2021~2022学年

电工电子实践基础A(1)

教学计划和要求

电工电子实验中心

2021年10月

目录

课程概况

一、基本情况

总学 时：24学时

学   分：0.5学分

适用范围：机械学院本科生

先修课程：《电工学》、《电路分析》

实验教材：《电工电子技术实践》丁则信主编，机械工业出版社

实验地点：九龙湖校区金智楼南楼，电子技术实验室、电工技术实验室

时   间：2021.10～2022.01

2. 课程作用和具体目标

《电工电子实践基础A（1）》是以《电工电子技术实践》为教材，与《电工学》、《电路分析》理论课程同时进行。本实践课程的教学目的是通过大纲所列内容的学习与实践，提高学生实验能力、独立分析问题和解决问题的能力以及电路的设计水平和工程实践能力，并对虚拟实验台有一定的了解。

三、教学方式与基本要求

预习要求：

1. 在进实验室前做好与本次所作实验相关的预习工作，认真撰写实验预习报告并由任课老师课内检查。

2. 预习报告内容包括：实验目的、实验原理、实验内容及方法、实验数据记录表格，如果是设计题要写出设计过程、画出原理图并标注参数；如果是验证题要写出理论计算过程以及数据。

实验要求：

1. 实验采用集中授课+开放实验模式，实验前请仔细阅读开放实验规章制度，并在以后实验中认真遵守。

2. 每次实验都必须携带校园卡、元器件、单股导线、丁字线、电源线和面包板等实验物品。钉子线和面包板请妥善保管，勿丢失或损坏，否则将照价赔偿。

3. 每次实验前，在金智楼一楼大厅派位终端机上刷校园卡，根据派位终端机分配的实验室和实验座位进行实验，严禁窜座。

4. 进入实验室后请先检查实验座位上的仪器，如有缺失和损坏请及时告知指导教师处理，严禁擅自更换仪器设备。

5. 进入电工技术实验室必须严格按照实验安全操作规程操作。

6. 认真记录实验数据和实验波形，分析判断数据、波形是否符合实验预期，并与理论结果进行对比，分析原因。

7. 要求现场验收的实验内容，完成并记录所有实验数据后，要请指导教师验收，验收通过后方可拆除电路结束实验。

8. 实验过程中遇到故障要独立思考，耐心查找故障原因并排除，记录故障现象、排除故障的过程和方法。

9. 实验过程中若发生异常气味、电路冒烟、设备异常声响等异常现象，应立即切断电源，并通知指导教师处理。如有元器件损坏，可到金智楼南楼412室购买。

10. 实验完成后必须关闭仪器电源，并整理线缆，将仪器归位，清理实验桌面，然后在派位终端上刷卡下机。

实验报告要求:

课后应独立规范地完成实验报告，严禁抄袭，抄袭者与被抄袭者一律记零分。实验报告应该包括以下几个部分：

1. 实验目的；

2. 实验仪器，即实验中用到的仪器设备，包括名称、型号；

3. 实验原理，请不要大量抄书上已有的内容，要简要概括；

4. 实验内容及要求，即需要完成的任务；

5. 实验电路设计，包括原理图、测试方案等，要求在实验前完成；

6. 实验记录，记录实验具体步骤、原始数据、波形、实验过程、实验中遇到的故障现象、排除故障的过程和方法等；画波形时要画出坐标轴，并要标注波形的电压、时间参数；

7. 实验分析，对实验结果进行分析比对；

8. 实验思考题，如有，提交思考题答案；

9. 实验小结，总结实验完成情况，对设计方案和实验结果做必要的讨论，简述实验收获和体会；

报告提交：

报告提交形式：电子报告或纸质报告

提交时间：前七次实验，每次实验课结束一周提交，最后一次实验结束后三天内提交。报告提交地址：http://seu.olab.top/#/login

四、教学计划与进度

五、成绩考核方法

1. 预习预备、预习报告撰写：根据实验要求做好理论知识准备，预先设计好电路，完成预习报告；                                                               10%

2. 课堂验收：发现问题分析问题能力、实验故障排除能力、实验技能，回答问题情况，完成程度，完成速度与质量等；70%

3. 实验报告：格式正确、思路清晰合理、内容步骤完整、实验结果的误差分析等。20%

总评按优、良、中、及格、不及格五级分制评分。                            

6、软件下载

NI_Circuit_Design_Suite_13.0（Multisim13）：https://pan.seu.edu.cn:443/#/link/5B7920EE5225656B8E1CF3169A395883

