电工试验箱指导书TPE.docx
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电工试验箱指导书TPE.docx
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电工试验箱指导书TPE
使用说明书
本实验箱基本涵盖了高等院校教材《电工学》及《电路分析》中的实验部分,可满足各类高、中等院校及职业技术院校开设的电工典型实验内容。
本实验箱采用模块单元化和元件库相结合的板面构成,全部采用欧洲标准的安全插座和安全实验导线,其使用寿命长、高绝缘可有效预防触电隐患。
该机采用正面贴膜,并印有元件符号及主要的参数便于学生识别。
实验箱结构紧凑实用直观,安全可靠,能有效培养学生的动手能力,其维修方便简捷。
一、技术性能及指标
1.电源:
三相AC220V,单相可调AC0~250V调压器500VA
2.三相负载25W/230V白炽灯6个
3.日光灯电感式15W
4.安全导线1mm2×1m最大电流16A
5.安全插座φ12×21×1030A
6.单相变压器220V/36V50VA
7.电流插座最大允许电流3A
8.电容器启动电容1μf/500V、2μf/500V、4μf/500V各3个,误差±5%
9.大功率电阻1K/100W一只,误差±5%
10.三刀双位开关一个,380V/3A
11.单刀双位开关一个,220V/3A
二、使用方法
1.了解整个实验箱所用实验区域,检查所用实验区域线路通断及各个元件的好坏;
2.在实验开始之前请认真阅读实验指导书,了解注意事项和预习内容;
3.连接电源开始实验。
将三相变压器旋转到“0”的位置,查看三相变压器的接线方式(或者由实验室直接供给),并用各颜色的安全导线与实验箱的电源部分对照颜色相连;
4.有些实验只用一路电源,请理解后再连接,不要短路。
三、维护及故障排除
1.维护
1.1所有实验必须把电路搭接完毕之后才可通电;
1.2搭接之前检测所实验区域的元件好坏和线路通断;
1.3防止用力过大造成安全插座松动;
1.4防止细小的物体掉进安全插座;
1.5实验完毕应把实验面板上所有的安全导线拔出,按实验老师要求放在指定的位置,以便下次实验的顺利进行;
1.6实验箱用毕要盖好,防止灰尘和杂物进入箱内。
2.故障排除
拧下实验板边缘8个自攻螺钉,即可将实验板与箱体分离。
注意:
打开实验板时必须在拔下电源插头的情况下!
序号
故障现象
排除方法
1
电源部分无电压
查看保险管是否烧毁、变压器是否有电压输入、从变压器到实验箱的连线是否相通、市电是否有电。
2
安全插座松动
切断电源打开面板把该座拧紧。
发现损坏及时更换。
3
日光灯频闪无法正常工作
查看调压器输出端电压是否为日光灯的额定电压220V、查看启辉器是否接触良好。
4
电流插座不正常
检查电流插座的好坏、检测电路有无接错、电流表的好坏。
四、随机附件:
单台
序号
名称
型号及规格
数量
备注
1
安全导线
红、绿、黄、兰、黑
共30根
实验用
2
安全导线
红色一插头
(带黄叉、兰叉)
0.75米
共2个
功率表、功率因数表各一根分别为进线端
3
安全导线
红色,有一插头(带黄叉)
0.75米
共2个
功率表、功率因数表各一根分别为出线端
4
安全导线
绿色,有一插头
(带兰叉)
0.75米
共2个
功率表、功率因数表各一根分别连接两表N线
5
安全导线
黄、绿、红、蓝色
长2米
各1根
实验箱电源部分和调压器之间的连线
6
电流插头
红,绿双绕
1套
两插头和电流表相连非常方便的测电流
7
保险管
1A/250V
7个
8
保险管
0.5A/250V
1个
五、实验内容
1.用三表法测量单相交流参数
2.同名端的测试
3.互感电路实验
4.带铁芯单相变压器特性实验
5.日光灯功率因数的提高(正弦稳态交流电路向量的研究)
6.三相交流电路负载电流、电压测量
7.三相交流电路相序测量
8.三相交流电路功率的测量
9.三相负载功率因数测量
六、仪器配置
1.三相调压器(或实验室中心控制柜给定)1台
2.单相交流调压器0~250V500VA1台
3.单相功率表0.5A~1A1台
4.单相电流表0.5A~1A1台
5.单相电压表150~300~600V1台
6.单相功率因数表0.5A~1A/220V1台
