电工实验指导书

电工实验指导书

铜仁学院

物理与电子科学系电工学实验室

前 言

实验是学习电工技术的一个重要环节。对巩固和加深课堂教学内容，提高学

生实际工作技能，培养科学作风，为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础具有重要作用。

为适应教学改革不断深入的需要，我们在教学实践的基础上，编写了与DGJ-2/3型电工技术实验装置（天煌教仪）配套的实验教材，适合于物理学、物理教育和应用物理等专业的本、专科学生。

主要内容包括基本电路部分实验与电机部分实验，实验内容的安排遵循由浅到深，由易到难的规律。考虑不同层次需要，既有测试、验证的内容，也有设计、研究的内容。

由于编者水平所限，时间仓促，书中错误及欠缺之处难免，真诚希望读者批评指正。

编 者

2009年5月

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实验要求

1．实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。预习要求如下：

1)认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的估算。 2)完成各实验“预习要求”中指定的内容。 3)熟悉实验任务。

4)复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。

2．使用仪器和实验挂箱前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。 3．实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源，初学或没有把握应经指导教师审查同意后再接通电源。

4．实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味)应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。找出原因、排除故障，经指导教师同意再继续实验。 5．实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。

6．实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果(数据波形、现象)。所记录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。

7．实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。 8．实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告。

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实验一 电位、电压的测定及电路电位图的绘制

一、实验目的

1.验证电路中电位的相对性、电压的绝对性 2. 掌握电路电位图的绘制方法 二、原理说明

在一个闭合电路中，各点电位的高低视所选的电位参考点的不同而变，但任意两点间的电位差（即电压）则是绝对的，它不因参考点的变动而改变。电位图是一种平面坐标一、四两象限内的折线图。其纵坐标为电位值，横坐标为各被测点。要制作某一电路的电位图，先以一定的顺序对电路中各被测点编号。以图4-1 的电路为例，如图中的A～F, 并在坐标横轴上按顺序、均匀间隔标上A、B、C、D、E、F、A。再根据测得的各点电位值，在各点所在的垂直线上描点。用直线依次连接相邻两个电位点，即得该电路的电位图。

在电位图中，任意两个被测点的纵坐标值之差即为该两点之间的电压值。

在电路中电位参考点可任意选定。对于不同的参考点，所绘出的电位图形是不同的，但其各点电位变化的规律却是一样的。 三、实验设备

四、实验内容

利用DGJ-03 实验挂箱上的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路，按图1-1 接线。

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图1-1

1. 分别将两路直流稳压电源接入电路，令 U1＝6V，U2＝12V。（先调准输出电压值，再接入实验线路中。）

2. 以图1-1 中的A 点作为电位的参考点，分别测量B、C、D、E、F 各点的电位值φ及相邻两点之间的电压值UAB、UBC、UCD、UDE、UEF 及UFA，数据列于表中。 3. 以D 点作为参考点，重复实验内容2 的测量，测得数据列于表中。

五、实验注意事项

1.本实验线路板系多个实验通用，本次实验中不使用电流插头。DG05 上的K3 应拨向330Ω侧，三个故障按键均不得按下。

2. 测量电位时，用指针式万用表的直流电压档或用数字直流电压表测量时，用负表棒（黑色）接参考电位点，用正表棒（红色）接被测各点。若指针正向偏转或数显表显示正值，则表明该点电位为正（即高于参考点电位）；若指针反向偏转或数显表显示负值，此时应调换万用表的表棒，然后读出数值，此时在电位值之前应加一

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负号（表明该点电位低于参考点电位）。数显表也可不调换表棒，直接读出负值。 六、思考题

若以F 点为参考电位点，实验测得各点的电位值；现令E 点作为参考电位点，试问此时各点的电位值应有何变化？ 七、实验报告

1．根据实验数据，绘制两个电位图形，并对照观察各对应两点间的电压情况。两个 电位图的参考点不同，但各点的相对顺序应一致，以便对照。 2. 完成数据表格中的计算，对误差作必要的分析。 3. 总结电位相对性和电压绝对性的结论。 4. 心得体会及其他。

