电工学实验指导书(用)

实验须知
实验是电工电子学课重要的实践性教学环节，通过实验使学生加深和巩固所学的理论知识，培养用理论知识分析和解决实际问题的能力，树立工程实际观点和严谨的科学作风．为了保证实验课达到预期的目的，学生须按下列要求去做：
一、实验预习
每次实验前，学生应详细阅读实验材料．明确本次实验的目的与任务，掌握必要的实验理论和方法，熟悉实验线路及内容，了解实验仪器和设备的使用方法，内容包括：
1)实验目的。

2)实验电路图。

3)实验操作步骤。

4)实验教材中要求选择的仪器、仪表、数据表格和需要预先计算或设计的内容。

二、实验操作
严谨的科学态度和正确的操作程序是进行实验的有效保证，因此实验中应做到：
1)学生应按规定时间到实验室参加实验，认真听取指导教师讲解，迟到超过10分钟者不得参加实验。

2)实验前应仔细检查实验所用的仪器设备是否齐全和完好，是否与实验要求相符。

3)检查实验板或实验装置，察看有没有断线及脱焊等情况，同时要熟悉元器件的安装位置，便于实验时能迅速准确地找到测量点。

4)实验中使用的仪器设备要摆放整齐，有规律，易于接线、观察和读取数据，导线不要乱放。

5)电路的走线位置要合理，导线的粗细、长短要合适，接线柱要接触良好，并避免联接三根以上导线。

6)实验中若发现异常声音、气味、火花和冒烟等不正常现象时，应立即切断电源，待找出原因并排除故障后，经指导教师同意方可继续进行实验。

7)实验时不得高声喧哗，不准在室内抽烟和随地吐痰，应保持室内安静、清洁。

8)实验内容完成后，实验结果须经指导教师认可。

整理好实验仪器、设备和导线，做好环境的清理工作，请教师验收后，方可离开实验室。

9)室内仪器设备不准随意搬动、调换，非本次实验所用仪器设备，未经教师允许不得动用。

10)凡是违章操作损坏设备者，要写出事故原因．做书面检查，并
按实验室有关条例处理。

三、实验报告
实验报告是实验的全面总结，做完实验后应认真编写实验报告．实验报告应接在预习报告后面，其内容一般是，
1)实验记录。

2)实验结果的分析和结论。

3)回答实验要求中的有关问题。

4)实验中要求绘制的曲线、波形图等。

5)记录实验中出现的问题、现象及故障的处理和分析。

四、安全操作及注意事项
为了做好实验，确保人身和设备安全．实验时应注意下列各点：
1)不准擅自接通电源。

严禁人身接触电路中不绝缘的金属导线或连接点等带电部位．严格遵守“先接线后通电”、“先断电后拆线”的操作顺序，
2)接通电源或起动电机时，应先通知全组人员。

3)做电机实验时，要防止人身碰到电机旋转部分．注意勿将导线．发辫．衣服和围巾等接触到转轴，以免造成事故。

4)电源切断后电机尚在转动．不要用手或脚去制动电机。

5)做电子实验时，应注意调好电源，符合电路要求后．再接入实验装置。

6)实验中应时刻注意设备的运行情况，若有异常现象和发生事故，应立即切断电源，保护现场，并报告指导教师。

本实验课程应完成五个实验项目。

每完成一个实验项目的满分得分是20分，其中实际操作10分，写实验报告10分，共计100分。

实验一戴维宁定理的验证
一、实验目的
1、验证戴维宁定理的正确性，加深对该定理的理解。

2、熟悉直流电流表、直流电压表、直流稳压电源的使用方法。

3、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。

二、预习要求
1、复习戴维宁定理。

2、阅读实验指导，了解本次实验的内容和步骤。

3、看懂图1—4所示实验电路，根据所给参数，预先用戴维宁定理计算出有源二
R，同时算出短路电流I SC，填入表1—1中。

端网络的开路电压Uoc、等效内阻
4、阅读“实验原理”中的电流表插座与插头介绍，了解其结构，以及它们配合电流表测量电流的原理。