实验一常用电子仪器的使用

一、实验目的：

1. 掌握示波器、信号源、数字万用表等常用电子仪器仪表的使用方法、注意事项和面板上主控制件的名称及作用；

2. 学习常用实验仪器设备的测量对象、范围、精度、用途；掌握其使用与调节方法；常见故障排除方法。

二、授课内容：

1. 本课程介绍；

2. 实验室入室要求、安全注意事项及实验操作规范；

1. 根据派位终端机分配的实验室和实验座位进行实验，严禁窜座；

2. 实验时，在关闭电源的状态下接线，接线完成后打开电源测量；

3. 保持实验室的整洁与卫生，不乱搬仪器；

4. 实验完毕，整理仪器、关闭设备电源后离开实验室，并刷卡结束本次实验；

3. 实验仪器的介绍，包括数字存储示波器、信号源、数字万用表的分类、应用范围、使用方法及注意事项。

三、预习要求

1. 了解几种典型信号的参数定义。

图1脉冲信号的参数定义图 2正弦波信号的参数定义

图3交直流叠加信号的参数定义

2. 阅读相关实验室的仪器说明书

四、实验内容：

1. 示波器校准信号的测试；

将机内的方波信号输入到CH1通道，用示波器测量这个信号，在坐标纸上记录波形，并标注好参数。测量数据记录到表1中并分析讨论。

测量方法：在屏幕上先读出波形垂直所占格数或水平所占格数，然后用“格数×倍率（V/DIV，S/DIV）”方式计算相应电压或时间。

表1机内标准信号的测量

实验结果分析讨论要点：

在这个实验中示波器的耦合方式需要选择DC 耦合，如果选择了AC耦合方式，测得的峰峰值、低电平电压、高电平电压各会有什么变化？为什么?

2. 脉冲信号测量

用信号源输出一个高电平为5V，低电平为0V，频率为100KHz的方波信号接到示波器的输入端，示波器探头上的衰减开关分别在“×1”和“×10”两种情况下，观察并记录波形及参数，填入表2中；

测量方法：使用面板上的“Measure”按钮，调出菜单，在显示屏上读数。

表 2脉冲信号测量

注意：

1）示波器探头的衰减开关默认在“×1”，如果开关拨到“×10”，则信号的电压被示波器探头的内部电路衰减到十分之一，所以最终测量值一定要×10。

2）注意菜单中探头倍率的设置，实际测量值是读数除以探头倍率。

3. 叠加在直流上的正弦波的测试；

调节函数发生器，产生如图4所示叠加在直流上的正弦波信号，其中直流分量为1V，交流分量峰峰值为5V，信号频率为1KHz。用示波器、万用表测出信号的相关参数，数据填入表3中。

测量方法：波形的峰峰值和周期用光标“Cursor”来测量，其余参数用“Measure”按钮来测量

图4叠加在直流上的正弦波

表3叠加在直流上的正弦波测量数据

注意：用示波器测量交流分量的有效值时示波器的耦合方式要选择AC。

实验技巧：

1. 用数字示波器测量波形的电压峰峰值、高电平、低电平、周期等参数时可以有三种方法：第一种方法是在屏幕上先读出波形垂直所占格数或水平所占格数，然后用“格数×倍率（V/DIV，S/DIV）”方式计算相应电压或时间；第二种方法是使用面板上的“MEASURE”按钮，调出菜单，在显示屏上读数；第三种方法是用光标“cursor”来测量。

2. 用“格数×档位（V/DIV）”方式测量信号高、低电平时的步骤：信号从某个通道输入后，将耦合方式调节到DC耦合，调节电压档位开关使得波形上下展开，调节上下位移旋钮使通道标记固定于某个标尺上，参考标尺读出高、低电平等电压值。

3. 探头检测

示波器的探头线接入波形以后，一般要将示波器面板上的部分旋钮作相应调整，比如根据被测信号电压大小调节CH1、CH2电压灵敏度旋钮，根据被测信号频率大小调节扫描速率等等。但如果出现的仍然是扫描线或者干扰杂波信号，最常见的是示波器探头和连接电缆损坏，此时应首先检查探头。探头故障绝大部分出现在学生使用中操作不当造成地线接触不良或断开。测量一根探头是否已经损坏可按以下步骤进行：