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实验二 叠加原理的验证

一、实验目的

验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。 二、原理说明

叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每一个元件的电流或其两端的电压，可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。线性电路的齐次性是指当激励信号（某独立源的值）增加或减小K 倍时，电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小K 倍。 三、实验设备

四、实验内容

实验线路如图6-1 所示，用DGJ-03 挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。

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1. 将两路稳压源的输出分别调节为12V 和6V，接入U1 和U2 处。

2. 令U1 电源单独作用（将开关K1 投向U1 侧，开关K2 投向短路侧）。用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表6-1。

3. 令U2 电源单独作用（将开关K1 投向短路侧，开关K2 投向U2 侧），重复实验步骤2 的测量和记录，数据记入表6-1。

4. 令U1 和U2 共同作用（开关K1 和K2 分别投向U1 和U2 侧），重复上述的测量和记录，数据记入表6-1。

5. 将U2 的数值调至＋12V，重复上述第3 项的测量并记录，数据记入表6-1。 6. 将R5（330Ω）换成二极管 1N4007（即将开关K3 投向二极管IN4007 侧），重复

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1～5 的测量过程，数据记入表6-2。

7. 任意按下某个故障设置按键，重复实验内容4 的测量和记录，再根据测量结果判断出故障的性质。

五、实验注意事项

1. 用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性， 正确判断测得值的＋、－号后，记入数据表格。 2. 注意仪表量程的及时更换。 六、预习思考题

1. 在叠加原理实验中，要令U1、U2 分别单独作用，应如何操作？可否直接将不作用的电源（U1 或U2）短接置零？

2. 实验电路中，若有一个电阻器改为二极管， 试问叠加原理的迭加性与齐次性还成立吗？为什么？ 七、实验报告

1. 根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。

2. 各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？ 试用上述实验数据，进行计算并作结论。

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3. 通过实验步骤6 及分析表格6-2 的数据，你能得出什么样的结论？ 4. 心得体会及其他。

实验三 三相交流电路电压、电流的测量

一、实验目的

1. 掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法， 验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。

2. 充分理解三相四线供电系统中中线的作用。 二、原理说明

1. 三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形(又称"△"接)。当三相对称负载作Y 形联接时，线电压UL 是相电压Up 的3 倍。线电流IL 等于相电流Ip，即UL＝ 3UP ， IL＝Ip在这种情况下，流过中线的电流I0＝0， 所以可以省去中线。当对称三相负载作△形联接时，有IL＝ 3 Ip， UL＝Up。

2. 不对称三相负载作Y 联接时,必须采用三相四线制接法，即Yo 接法。而且中线必须牢固联接，以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不变。

倘若中线断开，会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高， 使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作。尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用Y0 接法。

3. 当不对称负载作△接时，IL≠ 3 Ip，但只要电源的线电压UL 对称，加在三相负载上的电压仍是对称的，对各相负载工作没有影响。 三、实验设备

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四、实验内容

1. 三相负载星形联接（三相四线制供电）按图24-1 线路组接实验电路。即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源。将三相调压器的旋柄置于输出为0V 的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。将所测得的数据记入表24-1 中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。

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2. 负载三角形联接（三相三线制供电）按图24-2 改接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出电压为220V，并按表24-2 的内容进行测试。

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五、实验注意事项

1. 本实验采用三相交流市电，线电压为380V， 应穿绝缘鞋进实验室。实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。

2. 每次接线完毕，同组同学应自查一遍， 然后由指导教师检查后，方可接通电源， 必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。

3. 星形负载作短路实验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。

4．为避免烧坏灯泡，DGJ-04 实验挂箱内设有过压保护装置。当任一相电压＞45~250V时，即声光报警并跳闸。因此，在做Y 接不平衡负载或缺相实验时，所加线电压应以最高相电压＜240V 为宜。

六、预习思考题

1. 三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？

2. 复习三相交流电路有关内容， 试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下， 当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？

3. 本次实验中为什么要通过三相调压器将 380V 的市电线电压降为220V 的线电压 使用？

七、实验报告

1. 用实验测得的数据验证对称三相电路中的3 关系。

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2. 用实验数据和观察到的现象， 总结三相四线供电系统中中线的作用。