三、实验原理
1、电流表插座与插头介绍
电流表插座与插头是与电流表配合使用的，可实现一表多用。

只要预先在需要测量电流的每个支路中串联一只电流表插座，就可以方便地用一块电流表测量每个支路的电流。

电流表插座与插头的结构及插座的电路符号如图1—1所示。

插座由两片接触着的弹簧铜片组成。

接线时，将插座串联在待测电流支路中。

插头由中间绝缘的两片铜片构成，图中表明了它与电流表连接的方法．测量电流时，将插头插入插座，座内接触的铜片被分开，分别与插头的铜片相接触，于是电流表被串接到待测电流的支路中去，就可测出该支路的电流。

若插座用于直流电路中，应注意极性与电表极性一致。

2、戴维宁定理
戴维宁定理指出：任何一个线性有源二端网络，都可以用一个理想电压源与一个电阻的串联来等效代替，如图1—2a 、b 所示．此电压源的电动势Ues 等于这个有源二端网络端口处的开路电压Uoc ， 其等效电阻R 0等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短
接，理想电流源视为开路）时的等效电阻。

如图1—2c 所示。

Uoc （Ues ）和R 0称为有源二端网络的等效参数。

可以通过实验直接从有源二端网络中测出。

3、有源二端网络等效参数的测量方法 (1) 测开路电压Uoc （Ues ）
在有源二端网络输出端开路时，用直流电压表直接测其输出端的开路电压Uoc ，如图1—3a 所示
（2）开路电压、短路电流法测R 0
将有源二端网络输出端短路，用直流电流表测其短路电流Isc ，如图1—3b 所示，则等效电阻R 0＝U OC /I SC 。

如果二端网络的内阻很小，将其输出端口短路则易损坏其内部元件，因此不宜用此法。

可在测出开路电压U OC 之后，再接上负载电阻L R ，并测出负载电压
L U ，如图1—3c 所示。

由图1—3c 可看出
00
U R R R U L L
L +=
当L R 值已知时，即可求得L L
L
R U U U R -=
00
在复杂电路中，若只求某一支路的电压或电流时，应用戴维宁定理，将此待求支路断开，电路中剩余的含源部分可看成一个有源二端网络，化成一个电压源．再接上待求支路，组成一个简单电路，使问题得到简化。

五、实验内容与步骤
1、使直流稳压电源处于工作准备状态，将电压粗调旋钮置于适当档次，调节微调旋钮．使其一路输出电压1E ＝15V ，另一路输出电压置2E ＝12V(用直流电压表测定)，然后关闭稳压电源，待用。

(2)按图1—4所示实验电路接线。

图1—4 戴维宁定理实验电路
(3)接通稳压电源，测量网络的开路电压U OC (开关置中间)，记入表1－1中。

⑷测量网络的短路电流I SC (开关置短路端)，并由R 0＝U OC /I SC ，计算出0R 值一并记入表1—1中。

(5)测定二端网络的外特性。

将开关投向负载端，按表1－2所列数值调节负载电阻的L R 值，在不同负载的情况下，测出相应的负载端电压L U 和流过负载的电流I L 值。

将数据记入表1—2中。

(6)测定戴维宁等效电路的外特性
1）将稳压电源的一路输出电压调节到实测的U OC 值．与0R (测量值)串联组成戴维宁等效电路，按图1—5接线。

图1—5 戴维宁等效电路外特性的测量电路
2）按表1—2所列数值调节负载电阻L R 的值，测出在不同负载的情况下，相应的负载端电压L U 和流过负载的电L I 值。

将数据记入表1—2中。

六、思考题
1、在求戴维宁等效电路时，作短路试验，测I SC 的条件是什么？在本实验中可否直接作
负载短路实验？请实验前对线路1-4预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。