7.万用表1块
目录
实验一三表法测量单相交流参数4
实验二互感电路实验7
实验三带铁芯单相变压器特性10
实验四日光灯功率因数的提高15
实验五三相交流电路负载电流、电压测量20
实验六三相交流电路功率的测量26
实验一三表法测量单相交流参数
一、实验目的
1.学习使用交流电压表、电流表和功率表测量元件的交流等效参数
2.了解电路阻抗的性质
二、实验设备与器材
1.单相交流自耦调压器(0~250V)一台
2.交流电压、电流表各一块
3.低功率因数瓦特表一块(0.5A—1A/150V—300V—600V)
4.15W镇流器一个
5.高压电容4μF/500V一个
6.1KΩ/100W大功率电阻一个
7.安全导线若干
8.万用表一块
三、预习任务
1.复习正弦交流电路中RL串联、RC串联及并联的简单二端网络的伏安特性和功率的计算,熟练掌握阻抗三角形电压三角形并应用向量图分析各物理量之间的关系。
2.了解实验箱和实验用的仪器仪表的功能及使用方法。
3.了解应有的测量值及计算值。
四、原理说明
1.交流电路中元件的阻抗值或无源一端口网络的等效阻抗值,可用交流电压表、交流电流表和功率表分别测出元件(或网络)两端的电压U、流过的电流I和它所消耗的有功功率P再通过计算得出其关系式为:
阻抗的模∣Z∣=U/I
功率因数
无功功率
等效电阻
这种测量方法简称三表法,它是测量交流阻抗的基本方法
2.用示波器观测阻抗元件的电流及端电压之间的相位关系,若电流超前电压负载为容性。
若电流滞后于电压负载为感性。
也可电路中接入功率因数表,从表上直接读出被测阻抗的COSΦ值,读数超前为容性,读数滞后为感性;还可在被测元件两端并联一只小电容,若电流读数增大,则所测的元件为容性,若电流表读数小,则所测的元件为感性,实验电容器的容量C´可根据下列不等式选定:
式中:
—实验电容的容纳
b—被测元件的等值电纳
3.前述交流参数的计算公式是在忽略仪表内阻的情况下得出的和伏安法类似。
三表法也有两种接法如图1—1
图1-1
3.1低功率因数瓦特表是用来测量功率因数比较低的交流电路中的功率,也可用来测量直流电路中的小功率。
3.2普通功率表是按额定电压Um、额定电流Im及额定功率因数COSФm=1的情况下进行刻度的,也就是当被测功率P=UmIm时功率表指针有满刻度偏转。
五、实验内容
1.设计出用三表法测量感性元件和容性元件交流参数的电路,把测量结果记录于表1-1中(在这里不允许用电感表和电容表测量L或C)
2.测量电感元件A、电容元件B的交流参数按图接线,调节调压器使电流表的读数为≤0.2A,测量数据U、P
3.分别测量A、B串联和并联时的等值阻抗。
4.辨别测量阻抗的性质
5.观察功率表电压线圈前接和后接对测量结果的影响。
图1-2
L—15W镇流器C=4μF/500VR=1KΩ/100W
表1-1:
被测元件
测量值
计算值
U(V)
I(I)
P(W)
Z(Ω)
cos
R(Ω)
X(Ω)
电感性元件A
电容性元件B
A、B串联
A、B并联
六、注意事项
1.遵守纪律,安全用电。
2.单相调压器一次侧二次侧不能接反,使用之前先把电压调节到零的位置,接通电源再从零位开始逐渐提高电压,做完实验应把调压器调回到零的位置再断开电源。
3.对于电感来说它本身存在一定的直流电阻值,所以把它等效为一个电阻串接一个纯电感元件。
它的电流与电压的相位差角为:
其中:
—所在支路的电阻
—电感本身的直流电阻
—电感两端电压值
4.对于100W电阻来说本身存在一定的电感量精度要求很高时不应忽略。
5.功率表的电流线圈应串于电路中,电压线圈应并于电路中两线圈带*号的端钮应短接。
同时要注意电流电压表的量程。
在这个实验箱上应充分利用电流插座这样做可节省很多时间。
6.在表1-1计算值中注意x的正负号。
7.本实验所用电源电压较高,必须严格遵守安全操作规程,身体不要接触带电体特别是电流插座,以保证人身安全。
七、实验报告要求
1.完成表一要求的各项计算,并用实验内容1验证实验内容2的结果。
2.根据实测的A、B阻抗值做出A、B串、并联时的阻抗三角形注意坐标比例要适当。
3.说明如果改变外加电阻值后对的影响?
4.结合本实验分析功率表电压线圈前后接对测量结果的影响?
八、思考题
1.若用功率因数表替换三表法中的功率表是否也能测出元件的等值阻抗?