3. 不对称三角形联接的负载，能否正常工作？ 实验是否能证明这一点？

4. 根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图， 并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。

5. 心得体会及其他。

实验四 三相鼠笼式异步电动机

一、实验目的

1、熟悉三相鼠笼式异步电动机的结构和额定值。

2、学习检验异步电动机绝缘情况的方法。

3、学习三相异步电动机定子绕组首、末端的判别方法。

4、掌握三相鼠笼式异步电动机的启动和反转方法。

二、原理说明

1、三相鼠笼式异步电动机的结构

异步电动机是基于电磁原理把交流电能转换为机械能的一种旋转电机。 三相鼠笼式异步电动机的基本结构有定子和转子两大部分。

定子主要由定子铁心、三相对称定子绕组和机座等组成，是电动机的静止部分。三相定子绕组一般有六根引出线，出线端装在机座外面的接线盒内，如图4-1所示，根据三相电源电压的不同，三相定子绕组可以接成星形（Y）或三角形（△），然后与三相交流电源相连。

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图 4—1

转子主要由转子铁心、转轴、鼠笼式转子绕组、风扇等组成，是电动机的旋转部分。小容量鼠笼式异步电动机的转子绕组大都采用铝浇铸而成，冷却方式一般都采用扇冷式。

2、三相鼠笼式异步电动机的铭牌

三相鼠笼式异步电动机的额定值标记在电动机的铭牌上，如下表所示为实验装置三相鼠笼式异步电动机铭牌。

型号 DJ24 电压 380V/220V 接法 Y/△

功率 180W 电流 1.13A/0.65A 转速 1400转/分

定额 连续

其中：

（1）功率 额定运行情况下,电动机轴上输出的机械功率.

(2)电压 额定运行情况下,定子三相绕组应加的电源线电压值.

(3)接法 定子三相绕组接法,当额定电压为380V/220V时,应为Y/△接法.

(4)电流 额定运行情况下,当电动机输额定功率时,定子电路的线电流值.

3.三相鼠笼式异步电动机的检查

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电动机使用前应作的必要的检查

(1) 机械检查

检查引出线是否齐全、牢靠；转子转动是否灵活、匀称、有否异常等。

（2）电气检查

a 、用兆欧表检查电机绕组几绕组与机壳之间的绝缘性能

图4—2

电动机的绝缘电阻可以用兆欧表进行测量。对定额电压1KV以下的电动机，起绝缘电阻值最低不得小于1000欧/伏，测量方法如图4—2所示。一般500V以下的中小型电动机最低应具有2兆欧的绝缘电阻。

b 、定子绕组首、末端的判别

异步电动机三相定子绕组的六个出线端有三个首端和三相末端。一般，首端标以

A、B、C，末端标以X、Y、Z，在接线时如果没有按照首、末端的标记来接，则当电动机起动时磁势和电流就不会平衡，因而引起绕组发热、振动、有噪音，甚至电动机不能起动因过热而烧毁。由于某种原因定子绕组六个出线端标记无法辨认，可以通过实验方法来判别其首、末端（即同名端）。方法如下：

a、 用万用电表欧姆挡从六个出线端确定哪一对引出线是属于同一相的，分别找出三相绕组，并标以符号，如A、X；B、Y；C、Z。将其中的任意两相绕组串联，如图4—3所示。

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U=80

C C

(a) 图4—3 （b）

将控制屏三相自耦调压器手柄置零位，开启电源总开关，按下启动按钮，接通三相交流电源。调节调压器输出，使在相串联两相绕组出线端施以单相低电压U=80—100V，测出第三相绕组的电压，如测得的电压值有一定的读数，表示两相电阻的末端与首端相联，如图4—3（a）所示。反之，如测得的电压值近似为零，则两相绕组的末端与末端（或首端与首端）相联，如图4—3（b）所示。用同样方法可测出第三相绕组的首末端。

4、三相鼠笼式异步电动机的起动

鼠笼式异步电动机的直接起动电流可达额定电流的4—7倍，但持续时间很短，不致引起电机过热而烧坏。但对容量较大的电机，过大的起动电流会导致电网电压的下降而影响其他的负载正常运行，通常采用降压起动，最常用的是Y—△换接起动，它可使起动电流减小到直接起动的1/3。其使用的条件是正常运行必须作△接法。