2、说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法，并比较其优缺点。

七、实验注意事项
1、测量时应注意直流电流表、电压表量程的更换及正、负极性。

2、改接线路时，要关掉电源。

3、记录数据时，电阻的位置与对应的电流、电压值不要记错。

八、实验报告要求
1、整理和观察表1—2的数据，并根据此数据，在同一坐标纸上画出两条外特性曲线，进行比较，说明比较的结果，验证戴维宁定理的正确性。

2、回答思考题。

实验二：电感性负载电路和功率因数的提高
一、实验目的
1、掌握日光灯电路的组成、工作原理及接线。

2、学习提高功率因数的方法，理解提高功率因数的实际意义。

3、掌握电压表、电流表、功率表、功率因数表的使用方法。

二、预习要求
1、阅读实验指导，了解本次实验的内容和步骤，熟悉日光灯电路的组成及工作原理。

2、复习并联电路电压和电流的相量关系及提高功率因数的意义和方法。

三、实验原理
1．提高功率因数的意义和方法
在正弦交流电路中，一个无源二端网络(通常指负载)．如图2—la所示，其吸收的有功功率P一般不等于视在功率S，只有对纯电阻网络两者才能相等．只要网络中存在电抗，电路中就存在磁场能量或电场能量与电源能量之间的交换过程．有功功率与视在功率的关系为
ϕcos
ϕ
=
P=
cos s
UI
式中，cosϕ称为功率因数，ϕ是功率因数角，即负载的阻抗角。

ϕ越大。

cosϕ越小。

对供电系统来说，用电设备大部分是感性的．如工矿企业中用的电动机、感应电炉、家 庭生活中用的日光灯、电风扇、洗衣机等，都是感性负载，一般功率因数都较低．当电源电 压．负载功率一定时，功率因数低，一方面使发电设备的容量不能充分利用，另外还使输电 线路电流较大（ϕ
cos U P
I =
），从而引起线路损耗的增加，降低了输
电效率，因此．提高用电负载的功率因数，对于降低电能损耗．提高电源设备的利用率和供电质量具有重要的经济意义。

要提高感性负载的功率因数，又不能改变负载的工作状态，可采用在感性负载两端并联 适当大小的电容器的办法，如图2－1b 所示．并联电容后的相量图如图5—lC 所示．由于电容支路的电流c I 超前电压U 90°。

抵消了一部分感性负载电路电流中的无功分量，使电路总电流I 减小，从而提高了电路的功率因数．当电容量增加到一定值时，电容支路电流等于感性无功电流，总电流下降到最小值，此时，整个电路相当于电阻性，cos ϕ＝1。

若再继续增加电容量，总电流I 反而增大，整个电路相当于容性负载，功率因数反而下降。

在实际中，并不要求将功率因数提高到1。

因为这样将增加电容设备的投资，而带来的经济效益并不显著。

功率因数提高到什么数值为宜，应根据具体的技术经济综合指标来决定。

提高功率因数时所需并联电容器的电容值可由图2—lC 所示相量图得出．设将功率因数从cos 1ϕ提高到cos ϕ，则所需电容值： )(12
ϕϕωtg tg U
P
C -= 2、日光灯电路的组成及工作原理
本实验以日光灯电路作为感性负载。

日光灯电路由灯管、镇流器和启辉器三部分组成。

灯管是一根内壁涂有荧光粉的细长(或环形)玻璃管。

在管的两端各装一个灯丝电极，电极上涂有受热后易于发射电子的氧化物，管内抽成真空后再充入氧气和少量水银蒸汽．镇流器是一个绕在用硅钢片叠成的铁心上的电感线圈．它起调整灯管电压和限制灯管电流以及有利于灯管启动的作用。

启辉器是一只充有氖气的玻璃泡．泡内有一对触片，一个是不动的静片，另一个是由热膨胀系数不同的双金属片制成的u 形动触片．当触片间电压大于某一数值时，动静触片接通；否则断开，起自动开关作用。

两个触片间并联一个小电容器，是为了消
除两触片断开瞬间产生的电火花对附近无线电设备的干扰。

图2—2 日光灯电路提高功率因数的接线图
在正常工作时，灯管可以认为是一个电阻负载，镇流器是一个铁心线圈，可以认为是一个电感很大的感性负载。

二者串联构成一个电感性负载电路，如图2—2所示。

刚接通电源时，电压不足以使灯管放电，它通过镇流器和灯管两端的灯丝加到启辉器上，因启辉器启辉电压低(灯管启辉电压约500V ，启辉器启辉电压约140V)，引起辉光放电．双金属片受热，由于内层金属片膨胀系数较大，使双金属片伸直，动静触片接触，形成通路。