    ① 示波器输入耦合选择AC 或DC，电压灵敏度旋钮设置到500mv/DIV 或者更灵敏的档位；

    ② 用手指接触探头的尖端，如果有杂波出现则探头的信号线连接正常，如果显示的仍然是一条直线的话，则说明信号线可能开路了；

    ③如果②正常，再将探头的信号线和地线短接，再用手指接触探头的尖端，如果示波器上显示的是一条水平线，说明探头的地线正常，反之如果有很多杂波出现，说明探头的地线可能开路了;

    ④ 有时探头和电缆本身是好的，但是电缆和示波器的连接处接触不良，可以试着用手扶着连接处，重复上述测试。

4. 检查探头补偿是否合适，是否需要调整？

（a）过补偿的探头     （b）欠补偿的探头   （c）正确补偿的探头

图5探头调整信号

5. MEASURE方法测量脉冲信号电压参数时，注意参数的定义，见图6：

图6示波器有关电压参数的定义

实验二用multisim软件进行网络定理验证

一、实验目的：

1. 通过实验加深对参考方向、基尔霍夫定理、叠加定理、戴维南定理的理解；

2. 掌握用Multisim软件建立电路和直流电路的分析方法。

二、授课内容：

1. Multisim仿真软件的使用。

2. 基尔霍夫定理、叠加定理、戴维南定理验证实验方法。

三、预习要求

1. 下载安装Multisim软件及电子版使用说明；学习软件的使用方法，了解元件库、虚

拟仪器、建立电路及文件的相关操作。

2. 认真复习基尔霍夫定理、叠加定理、戴维南定理，并掌握实验验证方法

基尔霍夫电流定理（KCL）:任意时刻，流进和流出电路中节点的电流的代数和等于零，即∑I=0。

基尔霍夫电压定理（KVL）:在任何一个闭合回路中，所有的电压降之和等于零，即∑V=0。

叠加定理：在线性电路中，任一支路的电流或电压等于电路中每一个独立源单独作用（令其他独立源为零值）时，在该支路所产生的电流或电压的代数和。

戴维南定理：对外电路来讲，任何复杂的线性有源一端口网络都可以用一个电压源和一个等效电阻的串联来等效。此电压源的电压等于一端口的开路电压Uoc，而电阻等于一端口的全部独立电源置零后的输入电阻Ro。实验中往往采用电压表测开路电压Uoc，用电流表测端口短路电流Isc，等效电阻Ro等于开路电压Uoc除以短路电流Isc，即。

3. 计算实验内容中各测量值的理论值。

四、实验内容：

1. 基尔霍夫定理、叠加定理的验证

1）启动Multisim 软件

双击 Multisim图标，启动Multisim，看到其主窗口如图1所示。

图 1Multisim 主界面

2）创建电路

（1）按图2所示创建实验电路

图2实验电路

（2）选取元器件

单击元器件库栏的信号源库（PlaceSource），弹出相应对话框如图3所示，将

直流电压源DC_POWER、接地GROUND 放至电路工作区。

图 3信号源库

单击元器件库栏的基本器件库，选取电阻（Resistor）至电路工作区，如图4所示。图中电阻的旋转方法为鼠标指向该元器件，然后点击鼠标右键，在弹出的菜单栏上选择Rotate90° clockwise（顺时针旋转90°）

图4元器件旋转方法

（3）元器件参数的设置

双击一直流电压源图标，在弹出的对话框中，单击Value 标签，将标识（Label）设置为V1，数值（Value）设置为10V。同理双击另一个直流电源图标，标识（Label）设置为V2，数值（Value）设置为8V。（选择元器件时，可能会显示元器件的RefDes，可以在Display 标签下，选中Use component specificvisibility settings，然后将ShowRefDes 前面的√取消。同样方法可以取消不想显示的其他参数。）

双击电阻图标，弹出的对话框中，将三个电阻标识（Label）、数值（Value）分别设为R1、470Ω，R2、100Ω，R3、200Ω。

（4）导线的连接及删除

首先将鼠标器指向某个元器件的端点使其出现一个小圆点，按下鼠标左键并拖曳出一跟导线，拉住导线并指向另一个元器件的端点使其出现小圆点，释放鼠标左键即可完成导线的连接。