为什么?
2.用三表法测参数时,为什么在被测元件两端并接电容可判断元件的性质?
试用向量图加以说明。
实验二互感电路实验
一、实验目的
1.掌握测定互感线圈同名端的方法,测量单相变压器原边、副边互感系数和耦合系数
2.了解两耦合线圈的互感系数和耦合系数与哪些因素有关
二、实验设备
1.直流电流表一块(100uA)
2.交流电流表一块
3.交流电压表一块
4.万用表一块
5.交流单相变压器220V/36V容量(50VA)一台
6.交流单相调压器(0V—250V)0.5KVA一台
7.直流稳压电源一台0~~30V一台
8.安全导线若干
9.单刀双位开关一个
三、预习任务
1.预习教科书中讲述的线圈绕组同名端的含义及辨别的方法
2.了解实验箱和实验用的仪器仪表的功能及使用方法。
3.尝试自己动手绘制电路图
四、实验原理说明
判别耦合线圈的同名端在理论分析和实际中具有重要意义。
例如:
电动机、变压器的各项绕组、LC振荡电路中的振荡线圈都要根据同名端进行联接。
实际中对于具有耦合关系的线圈若其绕向和相互位置无法判别时可以根据同名端的定义用实验方法加以确定。
1.直流判别法
如图2-1所示,分别将互感线圈与电源E和电流表相联,当开关闭和瞬间,根据互感原理,在L2两端产生一个互感电动势电表指针会偏转。
若指针正向摆动,则E正极与直流电流表头正极所连接一端是同名端。
图2-1
2.交流测试法(等效电感法)
2.1设两个耦合线圈的自感分别为L1和L2,它们之间的互感为M。
若将两个线圈的异名端相连如图(a)所示称为正相串联,其等效电感为:
(a)(b)
图2-2
若将两个线圈的同名端相连图(b)所示,则成为反向串联,其等效电感为:
显然等效电抗
利用这种关系,在两个线圈串联方式不同时,加上相同的正弦电压,则正向串联时电流小,反向串联时电流大。
同样若流过的电流相等,则正串联时端口电压高,反向串联时端口电压低。
用电流表法如图2-2所示,将电流表串接与两个线圈,按两种不同的接法与同一交流电压相接,测得电流分别为I1和I2,若I1>I2连接的两端是异名端。
若I1 2.2用电压表测定,如图2-3所示,将两个线圈L1和L2的任意两端(如X、x)连在一起在其中的一个线圈(如L1)两端加一个低压交流电压,另一个线圈开路,用交流电压表分别测出UAa、UAX和Uax。 若UAa是两个绕组端电压之差,则A、a是同名端;若UAa是两个绕组端电压之和,则A、x是同名端。 图2-3 4.测试互感系数M 如图2-4所示,在L1侧加低压交流电压U1,L2侧开路测出I1及U20,根据互感电动势 ,可算得互感系数为 。 5.耦合系数K的测定 两个互感线圈耦合的松紧程度可用耦合系数K来表示, 。 如图2-4先在L1侧加低压交流电压U1,测出L2侧开路时的电流I1,然后再在L2侧加电压U2,测出L1侧开路时的电流I2,求出各自的自感L1和L2,即可以算出K值。 图2-4 五、实验步骤 1.同名端测定实验,以单相变压器220/36V原副边做为互感器同名端测定对象,E=1.5V,指针微安表取25mA,S用单刀开关,按直流测定法电路接线。 观察指针偏转方向判断同名端并作相应标记。 2.按图2-2连线,初、次级串联利用交流法(等效电感法)测定同名端,调压器调至180V,按交流电流表上的数值来判断同名端,并与直流法测试结果相比较。 3.利用交流电压法测定同名端,使V11=220V,交流电压表取400V量程测试U12的值,判断同名端并与前面实验相比较。 4.在变压器L1加电压U1=220V,L2加电压时U2=36V。 5.表格自己绘制 六、实验报告 1.总结判定同名端的方法,说明判断意义。 2.除上述的几种判别同名端的方法外,还有没有别的判定方法,举例说明。 3.根据表格中数据,计算互感系数M和耦合系数K。 实验三带铁芯单相变压器特性 一、实验目的 1.了解单相变压器的铭牌数据 2.测绘变压器空载特性曲线(了解变压器的铁损) 3.理解变压器输出特性 4.熟练辨别变压器绕组的同名端 5.掌握变压器短路实验特性 二、实验仪器和设备 1.单相交流变压器220V/36V/50VA一台 2.