此时，启辉器、镇流器和灯管两端的灯丝流过启动电流，该电流加热了灯管灯丝，产生热电子发射．同时，由于启辉器两触片已经接触，电压为零，放电结束，双金属片冷却依复原状，使电路断开．电路中的电流突然中断，使镇流器两端感应出高压，它与电源电压一起加到灯管两端(约500V)，使管内自由电子与水银蒸汽碰撞电离，产生弧光放电，放电时发出的紫外线射到灯管内壁，激发荧光物质发光，日光灯被点燃了。

这时，灯管两端电压较低．约50～100V 之间，电源电压大部分降在镇流器上。

因此启辉器不能再发生辉光放电。

也就是说，在灯管正常工作时，启辉器是断开的，不起作用，而镇流器起限流作用，井维持灯管稳定工作．理想的电感线圈不消耗功率．但镇流器是铁心线圈，所以在工作时，它有两部分功率损耗，一部分是线圈电阻r 的损耗，称为钢耗cu P ，另一部分是铁心损耗，称为铁心损耗。

即镇流器所消耗的功率为fc cu L P P P ==，日光灯电路的功率因数约为0.5～0.6。

五、实验内容与步骤
1、电感性负载支路的测量
按图2—2连接实验电路．断开电容箱上所有开关，测量电感性负载支路的电流1I ，电压U ，灯管两端电压R U 、镇流器两端电压R U 及负载总功率总P ，灯管消耗的功率R P 、镇流器消耗的功率L P 。

并由此计算出负载支路的功率因数cos ϕ值．将数据记入表2
—l 。

2、并电容提高功率因数
按表2—2所列数值接入电容．测量并联不同大小的电容时，相应的负载支路电流1I 、电容支路电流c I ，线路总电流I 、总电压U 及总消耗功率P 值，并计算对应的cos ϕ值，将数据记入表2—2中。

六、思考题
1、为什么用并联电容器的方法提高功率因数? 所并的电容器是否越大越好？串联电容行不行?为什么?
2、并入电容后，增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性负载支路的电流和有功功率是否改变? 七、实验注意事项
1、 正确联接日光灯电路，镇流器必须与灯管相串联，否则会烧坏灯管。

2、 日光灯的启动电流较大，启动时要注意电流表及功率表电流线圈的量程，以防损坏仪表。

3、 实验中所用电压较高，人体不要触及带电部分，合闸时若发现电表超量程等
异常现象，应立即断电。

八、实验报告要求
1、 根据实验步骤1测得的数据，计算将功率因数提高到1时所需的并联电容值C 。

2、 根据实验步骤l 、2测得的数据．按比例画出U 、R U 、L U 、1I 、c I 及I 的相
量图(以U 为参考相量)．验证是否符合U =R U +L U 和I =1I +c I 的相量关系。

3、 根据表2—2所测数据和计算值，在同一坐标纸上面出cos =f(c)及I ＝f （c ）
曲线；找出最佳并联电容值'1C ，并和计算值1C 比较。

4、 回答思考题。

实验三：三相鼠笼式异步电动机正反转控制
一、实验目的
1、了解交流接触器、热继电器和按钮等几种常用控制电器的结构，并熟悉它们的接线方法和所起的作用。

2、学习异步电动机基本控制电路的连接。

3、通过实验操作加深理解异步电动机正、反转控制线路的工作原理。

4、明确正、反转控制线路中两只接触器联锁的必要性。

5、加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。

6、学会分析、排除继电--接触控制线路故障的方法。

二、预习要求
1)阅读实验指导，了解本次实验的内容和步骤。

2)复习上述几种常用控制电器的结构，用途、工作原理，熟悉其符号意义。

3)复习异步电动机正、反转控制电路的工作原理，并理解点动、自锁及联锁的概念，以 及短路保护、过载保护和零压保护的概念。

三、实验原理
在鼠笼机正反转控制线路中，通过相序的更换来改变电动机的旋转方向。

本实验给出两种不同的正、反转控制线路如图4-1及4-2，具有如下特点： 1、电气互锁
为了避免接触器KM1（正转）、KM2（反转）同时得电吸合造成三相电源短路，在KM1（KM2）线圈支路中串接有KM1（KM2）动断触头，它们保证了线路工作时KM1、KM2不会同时得电（如图4-1），以达到电气互锁目的。