要删除一个导线，只需将鼠标指向要删除的导线，按下鼠标右键，在弹出的菜单栏上选择Delete即可删除。（也可用鼠标左键点击要删除的导线，用键盘Delete 键删除）

3）调用和连接测量仪表

（1）选择电压表电流表

单击元器件库的指示器件库（PlaceIndictor）,将电流表（AMMETER）、电压表（VOLTMETER）放置电路工作区。根据电路中位置需要，可以选择水平放置的仪表（如电流表水平放置，选择AMMETER_H）,垂直放置的仪表（AMMETER_V）。双击其图标，弹出的对话框中设置其参数，将电压表、电流表设置为直流仪表，即Value\Mode选择为DC。

图 5电压表电流表选择

（2）连接电压表

将电压表并接至电路中，其连接方法跟电阻连接方法相同。注意电压表方向与原理图

中电压参考方向一致，电流表方向也如此，应与原理图中电流参考方向一致。

（3）串接电流表

此时不需要把该支路的连接线断开，只要拖曳电流表，将其放置在该支路的导线上，

则电流表自动串入电路中。（此方法也适用于向已经连接好的电路中插入电阻等两端口

元件）。

图6电压表电流表的连接

4）点击仿真开关，启动模拟程序

（1）验证基尔霍夫定理：V1、V2同时作用，按表1用电压表和电流表测量各电阻两端电压和各支路电流，验证KCL、KVL。

表1测量数据

注意：测量过程中由于参考方向的选定，应确定其实际测量值的正、负符号

（2）验证叠加定理

V1单独作用：将V2的数值（Value）设置为0V。

V2单独作用：V1的数值（Value）设置为0V。

测得各个电阻两端电压和各支路电流值填入表1 中，验证叠加定理。

（3）将100Ω电阻改成型号为1N4009的二极管（正极连接到A 点上），验证KCL、KVL和叠加定理是否成立。

修改方法：双击100Ω电阻，点击弹出对话框左下角Replace…，Selecta Component 对话框中Group：，Component：1N4009，即用二极管代替100Ω电阻。

2. 设计电路，验证戴维南定理

（1）将图2 中电阻R3(200Ω)断开，测量电路A、B端口开路电压Uoc。

（2）将电阻R3 短路，测得AB 端口短路电流Isc，计算等效电阻Ro。

（3）调用直流电压源（DC_POWER），设置相应参数，使其Value（数值）等于测得的Uoc

的值；调用电阻，设置相应参数，使其Value等于计算的Ro的值。他们一起与R3(200Ω)串联成一个等效电路，用电压表和电流表测出电阻R3两端的电压和流过的电流，对比分析，验证戴维南定理。

