《电工学》实验教案 冀晓群
实验一电工测量仪表的使用 实验目的 1.学习常用机电式电工仪表的工作原理及分类。 2.学握使用常用电工仪表测量电流、电压、功率及电阻的基本方法， 二、仪表分类、原理及使用方法 1,省读式机电仪表的分类和符号， )按被测量的种类分，可分为电流表，电压表、功率表，频率表、相位表等。 (2)按作用原理分，可分为磁电式、电感式、电动式、磁电整流式等 (3)按仪表准确度分，可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等级。 2.儿种常用电工仪表型式的工作原理。 (1)做电式仪表 载流线圈与水久磁铁的磁场相互作用产生转动力矩，带动指针偏转， (2)电磁式仪表 指针、弹簧及动铁片组成一当被测电流通过线圈时产生磁场，使动铁片和定铁片同时磁 化，并且相常近部分是同一极性。由于同极相斥，使动片带动指针偏转。 (3)电动式仪表 测量时固定线圈和可动线圈均有电流流过，根据两载流线圈相互作用原理，使可动线圈 偏转并带动指针偏转 3.电学量的测量： (1)电流的测量 测量电路中的电流值要按被测电流的种类及量值的大小选择合适量程的交流电流表或 官流电流表。要将电流表串联在被测电流的中路中，则量直流由流时还应注意电流表的正负 极性。使用时将各插口分别串入各被测电路，即可测出各电路中的电流。 ②)电压的测 测量电路中的电压值时，可按被测电压的种类和人小来选择合适量限的直流电压表或交流电 压表。测量直流电压时还应注意电压表的正、负极性。 (3)功率的测量 使用功率表应根据功率表上所注明的电压、电流量限，将电流线圈（固定线圈）串联在 被测电路中，电压线圈（可动线圈）并联在被测电路的两端 功率表一般有两个电流量限，两个或多个电压量限，以适应测量不同负载功率的需要， 其中有“幸”号的为公共端。 在选用不同电流量限和电压量限时，每一分格代表不同的瓦数，在读数时要注意实际值 与指针示数间的换算关系。 功率表每格表示的功率为 瓦/格=Nm (1-2) 式中：Um一电压线圈的量限值 Im—电流线圈的量限值 N。一功率表满刻度格数
被测功率的数值为 UnIm P=Nm XN (1—3) 式中：N 一功率表指示格数 在被测电路功率因数CosC中很低时，应选用低功率因数功率表.低功率因数功率表的 使用方法与普通功率表相同.其每格瓦特数为： 瓦/格= U I cos m() N 式中C0S中，表示仪表在满刻度时的额定功率因数，此值标注在表盘面上。 (④万用表的使用（电阻的测量 用万用表测量电阻时，应将转换开关旋至欧姆档的某一档位（如×10档， ×1K档 在测量电阻之前，应进行调零，即将两支表笔短接（外测电阻为零），调节“Q零位调节 旋钮，使表头指针对准电阻为零的刻度处。然后把表笔分别接到被测电阻的两端，从“口” 刻度尺上读取数值，将读数乘以电阻倍率，即可得到被测电阻的值。 测量线路电阻时还应注意： (①)被测电阻不能带电 否则容易损坏电表 ()测量电路中的电阻时，一定要将其一端从电路断开，以防电路中还并有电阻。 (D测量电阻时，不要用手同时触及电阻两端，以防将人体电阻并在被测电阻上 三、实验内容及步骤 1,记录本实验台配备的一块直流电压表、一块直流电流表、一块交流电压表、一块交 流电流表的表盘符号，并说明其意义 2.选用本实验台配备的交流电压表测量实验台上三相交流电源输出端的各线电压和相 电压。 项目 UV VW VN N 电压（一 3.用交流电压表监视从实验台调乐器输出20伏和25伏交流电压，并接到整流器上 选用直流电压表，测量输出的直流电压 交流输入电压 直流输出电压 20 25 4.选三相灯泡负载、电流测量插口单元板和电原箱的调压器。从调压器输出220伏交 流电压，改变每组灯泡数，测量灯泡两端电压，并用电流插头测量电流【和1。 第一组三多 第一组二盏 第二组一盏 第二组二盏 U AS U U sc