2、电气和机械双重互锁
除电气互锁外，可再采用复合按钮SB1与SB2组成的机械互锁环节（如图4-2），以求线路工作更加可靠。

3、线路具有短路、过载、失、欠压保护等功能。

五、实验内容与步骤
1、认识电器：
在实验桌上找到交流接触器、热继电器和按钮等控制电器，了解其结构及动作原理。

鼠笼机接成Δ接法；实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U 、V 、W ，供电线电压为220V 。

2、异步电动机的正、反转控制（接触器和按钮双重联锁）：
1)在切断电源的情况下，按图3—1接线．先用粗线接好主电路。

2)然后再用细线接控制电路，并且按“先串联，后并联”的方法进行．接好第一个控制回路（正转控制回路），不接F KM 的自锁触点．进行点动实验(接通电源，按下F SB 观察电动机是否转动，再松手看电动机是否停转，成功后进行下一步)。

3)断开电源，接上F KM 的自锁触点，进行正转起动(按下F SB 后松手)及停车(按下SB)实验。

4)在切断电源的情况下，联结第二个控制回路(反转控制回路)．并自锁 5)接通电源，按下正转按钮F SB ，观察电动机的转向。

6)再按下反转按钮R SB ．观察电动机的转向是否改变。

7)按下停止按钮SB ，电动机应停转。

3、互锁检验
电动机停稳后，同时按正、反向两只起动按钮，观察有何情况发生？ 4、失压与欠压保护
按起动按钮SB F (或SB R )电动机起动后，按控制屏停止按钮（刀开关Q ），断开实验线路三相电源，模拟电动机失压(或零压)状态，观察电动机与接触器的动作情况，随后，再按控制屏上启动按钮，接通三相电源，但不按SB F (或SB R )，观察电动机能否自行起动？
六、故障分析
1、接通电源后，按起动按钮(SB F 或SB R )，接触器吸合，但电动机不转，且发出“嗡嗡”声响或电动机能起动，但转速很慢。

这种故障来自主回路，大多是一相断线或电源缺相。

2、接通电源后，按起动按钮(SB F 或SB R ), 若接触器通断频繁，且发出连续的劈啪声或吸合不牢，发出颤动声，此类故障原因可能是：
(1) 线路接错，将接触器线圈与自身的动断触头串在一条回路上了。

M 3～
Q1FU
-220V
KM2
SB3
SB2
SB1
FR
FR
FR
R
FR
3－1
(2) 自锁触头接触不良，时通时断。

(3) 接触器铁心上的短路环脱落或断裂。

(4) 电源电压过低或与接触器线圈电压等级不匹配。

七、思考题
1、在电动机正、反转控制线路中，为什么必须保证两个接触器不能同时工作？在使用复式按钮的正、反转控制线路中，可否将两个联锁用的常闭辅助触点R KM 与F KM 去掉不用?
2、 热继电器用于过载保护，它是否也能起短路保护作用？为什么？控制线路中,短路、
过载、失、欠压保护等功能是如何实现的? 在实际运行过程中,这几种保护有何意义? 3、在图3—1控制电路中，不用停止按钮SB 是否也能完成停转操作?有什么问题? 八、实验报告要求
1、 画出三相鼠笼式异步电动机正反转控制线路图。

2、 实验过程中有无出现故障？是什么性质的故障？你是如何检查和排除的？
3、 讨论思考题。

实验四 集成逻辑门电路的测试
一、实验目的
(1) 熟悉门电路和组合逻辑电路的理论知识； (2) 熟悉和正确使用集成组件；
(3) 掌握各种门逻辑功能的测试方法；
（4）学习用发光二极管显示两种逻辑状态的方法。