5. 思考题

电流表的内阻参数默认值为1nΩ，电压表的内阻参数默认值为1MΩ，本实验中他们是否需要重新设置？应如何考虑他们对电路测试结果的影响？

实验三、电子元器件参数测试及交流特性分析

一、实验目的

1. 了解电流表电压表的物理模型，运用欧姆定律，通过对测量误差的分析、推理，掌握电流表内接法、电流表外接法等测量方法；

2. 通过对不同测量方法产生误差的估算、分析，建立技术方法存在适用范围的概念。

二、授课内容

1. 实验箱使用，面包板结构及使用；

2. 理想与实际电压表与电流表模型，数字万用表测量电压、电流方法；

三、预习要求

1. 查阅资料，了解并写出面包板用途及结构。

图1面包板结构

2. 查阅资料，了解电压表、电流表结构模型及特点。

电压表：电压计并联大电阻；电流表：电流计串联小电阻。

图2电流表、电压表结构

3. 了解电流表内接法、电流表外接法测量电阻方法及适用情况，并总结归纳。

图3电流表内接法、电流表外接法

4. 复习电容、电感的交、直流特性。

5. 写出电容容抗、电感感抗与频率的关系。

四、实验内容

1. 用数字万用表直接测量（10Ω、1MΩ）、电容（0.01μF）的参数；

2. 设计电路，进行电阻阻值的测量（10Ω，1MΩ）；

1. 选择合适的电源电压，分别用电流表内接和电流表外接两种方法测量每个电阻阻值；

2. 记录测量数据，对比分析测量误差及误差原因，并以提高测量精度为准则给出实验结论。

表1

3. 测量电容（0.01μF、330μH电感）

1. 选择信号源作为激励源，选择正弦波信号频率，计算相应容抗、感抗；

2. 选择电阻、电容，或者电阻、电感构成电路，接入激励源；

3. 选择测量方法，画出测量电路；

4. 在不同频率段分别测量并记录实验数据（各测两组数据），计算电容、电感的参数；

表2

5. 选择电阻、电容或者电阻、电感构成电路，自拟方案测试电容、电感的电压、电流相位关系。

实验四RLC电路频率特性测试及谐振电路分析

一、实验目的

1. 掌握低通、高通、带通、带阻电路的频率特性；

2. 学习测试低通、高通、带通、带阻电路频率特性及有关参数的方法；

3. 掌握Multisim软件中的交流分析功能测试电路的频率特性；

二、授课内容

1. RLC低通、高通、带通、带阻电路频率特性；

2. Multisim交流分析功能。

三、预习要求

1. 查阅相关资料，了解Multisim分析功能；

2. 复习一阶RC电路频率特性：

3. 完成实验内容2的设计;

4. 复习相关谐振电路的原理知识;

5. 理论计算内容4中RLC串联电路的谐振频率。

6. 试写出利用Multisim仿真功能判定RLC串联电路处于谐振状态的几种实验方法。

四、实验内容

1．用Multisim 分析功能测试一阶RC 低通电路的频率特性

（1）建立电路如图1。输入信号取信号源库（Sources）中的交流电压源(ACVoltage Source)，

双击图标，将其电压设置为1V，频率设置为1kHz。

图 1一阶 RC低通电路频率特性的测试

（2）测试电路的截止频率fo

测试前先进行显示电路节点号的设置。菜单栏Options/SheetProperties/Net names 下选中Showall，这样电路中的所有节点号会显示出来。如上图中节点1，2，接地端为节点0。利用Multisim软件的分析功能开始测试。选择菜单栏Simulate/Analyses/ACanalysis。弹出相应窗口如下图2。

图 2交流分析设置界面

在 Frequencyparameters 下设Start frequency 为1Hz，Stopfrequency 为10MHz，

Sweep type 为Decade（即幅频特性的横坐标为对数坐标），Numberof points per decade 为1000（即电路仿真时每10 倍频取1000 个采样点），Verticalscale 设为Linear。

切换到 Output栏，如下图，在Variables in circuit中选择电路输出端变量，点击Add，

（或直接双击输出端变量）即可添加到Selected variables foranalysis 中。

图3交流分析输出节点的选择

点击Simulate按钮进行频率特性分析。此时显示幅频特性和相频特性曲线。

图4频率特性曲线

鼠标点击幅频特性曲线，点击GrapherView工具栏，可以利用光标进行幅频特性参数的测量。上图左边Cursor显示数据为幅频特性曲线对应的参数。Cursor中x1、y1数据即为光标1横、纵坐标的读数，同样x2、y2数据为光标2横、纵坐标的读数。dx为光标2与光标127横坐标差值，dy为光标2与光标1纵坐标差值。

观察测出的幅频特性曲线，拖动光标2（也可以拖动光标1，方法相同），观察y2读数，

使y2读数非常接近0.707（即-20dB/十倍频频率点对应的网络函数的模值|H(jω)|）时，x2对应的值即为该电路截止频率f0。（为了更准确采样到0.707点，可以增加采样点数Numberof points per decade；也可以使用局部放大工具，框选需放大区域进行局部放大。点击恢复。）

鼠标点击相频特性曲线，点击GrapherView工具栏，会弹出相应的Cursor显示数据如下图5。

图5相频特性测量

图5左下边Cursor显示数据为相频特性曲线对应参数。

观察测出的相频特性曲线，在GrapherView的菜单栏选择Cursor/SetX value，在弹出的窗口中设置Cursor2的横坐标值为已测出的f0的值，点击ok，此时y2的值即为fo点对应的相位角（φ）的值，单位为°。（该方法可以快速测量已知频率点对应的φ或|H(jω)|。亦可通过Set Y value 快速测量f0）