5、三相鼠笼式异步电动机的反转

异步电动机的旋转方向取决于三相电源接入定子绕组时的相序，故只要改变三相电源与定子绕组连接的相序即可使电动机改变旋转方向。

三、实验设备

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1、抄录三相鼠笼式异步电动机的铭牌数据，并观察其结构。

2、用万用电表判别定子绕组的首、末端。

3、用兆欧表测量电动机的绝缘电阻。

各相绕组之间的绝缘电阻 绕组对地（机座）之间的绝缘电阻

A相与B相 （兆欧） A相与地（机座） （兆欧）

A相与C相 （兆欧） B相与地（机座） （兆欧）

B相与C相 （兆欧） C相与地（机座） （兆欧）

4、鼠笼式异步电动机的主角起动

（1）采用380V三相交流电源

将三相自耦调压器受柄置于输出电压为零位置；控制屏上三相电压表切换开关置“调压输出”侧；根据电动机的容量选择交流电流表合适的量程。开启控制屏上三相电源总开关，按起动按钮，此时自耦调压器原绕组端U1 、V1、W1得电，调节调压

器输出使U、V、W端输出线电压未380V，三只电压表指示应基本平衡。保持自耦调压器手柄位置不变，按停止按钮，自耦调压器断电。

a、 按图4-4接线，电动机三相定子绕组接成Y接法；供电线电压为380V；实验线路中Q1及FU由控制屏上的接触器KM和熔断器FU代替，学生可由U、V、W端子开始接线，以后各控制实验均同此。

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图4—4 Y接 图4—5 △接 图4—6 反转

b、 按控制屏上启动按钮，电动机直接起动，观察起动瞬间电流冲击情况及电动

机旋转方向，记录起动电流。当起动运行稳定后，将电流表量程切换至较小量程档位上，记录空载电流。

c、 电动机稳定运行后，突然拆出U、V、W中的任一相电源（注意小心操作，以

免触电），观察电动机作单相运行时电流表的读数并记录之。再仔细倾听电机的运行声音有何变化。（可由指导教师作示范操作）

d、 电动机起动之前先U、V、W中的任一相，作缺相起动，观察电流表读数，记

录之，观察电动机有否起动，在仔细倾听电动机有否发出异常的声响。

（2）采用220V三相交流电源

调节调压器输出使输出线电压为220V，电动机定子绕组接法接成△接法。按图4-5接线，重复（1）中各项内容，记录之。

5、异步电动机的反转

电路如图4-6所示，按控制屏启动按钮，起动电动机，观察起动电流及电动机旋

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转方向是否反转？实验完毕，将自耦调压器调回零位，将控制屏停止按钮，切断实验线路三相电源。

五、实验注意事项

1、本实验系强电实验，接线前（包括改接线路）、实验后都必须断开实验线路的电源，特别改接线路和拆线时必须遵守“先断电，后拆线”的原则。电机在运转时，电压和转速均很高，切勿触碰导电和转动部分，以免发生人身和设备事故。为了确保安全，学生应穿绝缘鞋进入实验室，接线或改接线路必须经指导教师检查后方可进行实验。

2、起动电流持续时间很短，且只能在接通电源的瞬间读取电流表指针偏转的最大读数，（因指针偏转的惯性，此读数与实际的起动电流数据略有误差），如错过这一瞬间，须将电机停车，待停稳后，重新起动读取数据 。

3、单相（即缺相）运行时间不能太长，以免过大的电流导致电机的损坏。

六、预习思考题

1、如何判断异步电动机的六个引出线，如何连接成Y形或△形，又根据什么来确定该电动机作Y接或△接？

2、缺相是三相电动机运行中的一大故障，在起动或运转时发生缺相，会出现什么现象？有何后果？

3、电动机转子被卡住不能转动，如果定子绕组接通三相电源将会发生什么后果？

七、实验报告

1、总结对三相鼠笼式机绝缘性能检查的结果，判断该电机是否完好可用？

2、对三相鼠笼机的起动、反转及各种故障情况进行分析。

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