电工技术实验指导书

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1、实验一 基本电工仪表的使用及测量误差的计算一、实验目的1. 熟悉实验台上各类电源及各类测量仪表的布局和使用方法。2. 掌握指针式电压表、电流表内阻的测量方法。3. 熟悉电工仪表测量误差的计算方法。二、原理说明1. 为了准确地测量电路中实际的电压和电流，必须保证仪表接入电路后不会改变被测电路的工作状 态。这就要求电压表的内阻为无穷大；电流表的内阻为零。而实际使用的指针式电工仪表都不能满足上 述要求。因此，当测量仪表一旦接入电路，就会改变电路原有的工作状态，这就导致仪表的读数值与电 路原有的实际值之间出现误差。误差的大小与仪表本身内阻的大小密切相关。只要测出仪表的内阻，即 可计算出由其产生的测量误

2、差。以下介绍几种测量指针式仪表内阻的方法。2. 用“分流法”测量电流表的内阻如图1-1所示。A为被测内阻(RA)的直流电流 表。测量时先断开开关S,调节电流源的输出电流I 使A表指针满偏转。然后合上开关S,并保持I值不 变，调节电阻箱RB的阻值，使电流表的指针指在1/2B满偏转位置，此时有J Ra=RB/R1比为固定电阻器之值，RB可由电阻箱的刻度盘上读得。图1-11B3. 用分压法测量电压表的内阻。图 1-2如图1-2所示。V为被测内阻(RV)的电压表。测量时先将开关S闭合，调节直流稳压电源的 输出电压，使电压表V的指针为满偏转。然后 断开开关S,调节rb使电压表V的指示值减半。 此时有：r

3、v=rb+R电压表的灵敏度为：S=RV/U (Q/V) o式中U为电压表满偏时的电压值。4仪表内阻引起的测量误差(通常称之为方 法误差，而仪表本身结构引起的误差称为仪表基 本误差)的计算。R1(1)以图1-3所示电路为例,叫上的电压为R11U,若 R严R2，贝IUR1= U。Ri+R212R1 2现用一内阻为RV的电压表来测量UR1值，当RVR1RV与R并联后，Rab=，以此来替代Rv+R1RvRR2 AR1B上式中的R1，则得UR1 =Rv+R图1-3RvR1Rv+R1卜R2绝对误差为AU=UR1UR1 = U(RvR1Rv+R1RVR1Rv+RR1+ R21R1 + R2)R2 1R U化

4、简后得AU=JRv(R2 1 + 2R1R2+R2 2)+R1R2(R1+R2)U若 R=R2=Rv，则得AU =6相对误差AU% =UR1UR1-U/6X100%=X100% = 33.3%UR1U/2由此可见，当电压表的内阻与被则电路的电阻相近时，测量的误差是非常大的。(2)伏安法测量电阻的原理为：测出流过被测电阻RX的电流IR及其两端的电压降XRUR,则其阻值Rx=Ur/Ir。实际测量时，有两种测量线路，即：相对于电源而言，电流表 RX R RA (内阻为RA)接在电压表V (内阻为Rv)的内Q；A接在V的外测。两种线路见图 1-4 (a)、 (b)。由线路(a)可知，只有当RXVVRv

5、时，Rv的分流作用才可忽略不计，A的读数接近 Xvv于实际流过RX的电流值。图(a)的接法称为电流表的内接法。由线路(b)可知，只有当RxRa时，RA的分压作用才可忽略不计，V的读数接近于 RX两端的电压值。图(b)的接法称为电流表的外接法。X实际应用时，应根据不同情况选用合适的测量线路，才能获得较准确的测量结果。以下举一实例。在图 1-4 中，设：U=20V, Ra=1OOQ，RV=20KQ。假定 RX 的实际值为 1OKQ。 如果采用线路(a)测量，经计算，A、V的读数分别为2.96mA和19.73V，故Rb19.73宁2.96=6.667(KQ ),相对误差为：(6.66710)宁 10

6、X100=33.3 (%)如果采用线路(b)测量，经计算，A、V的读数分别为1.98mA和20V，故R =201.98=10.1(KQ ),相对误差为：(10.1 10)宁 10X100=1 (%)XRX三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V二路左中2可调恒流源0500mA1左中3指针式万用表MF-47或其他1自备4可调电阻箱09999.9Q1DGJ-055电阻器按需选择DGJ-05四、实验内容1. 根据“分流法”原理测定指针式万用表（MF-47型或其他型号）直流电流1mA和 10mA档量限的内阻。线路如图1-1所示。RB可选用DGJ-05中的电阻箱（下同）。B被测电

7、流表量限S断开时的表 读数（mA）S闭合时的表 读数（mA）)（R1）计算内阻RA （Q ）0.5 mA10005 mA2002.根据“分压法”原理按图1-2接线，测定指针式万用表直流电压1V档量限的内阻。被测电压表 量限S闭合时表读 数（V）S断开时表读 数（V）（KB）(Ki)计算内阻RV（KQ ）S (Q /V)1V103.用指针式万用表直流电压1V档量程测量图1-3电路中比上的电压UR1之值，并计1R1算测量的绝对误差与相对误差。UR2R1(KbV)计鑒实测值UR1(V)绝对误差 U相对误差 （ U心）X100%1.2V10KQ50KD五、实验注意事项1在开启DG04挂箱的电源开关前，