图 6相频特性参数测量

（3）用上述方法分别测试0.01 fo、0.1fo、0.5fo、fo、5fo、10fo、100fo点所对应的|H(jω)|和φ的值。

表1一阶RC低通电路频率特性测量

将上述所测曲线和测量结果记入实验报告。

2．设计一阶高通电路，用Multisim 分析测试其频率特性

设计一个一阶高通电路，要求f₀在1KHz左右。设计电路，并分析测量电路f₀值。记

录电路频率特性曲线。

3．RLC串联谐振电路测量

（1）如图7所示电路，R=50Ω，L=1mH，C=22nF，激励电压4VRMS。

（2）用Multisim软件仿真，测量电路谐振频率大小，记录此时U_R、U_L、U_C值，并于理论值比较。

图7 RLC串联电路

注意：该实验中输入信号用信号源，示波器选择TEK示波器。

五、思考题

1. Multisim仿真电路中输入信号源起什么作用，改变信号源的参数对测试结果有无影响？

实验五 一阶电路时域响应的研究

一、实验目的

1. 掌握用示波器观测一阶电路阶跃响应的方法和时间常数τ的测量方法；

2. 研究一阶电路阶跃响应的基本规律和特点；

3. 研究电路参数对响应的影响；

4. 学习运用电路实现微分、积分的方法，并采用实验的方法验证理论

二、授课内容

1. 用示波器观测一阶电路阶跃响应的方法和时间常数的测量方法；

2. 积分电路、微分电路实现方法。

三、预习要求

1. 复习一阶RC电路的时域响应,掌握零状态响应、零输入响应、全响应的特点。

2. 复习RC电路方波响应及时间常数τ的测量方法。

3. 复习积分电路和微分电路及其输入信号的周期取值大小与时间常数τ的关系。

4. 确定实验内容1电路中电阻取值。

5. 按照实验内容2、3要求设计积分、微分电路，并算出相应的激励方波频率大小

四、实验内容

1. 研究RC电路的方波响应

实验电路如图1所示:要求电路时间常数τ=0.022ms。确定电路R参数。

图1

1. 适当选取激励信号频率（取T/2≥5τ），高电平电压为5V，低电平电压为0V的方波信号，用示波器观察测量并记录方波响应u_c(t)和i_c(t)波形，解释观察到的u_c(t)波形现象。

2. 按表1测出电路实际时间常数τ，并与理论值相比较。

表1

图2  

2. 积分电路

用手中已有元件设计积分电路，要求：τ=0.22ms，选取合适的输入方波频率，用示波器观察输出电压u₀波形，测量∆u₀、Us并计算∆u₀/Us比值。

图3积分电路

3. 微分电路

用手中已有元件设计微分电路，要求：τ=0.22ms，选取合适的输入方波频率，用示波器观察输出电压u₀波形，测量∆u₀、Us并计算∆u₀/Us比值。

图4微分电路

五、注意事项：

1. 积分电路中，即取；

2. 微分电路中，即取。

实验六交流阻抗参数的测量和功率因数的改善

一、实验目的

1. 掌握交流电、安全用电基础知识及电气设备使用操作规范；

2. 学习测量阻抗参数的基本方法，通过实验加深对阻抗概念的理解；

3. 掌握多功能表、单相自耦调压器等电工仪表的正确使用方法；

4. 学习感性负载电路提高功率因数的方法。

二、授课内容

1. 三相交流电、安全用电基础知识；

2. 强电实验操作规范；

3. 介绍电工台上相关功能模块、多功能表的使用；

4. 交流电路及其参数测量；

5. 感性负载电路提高功率因数的方法；

6. 电路接线演示。

三、预习要求

1. 查找资料，了解三相交流电、安全用电基础知识；

2. 复习正弦交流电路中电容、电感元件的复数、正弦量的相量表示；

3. 了解用三电压表法测量电阻、电感、电容、功率因数等交流阻抗参数测量方法；

4. 了解用三表法（电压表、电流表、功率表）测量电阻、电感、电容、功率因数等交流阻抗参数测量方法；

5. 理论计算分析实验内容（3）中Z1+Z2、Z1//Z2时电路的性质（容性电路还是感性电路）；

四、实验内容

1. 用三电压表法测量交流电路中的RLC元件阻抗值；

先将一已知电阻R与被测元件Z串联，如下图1（a）所示，当通过一已知频率的正弦交流信号时，用电压表分别测出电压U、U1和U2，然后根据这三个电压向量构成的三角形矢量图和U2分解的直角三角形矢量图，从中可以求出元件阻抗参数，如下图1（b）所示。这种方法称为三电压表法。