交流电压表一块 3.交流电流表一块 4.单相交流调压器(0—250V)一台 5.单刀双位开关一个 6.单相交流功率表一块 7.灯泡负载25W白织灯泡三个 8.安全导线若干 9.万用表一块 三、预习任务 1.了解变压器工作原理并会计算变压器的各项参数。 2.熟悉实验箱上的变压器并注意它的工作电压及容量。 四、实验原理 1.变压器的铭牌: 有原绕组(初级绕组)的额定电压和额定电流,副绕组(次极绕组)的额定电压和额定电流、额定容量、额定频率等。 额定容量指副绕组的额定电压和额定电流的乘积,如果变压器有好几个副绕组,额定容量指这些副绕组额定电压和额定电流之总和。 2.变压器的空载特性: 在变压器边绕组加上额定电压,原边绕组开路时原绕组的电流,通常为原绕组额定电流的3%~8%。 小容量变压器的空载电流略大一些。 空载实验测定励磁阻抗 变压器原边接额定电压,负边开路时的运行状态称为变压器的空载运行(见图3—1)。 此时 变比 测出原副边的电压便可求出K,图3-1 又因为: 其值很小可忽略。 所以 这说明测得功率Po为空载损耗,主要是铁芯损耗(PO=PCU+PFE,PCU=I2OR1≥0,PO≥PFE)。 铁芯损耗包括涡流损耗和磁滞损耗。 用 来表示铁损的等效电阻即: ( 均可测量) 又称为励磁电阻 励磁阻抗: 励磁电抗: 3.变压器的输出特性: 变压器原副边绕组都具有内阻抗,即原边的电源电压U1不变,副变电压U2也将随负载电流I2变化而变化,负载功率因数 不变时,U2与I2的关系称为变压器的输出特性,U2=f(I2)。 对于电阻性或感性负载,随负载电流I2的增大而U2减小。 4.变压器的同极性端(即同名端): 是指通过各绕组的磁通发生变化时,在某一瞬间,各绕组上感应电动势或感应电压极性相同的端钮。 根据同极性端钮,可以正确连接变压器绕组。 5.变压器短路: 将变压器副边短路,原边加较低的电压,使副边电流达到额定电流情况下所进行的实验。 因为在额定电压下短路,可引起很大的短路电流,造成大事故,这是绝对不能允许的,所以短路实验只能在低压下运行。 实验中所加电压UD为短路电压,测得功率损耗PD为短路损耗,由于短路电压很低,铁芯中的磁通密度与其所加额定电压相比小的多。 铁损是很小的。 可以认为短路损耗就是变压器额定运行时的铜损耗。 短路实验测定短路阻抗 短路时的功率: 因为 其值很小 所以 也很小,而 与 成正比,故 可忽略。 称为短路电阻 短路阻抗: 短路电抗: 变压器在额定负载下长期运行时,原边线圈的温度一般认为在75℃左右,故短路电阻须换算到75℃时的值,即: 其中铜线的温度系数 式中温度t°取室温 75℃时的短路阻抗: 它是变压器的一个主要参量。 在额定负载下长期运行时变压器的内阻抗电压与额定电压的百分比为: 一般电力变压器 根据变压器的空载和短路实验测得的铁损和铜损,可以求得变压器额定运行时的效率: 效率的高低反映变压器运行的经济性,它又是变压器的一个重要指标。 6.变压器的电压比是U1/U2=N1/N2=N变压器的电流比是I1/I2=N2/N1=1/N;变压器的阻抗变换是 。 如图3-2所示 图3-2 五、实验内容 1.同名端的测定 直流法(如图3-3): 当S突然闭合,毫安表向偏转,则端与端为极性端,端与端为极性端。 交流法: (如图3-4): 当A、X端加额定电压V时,电压表读数为则与端为同极性端。 提示: (原因UAX+Uax=读数或UAX-Uax=读数有两种可能)思考: 图3-3图3-4 2.变压器技术数据 原边: 额定电压额定电流额定功率 副边: 额定电压额定电流额定功率 核算额定功率: 3.空载实验: 图3-5实验接线图 表3-1实验数据 U1 1.3U1 1.2U1 U1 0.8U1 0.6U1 0.4U1 0.2U1 U2 IO PO 画出空载曲线U1=f(IO) 4.输出特性(阻性负载) 图3-6 表3-2实验数据 测量项目 L1 L1+L2 L1+L2+L3 U2(V) I2(A) P(W) 5.短路实验 注意: 调压器必须从零开始闭合电源,再把S闭合然后逐步将电流增大到高压测额定电流从中逐选几点。 