8、应将两路电压源的输出调节旋钮调至最小（逆时 针旋到底），并将恒流源的输出粗调旋钮拨到2mA档，输出细调旋钮应调至最小。接通电 源后，再根据需要缓慢调节。2. 当恒流源输出端接有负载时，如果需要将其粗调旋钮由低档位向高档位切换时，必 须先将其细调旋钮调至最小。否则输出电流会突增，可能会损坏外接器件。3. 电压表应与被测电路并接，电流表应与被测电路串接，并且都要注意正、负极性 与量程的合理选择。4. 实验内容1、2中，比的取值应与RB相近。1B5. 本实验仅测试指针式仪表的内阻。由于所选指针表的型号不同，本实验中所列的电 流、电压量程及选用的RB、R,等均会不同。实验时应按选定的表型自行确定。B1

9、六、思考题1. 根据实验内容1和2,若已求出0.5mA档和2.5V档的内阻，可否直接计算得出5mA 档和10V档的内阻？2. 用量程为10A的电流表测实际值为8A的电流时，实际读数为8.1A，求测量的绝对 误差和相对误差。七、实验报告1. 列表记录实验数据，并计算各被测仪表的内阻值。2. 分析实验结果，总结应用场合。3. 对思考题的计算。4. 其他（包括实验的心得、体会及意见等）。Is=Us/RoRLUs；【sRo Ro=1/gogo=1/RoArl实验二 电压源与电流源的等效变换一、实验目的1. 掌握电源外特性的测试方法。2. 验证电压源与电流源等效变换的条件。二、原理说明1. 一个直流稳压

10、电源在一定的电流范围内，具有很小的内阻。故在实用中，常将它视 为一个理想的电压源，即其输出电压不随负载电流而变。其外特性曲线，即其伏安特性曲 线U=f（I）是一条平行于I轴的直线。一个实用中的恒流源在一定的电压范围内，可视为一 个理想的电流源。2. 一个实际的电压源（或电流源），其端电压（或输出电流）不可能不随负载而变， 因它具有一定的内阻值。故在实验中，用一个小阻值的电阻（或大电阻）与稳压源（或恒 流源）相串联（或并联）来摸拟一个实际的电压源（或电流源）。3. 一个实际的电源，就其外部特性而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一 个电流源。若视为电压源，则可用一个理想的电压源Us与一个电

11、阻Ro相串联的组合来表 示；若视为电流源，则可用一个理想电流源Is与一电导g相并联的组合来表示。如果这两 种电源能向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，贝I称这两个电源是等效的，即 具有相同的外特性。一个电压源与一个电流源等效变换的条件为：Ro 二 1/ go。如图5-1所示。I =U /R，g =1/R 或 U =IR，s s o oos s图5-1三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源030V1左中2可调直流恒流源0500mA1左中3直流数字电压表0300V1上左4直流数字毫安表0500mA1上左5万用表1自备6电阻器51Q，200Q510Q，1KQDGJ-057可

12、调电阻箱099999.9Q1DGJ-058实验线路四、实验内容1. 测定直流稳压电源与实际电压源的外特性(1)按图5-2接线。Us为+ 12V直流稳压电源(将R0短接)。调节R2,令其阻值由大至 小变化，记录两表的读数。图5-2图5-3R2(Q)10008006004002001000U(V)I (mA)(2)按图5-3接线，虚线框可模拟为一个实际的电压源。调节R2,令其阻值由大至小 变化，记录两表的读数。R2(Q)10008006004002001000U (V)I (mA)2. 测定电流源的外特性按图5-4接线，Is为直流恒流源，调节其输出为10mA,令R分别为1KQ和即接O入和断开)，调

13、节电位器 (从0至1KQ )，测出这两种情况下的电压表和电流表的读 数。自拟数据表格，记录实验数据。3. 测定电源等效变换的条件 先按图5-5 (a)线路接线，记 录线路中两表的读数。然后利用图 5-5(a沖右侧的元件和仪表，按图 5-5(b)接线。调节恒流源的输出电流 IS，使两表的读数与5-5(a)时的数值相等，记录Is之值，验证等效变换 条件的正确性。图5-4Is120 Q(a)(b)图5-5五、实验注意事项1. 在测电压源外特性时，不要忘记测空载时的电压值，测电流源外特性时，不要忘 记测短路时的电流值，注意恒流源负载电压不要超过20伏，负载不要开路。2. 换接线路时，必须关闭电源开关。3. 直流仪表的接入应注意极性与量程。六、预习思考题1. 通常直流稳压电源的输出端不允许短路，直流恒流源的输出端不允许开路，为什 么？2. 电压源与电流源的外特性为什么呈下降变化趋势，稳压源和恒流源的输出在任何 负载下是否保持恒值？七、实验报告1. 根据实验数据绘出电源的四条外特性曲线，并总结、归纳各类电源的特性。2. 从实验结果，验证电源等效变换的条件。3. 心得体会及其他。IURluc实验三 正弦稳态交流电路相量的研究、实验目的1. 研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。2. 掌握日光灯线路的接线。图 11-1丄 220V图 11-