测量电路如图1所示，串联的已知电阻R为50Ω，Z1=10Ω+L（114mH）（208室为

Z1=10Ω+L（40mH），Z2=100Ω+C（10uF），按表1的内容测量和计算。

（a）测量电路（b）相量图

图1三电压表法

表1三电压表法

功率因数：

2. 用三表（电压表、电流表、功率表）法测量交流电路中的RLC元件阻抗值。

用交流电压表、交流电流表和功率表（本实验平台三表合一）分别测出元件Z两端电压U、电流I和消耗的有功功率P，并且根据电源角频率ω，然后通过计算公式间接求得阻抗参数。这种测量方法称为三表法，它是测量交流阻抗参数的基本方法。

按图2所示电路接线，将实验数据填入表2中。Z1=10Ω+L（电感量为114mH，内阻为26Ω）（208室为Z1=10Ω+L（40mH），Z2=100Ω+C（10uF）

图2三表法

表2三表法

注意：Z₁+Z₂和Z₁∥Z₂，应理论判别呈容性电路还是感性电路，是容性电路时只计算电容量的大小，是感性电路时只计算电感量的大小。

3. 功率因数的改善

仍按图2接线，并将电容10μF（24μF）并联在负载Z1两端。首先调节单相自耦调压器，使副方电压等于表2第一栏中测量出的电压值（负载为Z1时对应I=0.3A的电压值），然后测出I、P，计算cosφ，将实验数据填入表3中，并与不接电容前的负载功率因数相比较。

表3

六、思考题

（1）“并联电容”可以提高感性阻抗的功率因数，使用矢量图来分析并联的电容容量是否越大越好？

（2）使用矢量图分析Z1中串联的电阻阻值变化对功率因数的影响。

实验七 三相电路的研究及参数测试

一、实验目的

1. 学习判断三相电源的相序判定方法

2. 了解对称三相电路线电压与相电压、线电流和相电流之间的关系

3. 了解负载不对称星形联结时的中性线作用

4. 学会用三表法和二表法测量三相负载的有功功率。

二、授课内容

1. 介绍电工台上相关功能模块、仪表的使用；

2. 判断三相电源相序方法；

3. 三相照明电路Y和△联结时电压、电流、功率的测量方法；

4. 电路接线演示。

三、预习要求

1. 三相交流电路相关知识

2. 三相电源相序判断的方法，并简述原理。

3. 负载Y和△联结时的线电压与相电压的关系、线电流与相电流的关系

4. 负载功率的测量方法：二表法、三表法

四、实验内容

1. 按图1所示电路判定三相电源的相序。

图1相序指示器

2. 测量三相负载星形联结电路的电压、电流和负载功率，将实验数据填入表1中。

图2负载星形联结的电路

图3三功率表法联结电路

表1星形负载电路的测量

3. 测量三相负载三角形联结电路的电压、电流和负载功率，并填入表2中

图4负载三角形联结电路

图5二功率表法电路

表2三角形负载电路的测量

注意事项：

（1）表格中“40×2”是指2个40瓦的灯泡串联；

（2）多功能表改接线时，必须先关闭电源，然后将电流、电压线全部从电路中拆除后再重新接入电路，确保接线正确后再通电。严禁带电改接多功能表笔线，否则易将电流部分并接到电路中，引起短路，烧毁保险丝。

实验八三相异步电机及其继电接触器控制电路设计

一、实验目的

1. 了解并熟悉交流接触器、时间继电器、复合按钮等控制电器的结构、工作原理及其在控制电路中的应用；

2. 学习三相异步电动机控制电路的联接；

3. 三相异步电机控制电路设计。

二、授课内容

1. 介绍交流接触器、时间继电器、复合按钮等控制电器的结构、工作原理及其在控制电路中的应用；

2. 分析本实验中所有三相异步电动机控制电路的工作原理及其接线技巧；

3. 电路接线演示。

三、预习要求

1. 查阅资料，预习三相异步电动机控制电路相关知识：

1. 三相异步电机

当三相异步电机定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随电流的交变

而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。其磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势，