5.测量灯泡的实际消耗掉电功率。 标示功率 60n 120m 180W 实际功率 6、选择欧姆档中的合适倍率，测量动态电路电路单元板各电阻的阻值。 R1 R2 R3 R4 R5 四、重点难点 1.功率表的使用」 2.串联灯泡的亮度变化。 3.指针式万用表使用方法 五、实验报告要求 1.写好实验总结 2.提出改进意见
实验二 提高仪表测量精度的方法 一、实验目的 1.进一步了解电压表、电流表的内阻在测量过程中产生的误差及其分析方法 2.掌振减小因仪表内阻所引起的测量误差的方法 二、原理说明 减小因仪表内阻而产生的测量误差的方法有以下两种 1.不同量限两次测量计算法 当电压表的灵敏度不够高或电流表的 内阻太大时，可利用多量限仪表对同一被 测量值用不同量限进行两次测量，用所得读 6 数经计算后可得到较准确的结果。 如图2-1所示电路，欲测量具有较大 Us 内阻R的电动势Us的开路电压Uo时，如 果所用电压表的内阻R,与R相差不大时， 将会产生很大的测量误差。 图2-1 设电压表有两档量限，U1、U,分别为在这两个不同量限下测得的电压值，令R,和R 分别为这两个相应量限的内阻 则由图2-1可得出 U= XUs U,= Ro+Rv2 ×Us Ro+R 由以上两式可解 1R其中Us(即U)为： UjRv2-U2R. 由此式可知 当电源内阻R与电压表的内阻R相差不大时 通过上述的两次测量结 果，即可计算出开路电压U。的大小，且其准确度要比单次测量好得多。 对于电流表，当其内阻校大时，也可用 R 类的方注测房纹准路的结是。如固之足示 电路，不接入电流表时的电流为1 R 接入为组为的电表A时电路中的电 流变为 R+R 如果RA=R,则=2，出现很大的误差 图2.2 如果用有不同内阻R1、R2的两档量限的电流表作两次测量并经简单的计算就可得到 较准确的电流值。 按图22电路，两次测量得 h R+RAI R+RAz Us Iil2(RAI-RA2) 由以上两式可解得Us和R,进而可得：= R IRAI-12RA2
2.同一量限两次测量计算法 如果电压表（或电流表）只有一档量限，且电压表的内阻较小（或电流表的内阻较大） 时，可用同一量限两次测量法减小测量误差。其中，第一次测量与一般的测量并无两样。第 二次测量时必须在电路中串入一个已知阻值的附加电阻 ()电压测量一测量如图2-3所示电路的开路电压U。 设电压表的内阻为R。第一次测量，电压表的读数为U。第二次测量时应与电压表申 接一个已知阻值的电阻器R,电压表读 数为U2,由图可知 R,Us U= U2= R.+R. R+R十R 由以上两式可解得Us和R,其中Us(即U)为： RUU2 Us=U= 图2-3 R.(U:-U2) (2)电流测最 一测最如图2-4所示电路的电流1 设电流表的内阻为RA。第一次测量电 流表的读数为1。第二次测量时应与电流 表串接一个己知阻值的电阻器R,电流表 读数为2 Us 1h 12 Us 1= 图2-4 R。2(RA+R)-IRA 由以上分析可知，当所用仪表的内阻与被测线路的电阻相差不大时，采用多量限仪表不 司量限两次测量法或单量限仪表两次测量法，通过计算就可得到比单次测量准确得多的结 果。 三、实验内容和步骤 1,双量限电压表两次测量法 按图2-3电路，实验中利用实验台上的一路直流稳压电源，取U5=2.5V,R选用50K Q(取自电阻箱。用指针式万用表的直流电压2.5V和10V两档量限进行两次测量，最后算 出开路电压U'。之值 U”。的相对误差 万用电 内阻值 两个 (V) (KQ) (V) (V) (V ( (%) 2.5 10 R25V和R1v参照实验一的结果。 2.单量限电压表两次测量法