二、预习要求
1) 复习门电路和组合逻辑电路的理论知识；
2）清楚本次实验用的集成门电路的管脚排列及功能。

3) 根据实验内容要求，用铅笔填好本次实验中所有的状态表，以便与实验中的实测值比较。

三、实验原理 1、门电路
在数字电路中，门电路是最基本的逻辑单元，所谓“门“就是一种开关，在一定条件下它能允许信号通过，条件不满足，信号就不通过。

因此，门电路的输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系。

所以门电路又称为逻辑门电路。

表8-1列出了常用门电路的图形符号和输入信号与输出信号之间的逻辑关系。

状态表是表示逻辑电路输入、输出之间所有可能的逻辑关系表。

本次实验是在已知门电路输入端加不同的逻辑电平时，测量其输入出端逻辑电平的变化情况，以确定其逻辑功能。

2、与非门
与非门是应用最普遍的门电路之一。

在表8-1 OH U 所示与非门的逻辑符号中，A 、B 代表它的输入端， F 代表它的输出端。

与非门的输出电平U O 与输入 电平U i 之间的关系叫做电压传输特性，如图8-1 所示。

从特性曲线上我们可以得知，TTL 与非门的 输出高电平U OH （一般为3.6V 左右），输出低电平 OL U U OL （一般为0.3V 以下）和输入端的关门电平U Off 、 )(V i 开门电平U on 等参数。

图8-1
图8—2所示为一些常用TTL 门电路的外引线排列图。

本次实验同学们可选出一些进行逻辑功能的验证。

4-2输入与非门 3-3输入与门
4-2输入或门 3-3输入或非门
4-2输入与
图8—2
1、测试与非门的逻辑功能
按图8-3接线，根据表8-2给出的输入状态，用逻辑电平显示器上发光二极管的亮与不亮反映输出端的逻辑状态（亮为高电平“1”，不亮为低电平“0”），填入表9-2中。

图8-3
分别选择各种常用门，按步骤1测试其逻辑功能（画图并列表）。

六，实验注意事项
1) 对线路进行重新接线时，应关掉电源，以防损坏元件。

2）开启电源前，应检查接线是否正确，特别注意，不可将门电路的输出端对地短路或误接输入信号。

七、实验报告
(1) 整理实验数据，验证逻辑功能。

（2）画出实验电路，列出实验表格。

(3) 实验中存在的问题，解决办法或设想。

实验五交通信号灯故障的检测（设计性实验）
一、实验目的
1、熟悉各种逻辑门的使用。

2、锻炼学生应用各种逻辑门设计组合逻辑电路的能力。

二、预习要求
1、预习逻辑代数的有关知识。

2、了解各种逻辑门的使用。

3、熟悉组合逻辑电路的设计过程。

三、实验任务与要求
任务：设计一个交通信号灯故障的检测电路。

说明：交通信号灯的正常工作情况为：红灯（A）亮表示停车、黄灯(B)亮表示注意、绿灯(C)亮表示通行，任何时刻只有一盏灯亮；故障情况为：任意两盏灯同时亮，三盏灯都亮或三盏灯都不亮。

要求：将故障状态以指示灯亮显示出来，并用峰鸣器报警。

1、列出逻辑状态表
2、写出逻辑表达式
3、化简或变换
4、画出实验电路图
5、在数字实验仪上实现
条件：实验室可提供如下设备和器件：
1、实验用各种电源；
2、逻辑开关；
3、发光二极管；
4、74LS00,74LS04,74LS08,74LS11,74LS20,74LS21,74LS27，74LS30，74LS32
5、连接导线；
6、万用表
四、注意事项
1、检测使用导线是否导通。

2、检测器件的逻辑功能是否正确。

3、检测其它器件是否完好。

五、报告要求
1、写出实验目的
2、写出设计过程
3、写出所使用的仪器设备
4、详细写出实验步骤
5、结论
6、总结收获与体会
六、面向学生
机械、冶金、化工、材料、资环等。

七、部分集成逻辑门外引线排列图
、。