在电动势作用下，闭合的导条中就有电流。这电流与旋转磁场相互作用，而使转子导条收到电磁力。由于电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。

三相异步电动机定子绕组的出线端一般如图1-a 所示。其联结方法有Y 形和△形两种。分别如图1-b、c所示。

a）接线端子                  b）Y形联结               c）△形联结

图1定子绕组的Y形联结和△形联结

2. 继电接触器控制

由继电器、接触器、按钮等控制电器对电动机的启动、停止、正反转等的控制称为继电接触器控制。利用继电接触器控制可以使生产机械按规定的要求进行运作，同时又能对电动机和生产机械进行保护。

1）交流接触器

利用电磁吸力来工作。由一个铁心线圈吸引衔铁动作，还有3个主触点和若干个辅助触点。主触点串接在主电路中，利用接触器线圈的通、断电，使电动机接通或断开电源。也就是利用接触器线圈的小电流的通断来控制电动机主电路大电流的通断，实现了电动机自动控制。线圈和辅助触点接在控制电路中，可按自锁和互锁的要求来联接。也可起接通或断开控制电路某分支的作用。接触器还可以起欠电压保护作用。选用时应注意其额定电流、线圈电压及触点数量。线圈接通电源（线圈得电），接触器全部常闭触点均断开，全部常开触点均接通；线圈断电（失电），常闭触点恢复闭合，常开触点恢复断开。

图2交流接触器

2）热继电器

主要由发热元件、感受元件和触头组成。利用电流的热效应而动作的自动电器。发热元件串接在主电路中，常闭触头接在控制电路中。当电动机长期过载时，主电路中的发热元件通过感受元件使接在控制电路中的常闭（动断）触头断开，使接触器线圈失电，电动机主电路断开，起过载保护作用。注意由于热惯性，热继电器不能起短路保护作用。（用熔断器对电动机进行短路保护）。选用热继电器时，应使用额定电流与电动机的额定电流基本一致。

3）时间继电器

是按照所整定的时间间隔长短进行动作的继电器，常用的有空气式时间继电器。它是利用空气阻尼的原理制成。空气式时间继电器结构简单、延时范围大，得到广泛应用。时间继电器有瞬时触头和延时触头。注意不要接错。

在控制线路原理图中，所有控制电器的触头都处于静态时位置，即电器没有通电时所处的状态。按钮处于不受外力作用时的位置。

图3时间继电器

3. 三相异步电动机的继电接触器控制

1）在电动机继电接触器控制中，有时要求某电器加信号后能自动保持其动作后状态，即具有自锁作用。这种自锁作用是实现电动机连续运转的基本环节。

2）三相异步电动机的定子绕组通入三相交流电便会产生旋转磁场。磁场旋转方向取决于三相交流电的相序，改变相序，即可改变磁场旋转方向，从而改变电动机的转动方向。

3）大容量的异步电动机起动时要降压，用以降低启动电流，减少对供电系统的影响。常用Y-△启动方法。对于正常运行时定子绕组三角形联结的电动机，启动时先将定子绕组接成星形，等转速增加到一定要求时，再改为三角形。其起动电流可降为直接起动时的1/3，但起动转矩也减小到直接起动时的1/3。

2. 分析图4、图5、图6的工作原理。

四、实验内容

1. 设计一个三相异步电动机的直接起动控制电路（具有自锁功能）；

2. 设计一个三相异步电动机的正反转控制电路；

3. 设计一个三相异步电动机的Y-△起动控制电路。

实验指导：

（1）直接起动控制电路

1. 异步电动机的点动

按图4所示，主电路和控制电路，合上三相交流电源开关Q，按起动按钮SB2，观察电动机的点动控制情况。

2. 异步电动机带自锁功能的直接起动控制

断开电源开关Q，将常开辅助触头并联在SB2两端，如图4所示的虚线部分。重新合上电源开关Q，按下起动按钮SB2，观察电动机的运行，了解自锁功能，运行正常时，按下停止按钮SB1，电动机停转，然后断开电源。

图4直接起动控制电路

（2）三相异步电动机的正反转控制

图5三相异步电动机的正反转控制电路

（3）Y-△起动的控制电路

按图6所示连接电路，进行异步电动机的Y-△起动实验，观察电动机的起动情况。

图6电动机Y-△起动的控制电路