实验线路同上。先用上述万用表直流电压2.5V量限档直接测量，得U1。然后申接R 10K2的附加电阻器再一次测量，得U2。计算开路电压U'。之值。 U的相 实际计算值 两次测量值 测量计算值对误差U。的相对误若 (%) 3.双量限电流表两次测量法 按图2-2线路进行实验，Us=0.3V,R=300(取自电阻箱)，用万用表0.5mA和5mA 两档电流量限进行两次测量，计草出电路的由流值· 两个 万 内阻值 的 电路计算 两次测量 计算值1 的相对误差 量值 () (mA) (A) (%) mA 0.5mA 5mA R幻.5mA和RmA参照实验一的结果 4.单量限电流表两次测量法 实验线路同3。先用万用表0.5A电流量限直接测量，得1，再中联附加电阻R=30 进行第二次测量，得2。求出电路中的实际电流「之值。 实际计算值 两次测量值 测量计算值1，的相对误差T的相对误差 (mA) (mA) （mA) (mA) (%) () 四、实验注意事项 1.同实验一 2.采用不同量限两次测量法时，应选用相邻的两个量限，且被测值应接近于低量限的 满偏值。否则，当用高量限测量较低的被测值时，测量误差会较大。 3.实验中所用的MF47型万用表属于较精确的仪表。在大多数情况下，直接测量误差 不会太大。只有当被测电压源的内阻>1/5电压表内阻或者被测电流源内阻<5倍电流表内 阻时，采用本实验的测量、计算法才能得到较满意的结果。 五、实验报告要求 1.完成各项实验内容的计算 2.实验的收获与体会
实验三研究LC元件在直流电路和交流电路中的特性实验 一、实验目的 1,研究电感元件和电容元件在直流电路和交流电路中的不同特性。 2.加深正弦交流电路中相量和相量图概念的理解。 二、实验原理 线性电8元件上的电压、电流关系为着=L 如果电感元件L接在交流电路中，则它的动态性质就表现为感抗(L=L)的形式。感 抗与频率成正比，随频率的增高而增大，表明电感在高频下有较大的感抗：当0=0（即 直流)时，X,=L=0,电$相当于短路线。 线性电容元件上的电压和电流关系为1=c d 如果将电容元件接在交流电路中，它的动态特性就表现为容抗(X。= C)的形式，容抗 与频率成正比。当0→∞时，X。→0，即相当于短路：而当o=0(直流)即电容相当于 开路 在正弦交流电路中，电压、电流都是用相量表示的。基尔霍夫定律的相量形式为 EU-o 三、实验内容和步骤 1,电容C取自动态 电路单元板上的4uF电容器。 灯泡亮度 电流(A) 1(w) U2(V) 直流S闭合 220vS打开 交流 S利合 220V S打开 2.测电感（镇流器 灯泡亮度 电流(A)U1(V) U2(V) 直流 S闭合 220V s打开 交流 S闭合 220v S打开 3.将图中的电容器C,换成电感L(本实验用镇流器，实为L与r串联)重复步環1和2
的实验内容。 测量项目U 2 12 数据 四、重点难点 1.电容在直流电路中的测量 2.电感在交流电路中的测量。 五、实验报告要求 对实验1、2、3步骤中所观察到的现象及测量的数据作出解释，说明【、C元件在 直流和交流电路中所表现的不同特性
实验四交流电路的参数测定 一、实验目的 1.学会用交流电压表、交流电流表和功率表测量元件的交流等 效参数的方法。 2.学会功率表的接法和使用。 二、原理说明 1.正弦交流信号激励下的元件值或阻抗值，可以用交流电压表、 交流电流表及功率表分别测量出元件两端的电压U、流过该元件的电 流I和它所消耗的功率P,然后通过计算得到所求的各值，这种方法 称为三表法，是用以测量50Hz交流电路参数的基本方法。 计算的基本公式为： 用抗的权小号， 电路的功率因数cos中=历 ti这 (a) 图4一1 等效电阻R==|Z|cos中，等效电抗X=|Z|sin中 如果被测元件为一个电感线圈，则有X=X=|Z|sin中=2πf到 如果被测元件为一个电容器，则有X=Xc=|Z|sin中= 2xC 如果被测对象不是一个元件，而是一个无源一端口网络，虽然也 可从U、I、P三个量中求得R=|Z|cos中，X=|Z|sin中，但无法 判定出X是容性还是感性。 2、阻抗性质的判别方法 在被测元件两端并联电容或串联电容的方法对阻抗性质加以判别，原 理与方法如下： (1)在被测元件两端并联一只适当容量的试验电容，若串接在路中电 流表的读数增大，则被测阻抗为容性，电流减小则为感性