电工技术实验指导书

电工技术课程配套教辅材料电工技术实验指导书吴成康 王健 朱义强 编写阜阳师范学院物理系2004年2月目 录第一部分 基础知识1、电工学实验室安全知识12、电工学实验概述23、电工测量8第二部分 基础实验1、实验一 交流电路参数测定实验 182、实验二 改善功率因数实验 223、实验三 三相电路及功率的测量 274、实验四 单相变压器实验 345、实验五 三相异步电动机的使用和起动 416、实验六 异步电动机继电一一接触控制的基本电路实验 497、实验七 三相异步电动机Y一起动实验 57第三部分 设计实验8、实验八 交替工作控制电路的设计与组装639、实验九 “水塔”（水箱）自动抽水电路设计与组装642电工学实验室安全用电知识电工学实验一般都是用市电进行，若作用于人体就可以引起生命危险，所以安全用电是实验中始终都要注意的大问题，千万不可麻痹大意。1、接线、拆线或改接线路时，均应先切断电路，接线时应最后连接电源线，拆线时应最先拆除电源线、所有接线均要牢固，以防碰线、掉线、短接、断线等。2、要正确选用保险丝，不能随便用粗保险丝或导线代替。3、接通电路应在指导教师检查线路后进行，改接电路也要经教师检查。4、接通电源应通知全组同学，以防不注意而触电。5、当接通电源后，以及在整个实验过程中，应注意仪表及机器有无异常现象发生，如电表指针指示是否正常，有无反转或超满刻度等；变压器有无过热、发臭、电机转速是否过高，有无怪声音或冒火花等现象，如有异常现象应立即断电检查原因。6、接通电源后，应养成单手操作的习惯，能用单手操作的尽量不用双手操作，不要用手去接触电路中不绝缘导线或接触点。7、保持身体不与旋转部位接触、禁止用手或脚使电动机制动，测量转速时应格外小心。8、万一发生任何事故，应立即迅速断开本组电源开关及实验室电源总开关压下，实验台上红色“急停”按钮。正常情况下不要压此按钮，以免影响正常实验。电工学实验概述一、实验前的准备工作1、认真预习实验指导书及教材中的有关部分，通过预习，充分了解本次实验的目的、原理、步骤和仪器的使用方法，并将实验目的、基本原理、实验电路、填写实验数据的表格认真写画在实验预习报告上。2、进入实验室后，要熟悉TS-B型通用电工实验台的结构及电源配备情况，选中本实验所用电源及接通电源时各开关动作顺序。按指导书所列仪器清单，挑选所用实验电路板及测量仪表单元板并将它们安放在实验框架便于接线的位置上；检查所用其他仪器设备是否齐全和符合实验要求。二、根据实验电路图，联接实验电路1、导线的长短和两端接头种类的选择要合适，联接导线应尽可能少用，并力求简捷、清楚，尽量避免导线间的交叉。接头要插紧，每个接线柱上最好不要多于二个插头。图0-1画出了实验电路图及两种不同的接线方法，显然0-1（c）接线方法较好。(a) 电路图 (b) 布线不好 (c) 布线较好图0-1 两种接线方式的比较2、一般应先接串联电路，后接并联回路；或先接主电路，后接辅助电路，最后接通电源电路。3、任何负载应先经过开关和保险丝才能和电源联接，并根据负载电流的大小选择保险丝。4、线路接好后，先由同组同学做好复查工作，再经教师检查，方可接通电源。5、实验过程中，如需改变接线，必须先切断电源，待改完线路并再次进行检查后，方可接通电源继续进行实验。6、为避免电路过渡冲击电流表和功率表电流线圈而损坏仪表，一般电流表和功率表电流线圈并不接死在电路中，而是通过电流测量插口来代替它。这样既可以保护仪表不受意外损坏，又可以提高仪表的利用率。电流测量的插口是专门为电流表方便地串入电路而设计的。插口两极是用弹性铜片制成，平时两极是闭合的；测量插头是由互相绝缘的双面复铜板制成，焊接在两面的二根引线接电流表。当将电流表插头插入插口时，插头的绝缘层将电路切断，又通过电流表将电路接通，从而达到测量电路电流的目的。当将插头拔出插口时，电路又自动闭合。测量原理如图0-2所示。（a）插口 （b）测量电流图0-2 电流测量插口三、数据的观测与记录观测并记录实验中的现象和数据是实验过程中最主要的步骤，必须认真仔细地进行。1、测量数据前的试做检查为保证实验结果的正确，接通电路以后，不要忙于马上测量数据，而要先大致试做一遍，主要观察各被测量的变化情况和出现的现象是否与理论预料结果相符，如果出现非正常情况，应及时找出原因进行处理。试做过程还可以发现仪表种类的量程选择是否合适，设备的放置及操作是否方便等。若有问题都应在正式实验之前解决。2、数据的测量与记录。试做无问题就可以读取数据，如果要测某一变化曲线，测量点的数目和间隔应选得合适。被测量的最大值或最小值相应的点一定要测出；在变化曲线的较弯曲处，测量点应选得密一些，变化曲线较平滑处，测量点可取得稀一些，测量点要分布在所研究的整个范围内，不要仅局限于某一小部分。测量点的选择，在试做时就要给予考虑。图0-3是合理选择测量点的一个例子。图0-3 测量点的选择fI0利用指针式仪表测量数据时，目光应正对仪表（对有反射镜的仪表，在看到指针与它在镜中的影像重合时方可读数）。一般指针式仪表可读出三位有效数字，末位数字根据指针在小格中的位置来估计。实验数据应记在事先列好的数据表格中，一定要注明被测量的名称、单位。保持定值的量可单独记录。四、安全用电1、实验中应严肃、认真、细心地进行测试，因电压一般在220380伏左右，所以不得用手触及未经绝缘的电源或电路中的裸露部分。在接线、拆线和改接线路时均应切断电源。2、闭合或断开闸刀开关时应迅速果断，同时用目光监视仪表和电机设备有无异常现象。例如，有无指针反偏或超量程现象；有无发热、冒烟、电机转速过高现象。如果有这些现象应立即切断电源，停止实验，并进行检查。3、电源接通后，应培养单手操作习惯，能用单手操作的尽量不用双手操作，以防双手触及线电压电路。4、万一出现某种事故，应迅速切断电源。本实验台上有一桔红色：“急停”按钮，按下此钮将会迅速切断电源（在正常情况下不要随便动此按钮，以免影响实验的正常进行）。五、实验总结与报告1、实验后，应先核对实验数据是否齐全、合理，并经教师审核，以便在电路拆除前有核对和重新测量的机会。拆除线路前应首先切断所有电源，然后逐一拆除线路，并将仪器、工具、导线放置整齐。2、实验报告的内容应包括：（1）实验目的与要求。（2）实验原理（主要画出实验电路及写出计算公式）。（3）整理实验数据，计算实验结果及绘制特性曲线。实验曲线应绘制在坐标纸上，并标明坐标所代表的物理量、单位。绘制曲线时，应用光滑细线条连接，不用曲折线连接，不要强求曲线通过所有实验数据点。图0-4给出了二种绘制实验曲线的方法，其中图0-4（a）的绘制方法是正确的。（4）回答实验指导书中提出的问题；总结实验中的心得体会和对实验的改进意见。3、实验报告与上述要求相差较大时，指导教师可退还学生，并指定学生重做。实验报告应在做下一个实验前交给指导教师批阅，逾期不交者应停止参加下一个实验。（a） （b）图0-4 实验曲线的绘图六、关于有效数字及实验数据的运算处理在许多情况下，测量仪表的指示位置不一定恰好与表盘刻度线相符合，这就需要用估计法来读取最后一位数，这个估计出来的数字称为存疑数字（或欠准数字），超过一位存疑数字的估计是没有意义的。存疑数字前面的几位数字称为可靠数字。可靠数字加上末位的存疑数字称为有效数字。在记录有效数字时应注意以下几点：1、有效数字的位数与小数点无关。例如1326与13.26都是四位有效数字。2、“0”在数字之间或数字之末,均算作有效数字,在数字之前不算是有效数字。例如1.05、4.50都是三位有效数字，而0.45、0.015只是二位有效数字。还要注意3.5和3.50的意义是不同的，前者中的“3”是可靠数字，“5”是存疑数字；后者“3”和“5”均是可靠数字，“0”是存疑数字。故3.50中的“0”是不能省略的。3、对于较大的数，有效数字的记法采用指数形式，以10的方次前面的数字代表有效数字。例如：4.5×103，5.80×103等分别为2位和3位有效数字，5.80×103不能写成5.8×103。对于很小的数，例如：0.0036可写成3.6×10-3。4、进行数字计算时，应注意只保留一位存疑数字，它后面数字完全可以省去，在去掉第二位存疑数字时要用四舍五入的方法。例1 44.6+3.67=?式中第一个数的“6”是存疑数字，第二个数的“7”是存疑数字（在数字下面加一横表示），做加法时有因为44.6中的“6”是存疑数字，所以“6”加“6”进位后的“2”也一定是存疑的，而它后面的“7”更是存疑数了。舍去第二位存疑数字时，按四舍五入的原则，“7”应进上一位，故44.6+3.67=48.3。例2 12.36×1.35=?式中存疑数字有四位，应只保留一位，去掉第二位存疑数字“8”时，应进上一位故12.36×1.35=16.7一般说来，几个数相乘或相除时，最后结果的有效数字位数与几个数中有效数字位数最少的那数相同。电 工 测 量电工测量的主要任务是应用适当的电工仪器、仪表对电流、电压、功率、电阻等各种电量和电路参数进行测量。各种电工、电子产品的生产、调式、鉴定和各种电气设备的使用、检测、维修都离不开电工测量。电工测量仪表和电工测量技术的发展，保证了生产过程的顺利进行，也为科学研究提供了有利条件。一、电工仪表分类和技术指标电工仪表的种类繁多，有各种指示仪表、比较式仪表、数字式仪表、图示仪器等等，本指导书主要介绍几种常用的直读式指示仪表。这类仪表的特点是将被测量变换为仪表指针的偏转角，直接读出被测量的值。（一）指示仪表的分类和符号1、按被测量的种类分类，有电流表（又分为安培表、毫安表、微安表等）、电压表（又分为伏特表、毫伏表等）、功率表（瓦特表、千瓦表等）、以及电度表、欧姆表等，如表0-1所示。2、按工作原理分类指示仪表按工作原理分类主要有磁电式仪表、电磁式仪表、电动式仪表等，如表0-2所示。表0-1 常用指示仪表按被测量的种类分类被 测 量仪表名称仪表符号电 流安培表A毫安表mA续表微安表A检流表电 压伏特表V千伏表KV毫伏表mV电 功 率瓦特表W千瓦表KW电 阻欧姆表兆欧表M表0-2 按工作原理电测仪表分类 性能分类名称代号代号符号应用范围工作电流测量范围制成仪表类型电 流安（A）电 压伏（V）频 率赫(Hz)磁电系C直流电表，与多种变换器配合后可扩大使用范围，作比率表直流