导 主编：赵法起 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
目录一、基本电工仪表的使用及测量误差的计二、叠加原理的验证.三、戴维南定理及实验电路的设计四、日光灯电路及功率因数的提高12五、三相负载星形连接··16六、三相负载三角形连接·:19七、变压器空载、短路实验-22八、三相异步电动机的起动实验261PDF文件使用"pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn
1 目 录 一、基本电工仪表的使用及测量误差的计算.１ 二、叠加原理的验证.５ 三、戴维南定理及实验电路的设计.8 四、日光灯电路及功率因数的提高.1 2 五、三相负载星形连接.16 六、三相负载三角形连接.19 七、变压器空载、短路实验.22 八、三相异步电动机的起动实验.26 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
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）熟悉常用基本电工仪表的使用与注意事项。（2）熟悉电压源、电流源的使用与注意事项。（3）掌握电压表、电流内电阻的测量方法。（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。RAIA2.用“分流法”测量电流表的内阻(A如图1-1所示。A为被测内阻(R)的直流电流RB表。测量时先断开开关S，调节电流源的输出电流IIs使A表指针满偏转。然后合上开关S，并保持I值不s变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针指在1/2Ri满偏转位置，此时有I=Is=/2..RA=RB//RI图1-1可调电流源R，为固定电阻器之值，R.可由电阻箱的刻度盘上读得。3.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。SRy测量时先将开关S团合，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RiRB断开开关S，调节RB使电压表V的指示值减半。此时有：Rv=RB+R电压表的灵敏度为：S=Rv/U（2/V）。式中U为电压表满偏时的电压值。图1-2可调稳压源4.仪表内阻引起的测量误差（通常称之为方法误差，而仪表本身结构引起的误差称为仪表基本误差）的计算。1PDF文件使用“pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn
1 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）熟悉常用基本电工仪表的使用与注意事项。 （2）熟悉电压源、电流源的使用与注意事项。 （3）掌握电压表、电流内电阻的测量方法。 （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 R1 为固定电阻器之值，RB 可由电阻箱的刻度盘上读 得。 3. 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 法误差， 而仪表本身结构引起的误差称为仪表基 本误差）的计算。 + _RA IA RB R1 I S + _ A S 图 1-1 可调电流源 V R RV B S R1 + + 图 1-2 可调稳压源 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
（1）以图1-3所示电路为例，Ri上的电压为R2Ri1U，若R,=R2，则UR1=UURI+2R+R2A现用一内阻为Ry的电压表来测量UR1值，当RyRR与R并联后，RAB以此来替代RRv+RiRvR1BRv+RU上式中的RI，则得UR1图1-3测试电路RvR;+R2R+RiRvR;Rv+RIR绝对误差为△U=URI-URI=U(RvRiR+R2+R,Ry+R,-R'RU化简后得AURv(R; +2R,R2+R)+R;R2(Ri+R2)U若R,=R,=Ry，则得△UT6U'RI-URi-U/6相对误差△U%X100%X100%=-33.3%URIU/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Is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R）接在电压表V（内阻为Ry）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<<Ry时，Ry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=100Q，Ry=20KQ。假定Rx的实际值为10KQ。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(KQ),相对误差为：（6.667-10）10×100=33.3(%)2PDF文件使用"pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn
2 （1）以图1-3 所示电路为例，R1上的电压为 R1 1 UR1＝─── U，若 R1＝R2，则 UR1＝─ U 。 R1＋R2 2 现用一内阻为 RV的电压表来测量 UR1值，当 RVR1 RV与 R1并联后，RAB＝───，以此来替代 RV＋R1 RVR1 ──── RV＋R1 上式中的 R1，则得 U'R1＝────── U RVR1 ───＋R2 RV＋R1 RVR1 ──── RV＋R1 R1 绝对误差为△U＝U'R1－UR1＝U(─────— － ────) RVR1 R1＋R2 ───＋R2 RV＋R1 －R 2 1R2U 化简后得 △U＝───────────────── RV(R2 1＋2R1R2＋R 2 2 )＋R1R2(R1＋R2) U 若 R1＝R2＝RV，则得△U ＝－─ 6 U'R1－UR1 -U/6 相对误差 △U％＝─────×100％＝──×100％＝－33.3% UR1 U/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 (%) R R A V B Rv U 2 1 图 1-3 测试电路 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn
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=201.98=10.1(KQ),相对误差为：（10.1一10）÷10×100=1（%）RARXPURxVR(a)(b)图1-4伏安法测量电阻三、实验设备序号名称型号与规格数量备注10~30V二路可调直流稳压电源21可调恒流源0~200mA31自备指针式万用表MF-47或其他14可调电阻箱0~9999.9QDGJ-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型或其他型号）直流电流0.5mA和5mA档量限的内阻。线路如图1-1所示。R.可选用DGJ-05中的电阻箱（下同）。R计算内阻RAS断开时的表S闭合时的表RB被测电流表量限(2)()读数（mA）读数（mA）(Q)0.5mA5 mA2.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RBRSS闭合时表读S断开时表读计算内阻Rv量限数(V)数(V)(KQ)(KQ)(α /v)(KQ)2.5V10V3PDF文件使用"pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn
3 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 (%) 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 可调恒流源 0~200mA 1 3 指针式万用表 MF-47 或其他 1 自备 4 可调电阻箱 0~9999.9Ω 1 DGJ-05 5 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 型或其他型号）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 断开时的表 读数（mA） S 闭合时的表 读数（mA） RB （Ω） R1 （Ω） 计算内阻 RA （Ω） 0.5 mA 5 mA 2. 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 闭合时表读 数（V） S 断开时表读 数（V） RB (KΩ) R1 (KΩ) 计算内阻 RV （KΩ） S (Ω/V) 2.5V 10V + - U R R R A + - V A V X + - U R R R + A - V A V X （a） (b) 图 1-4 伏安法测量电阻 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn