电工学-电工技术 实验指导书 电工电子实验教学中心 2018年8月
电工学-电工技术 实验指导书 电工电子实验教学中心 2018年8月
实验一 戴维南定理与诺顿定理 一、实验目的 (1)用实验来验证戴维南定理和诺顿定理 (2)学习常用直流仪器仪表的使用方法 二、内容说明 (1)任何一个线性网络，如果只研究其中一个支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作一个 含源一端口网络，而任何一个线性含源一端口网络对外部电路的作用，可用一个等效电压源来代替，该电 压源的电动势E、等于这个含源一端口网络的开路电压Uk,其等效内阻R,等于这个含源一端口网络中各电 源均为零时（电压源短接，电流源断开）无源一端口网络的入端电阻R,这个结论就是戴维南定理。 (2)如果用等效电流源来代替，其等效电流L,等于这个含源一端口网络的短路电流，其等效内电导 等于这个含源一端口网络各电源均为零时无源一端口网络的入端电导，这个结论就是诺顿定理。本实验用 图1所示线性网络来验证以上两个定理。 三、实验任务 (1)按图1接线，改变负载电阻R,分别测量出UAB和IR的数值，记于表1中。特别注意要测出R= ∞及R=0时的电压和电流值。 B 3009 I=15mA 1002 B 2002 3002 U=10V B 图1 表1 2
2 实验一 戴维南定理与诺顿定理 一、实验目的 （1）用实验来验证戴维南定理和诺顿定理 （2）学习常用直流仪器仪表的使用方法 二、内容说明 （1）任何一个线性网络，如果只研究其中一个支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作一个 含源一端口网络，而任何一个线性含源一端口网络对外部电路的作用，可用一个等效电压源来代替，该电 压源的电动势 Es等于这个含源一端口网络的开路电压 UK，其等效内阻 Rs 等于这个含源一端口网络中各电 源均为零时（电压源短接，电流源断开）无源一端口网络的入端电阻 R，这个结论就是戴维南定理。 （2）如果用等效电流源来代替，其等效电流 Is 等于这个含源一端口网络的短路电流 Id，其等效内电导 等于这个含源一端口网络各电源均为零时无源一端口网络的入端电导，这个结论就是诺顿定理。本实验用 图 1 所示线性网络来验证以上两个定理。 三、实验任务 （1）按图 1 接线，改变负载电阻 R，分别测量出 UAB和 IR 的数值，记于表 1 中。特别注意要测出 R= ∞及 R=0 时的电压和电流值。 B A 300Ω + R + I=15mA - ES UAB - RS 100Ω A IR B 200Ω 300Ω A - + IS GS UAB U=10V B 图 1 表 1
R(2) 0 100 300 U (V) Ig(mA) (2)测量无源一端口网络的入端电阻 将电流源去掉（开路），电压源去掉，然后用一根导线代替它（短路），再将负载电阻开路，用伏安法 或直接用万用表电阻档测量AB两点间的电阻RAB,该电阻即为网络的入瑞电阻。 (3)调节电阻箱的电阻，使其等于RB,然后将稳压电源输出电压调到Uk(步骤1时所得的开路电 压)与RAB串联如图(b)所示，重复测量UAB和IR的数值记于表2中，并与步骤1所测得的数值进行比 较，验证戴维南定理。 表2 R(Ω) 0 100 300 Qo UAB (V) IR(mA) (4)验证诺顿定理 用一电流源，其大小为实验步骤1中R短路时的电流与一等效电阻Rs并联后组成的实际电流源，接 上负载电阻，重复步骤1的测量将数据记于表3中。与步骤1所测得的数值进行比较，是否符合诺顿定理。 表3 R() 0 100 300 Uxa (V) IR(mA) 四、实验报告 (1)根据实验测得的Ua及I数据，分别绘出曲线，验证它们的等效性，并分析误差产生的原因。 (2)根据步骤1所测得的开路电压k和短路电流I,计算有源二端网络的等效内阻，与理论计算的Rs 进行比较
3 RL（Ω） 0 100 300 ∞ UAB（V） IR（mA） （2）测量无源一端口网络的入端电阻 将电流源去掉（开路），电压源去掉，然后用一根导线代替它（短路），再将负载电阻开路，用伏安法 或直接用万用表电阻档测量 AB 两点间的电阻 RAB，该电阻即为网络的入端电阻。 （3）调节电阻箱的电阻，使其等于 RAB，然后将稳压电源输出电压调到 UK（步骤 1 时所得的开路电 压）与 RAB串联如图（b）所示，重复测量 UAB和 IR 的数值记于表 2 中，并与步骤 1 所测得的数值进行比 较，验证戴维南定理。 表 2 R（Ω） 0 100 300 ∞ UAB（V） IR（mA） （4）验证诺顿定理 用一电流源，其大小为实验步骤 1 中 R 短路时的电流与一等效电阻 RS并联后组成的实际电流源，接 上负载电阻，重复步骤 1 的测量将数据记于表 3 中。与步骤 1 所测得的数值进行比较，是否符合诺顿定理。 表 3 RL（Ω） 0 100 300 ∞ UAB（V） IR（mA） 四、实验报告 （1）根据实验测得的 UAB及 IR数据，分别绘出曲线，验证它们的等效性，并分析误差产生的原因。 （2）根据步骤 1 所测得的开路电压 UK和短路电流 Id,计算有源二端网络的等效内阻，与理论计算的 RAB 进行比较
实验二 日光灯电路及功率因数提高方法的研究 一、实验目的 (1)熟悉日光灯的接线，做到能正确迅速联接电路 (2)通过实验了解功率因数提高的意义 (3)学习功率表的使用 二、内容说明 日光灯由灯管A,镇流器L(带铁芯电感线圈)，启动器S组成。当接通电源后，启动器内发生辉光放 电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使它发射电子，启动器接通后辉光放电停止，双金属片冷 却，又把触点断开，这时镇流器感应出高电压加在灯管两端使日光灯管放电，产生大量紫外线，灯管内壁 的荧光粉吸收后幅射出可见的光，日光灯就开始正常工作。启动器相当一只自动开关，能自动接通电路（加 热灯丝)和开断电路（使镇流器产生高压，将灯管击穿放电）镇流器的作用除了感应高压使灯管放电外， 在日光灯正常工作时，起限制电流的作用，镇流器的名称也由此而来，由于电路中串联着镇流器，它是一 个电感量较大的线圈，因而整个电路的功率因数不高。 负载功率因数过低，一方面没有充分利用电源容量，另一方面又在输电电路中增加损耗，为了提高功 率因数，一般最常用的方法是在负载两端并联一个补偿电容器，抵消负载电流的一部分无功分量。在日光 灯接电源两端并联一个可变电容器，当电容器的容量逐渐增加时，电容支路电流L。也随之增大，因【超前 电压U90°，可以抵消电流I:的一部分无功分量I,结果总电流I逐渐减小，但如果电容器C增加过多（过 补偿)。Ics>I总电流又将增大(I>I2)。 四、实验任务 首先设计一个电路，能提高日光灯电路的功率因数，并研究提高电路功率因数的方法，并用仿真软件 进行仿真，电路正常运行后，按下述步骤进行： (1)将日光灯及可变电容箱元件按参考的实验图1所示电路连接。在各支路串联接入电流表插座
4 实验二 日光灯电路及功率因数提高方法的研究 一、实验目的 （1）熟悉日光灯的接线，做到能正确迅速联接电路 （2）通过实验了解功率因数提高的意义 （3）学习功率表的使用 二、内容说明 日光灯由灯管 A，镇流器 L（带铁芯电感线圈），启动器 S 组成。当接通电源后，启动器内发生辉光放 电，双金属片受热弯曲，触点接通，将灯丝预热使它发射电子，启动器接通后辉光放电停止，双金属片冷 却，又把触点断开，这时镇流器感应出高电压加在灯管两端使日光灯管放电，产生大量紫外线，灯管内壁 的荧光粉吸收后幅射出可见的光，日光灯就开始正常工作。启动器相当一只自动开关，能自动接通电路（加 热灯丝）和开断电路（使镇流器产生高压，将灯管击穿放电）镇流器的作用除了感应高压使灯管放电外， 在日光灯正常工作时，起限制电流的作用，镇流器的名称也由此而来，由于电路中串联着镇流器，它是一 个电感量较大的线圈，因而整个电路的功率因数不高。 负载功率因数过低，一方面没有充分利用电源容量，另一方面又在输电电路中增加损耗，为了提高功 率因数，一般最常用的方法是在负载两端并联一个补偿电容器，抵消负载电流的一部分无功分量。在日光 灯接电源两端并联一个可变电容器，当电容器的容量逐渐增加时，电容支路电流 Ic 也随之增大，因 Ic 超前 电压 U90°，可以抵消电流 IG的一部分无功分量 IGL，结果总电流 I 逐渐减小，但如果电容器 C 增加过多（过 补偿）。ICS＞ICL总电流又将增大（I3＞I2）。 四、实验任务 首先设计一个电路，能提高日光灯电路的功率因数，并研究提高电路功率因数的方法，并用仿真软件 进行仿真，电路正常运行后，按下述步骤进行： （1）将日光灯及可变电容箱元件按参考的实验图 1 所示电路连接。在各支路串联接入电流表插座
再将功率表接入线路，按图接线并经检查后，接通电源，电压增加至220V. 220v A 图1 (2)改变可变电容箱的电容值，先使C=0,测日光灯单元（灯管、镇流器）二端的电压及电源电压， 读取此时灯管电流I6及功率表读数P。 (3)逐渐增加电容C的数值，测量各支路的电流和总电流。电容值不要超过6μF,否则电容电流过 大。 (4)绘出I=f(c)的曲线，分析讨论。 五、实验结果 电容 总电压U UL UA 总电流 IG 功率P COSΦ (μF) (V) (V) (V) I (mA) (mA) (mA (W) 0 1 2 4 6 六、实验报告 绘出总电流=f(C)曲线，COSΦ=f(c)曲线，并分析讨论提高日光灯电路功率因数的方法
5 再将功率表接入线路，按图接线并经检查后，接通电源，电压增加至 220V. * w UL IG * A L IC S 220v C UA A 图 1 （2）改变可变电容箱的电容值，先使 C=0，测日光灯单元（灯管、镇流器）二端的电压及电源电压， 读取此时灯管电流 IG及功率表读数 P。 （3）逐渐增加电容 C 的数值，测量各支路的电流和总电流。电容值不要超过 6μF，否则电容电流过 大。 （4）绘出 I=f（c）的曲线，分析讨论。 五、实验结果 电容 （μF） 总电压 U （V） UL （V） UA （V） 总电流 I（mA） IC (mA) IG (mA 功率 P （W） COSΦ 0 1 2 4 6 六、实验报告 绘出总电流 I=f（C）曲线，COSΦ=f（c）曲线，并分析讨论提高日光灯电路功率因数的方法