最后达到1.2倍额定电流。 如下图3-7连线所示: 图3-7 表3-3实验数据 起点 终点 UD ID 1.2Ie PD 短路曲线 . 6.变比计算 变压器变比K=换算为75℃时的值 励磁阻抗: Zm=RD= 励磁电阻: Rm=ZD= 励磁电抗: Xm=PD=额定负载时η= 短路阻抗: XD=UD=1、设=1负载为纯电阻负载 短路电阻: RD=2、把铁损看成不变损耗,铜损 短路电抗: XD= (额定情况下) 7.结合技术参数分析此变压器的性能 实验四日光灯功率因数的提高 一、实验目的 1.掌握日光灯电路的工作原理及电路联接的方法,学会测量各元件主要的参数 2.测量电路的功率熟悉功率表、功率因数表使用的方法 3.掌握改善日光灯电路功率因数的方法,通过实验了解功率因数提高的意义 二、实验设备 1.日光灯配套装置一套 2.交流电流、电压表各一块 3.功率因数表(0.5~1A/300V)一块 4.单相交流功率表(0.5~1A/300V)一块 5.高压电容器一组 6.单相交流调压器(0~250V)一台 7.单刀双位开关250V/3A一个 8.万用表一块 三、预习任务 1.了解日光灯的结构和工作原理及使用的方法。 2.了解实验箱日光灯电路部分。 3.正确使用功率表、功率因数表、电流表、万用表。 4.并联电容时和不并联电容时的测试数据和计算数据的方法。 四、原理说明 1.简单工作原理 在企业、工厂当中一般感性负载较多。 如: 电动机、变压器、日光灯等,其功率因数较低,当负载的功率及端电压一定时功率因数越低传输线路上的电流就越大导线上的压降就越大由此导线电能损耗就越大,因此,应该设法提高电路的功率因数降低损耗充分利用设备能源。 通常我们采取的方法是在负载的两端并联电容器来补偿线路的无功功率,提高线路的功率因数降低损耗。 日光灯电路主要有灯管、镇流器和起辉器组成。 灯管是一根内壁均匀涂有荧光粉的细长的玻璃管,在管的两端装有灯丝,灯丝上涂有受热容易发射的电子氧化物,管内充有稀薄的惰性气体和水银。 镇流器是一个带铁心的电感线圈属于感性负载,起辉器是在一个密封玻璃泡内装有一对电极,一个为静处片,一个为倒置的U型双金属片,又称动触片。 在接通电源瞬间由于电路未形成回路,电路中电流为零,电源电压降落在灯管和起辉器两端,对于灯管此电压还不能使管内气体击穿成为导体,但对于起辉器此电压足以使玻璃泡内的惰性气体击穿产生辉光放电玻璃泡内的双金属片因放电受热伸直与静触片相接触,此时电源、镇流器、灯丝和启辉器形成一个闭合回路,产生电流,电流使灯丝得到预热,并发出电子预热时间一般约1—3秒。 启辉器两电极接触,致使动静触片电压迅速降至零伏而停止辉光放电,双金属片冷却两电极分开,电路中的电流突然降到零,因此在镇流器中产生一个瞬间的高压,此电压与电源电压迭加一起施加于灯管两端,促使管内惰性气体和水银蒸汽迅速电离产生弧光放电,电流立刻从灯管通过。 放电时辐射出的紫外线,激发管壁上的荧光粉,使它发出象日光一样的光线,灯管即点燃。 由于镇流器的限流作用,使灯管端电压迅速降至正常工作电压值(30W约为80V左右,20W约为60V左右)。 此电压低于电源电压220V,不能使启辉器再次产生辉光放电而将两边灯丝接通,因此启辉器仅在启动瞬间起作用,一旦启动完毕,它便自动断开。 完成了它这次启动的使命。 2.参数的测定 日光灯电路正常工作时灯管相当于一个电阻,镇流器虽带有铁心但仍可用电阻和电感相串联的形式表示出来。 因此,实际的日光灯电路可用电阻和电感的串联组合作为它们的电路模型。 图4-1 图中: 表示灯管电压, 表示镇流器电压。 灯管功率: 镇流器功率: 有向量图可知 式中 所以镇流器的电感: 综上分析可见只要测出电路中的电流I,灯管功率P1,电路总功率P总及镇流器端电压U2,各元件的参数可有以上各式计算得出。 3.功率因数的提高 如图所示单相正弦电路其功率为: 图4-2 式中 称为功率因数, 角称为功率因数角,它就是电路输入电压 与总电流 之间的相位差。 求功率因数有多种方法,本实验用下式来计算: 上式说明 的大小反映了电路的有功功率在视在功率中所占的比重,它有电路参数来决定。 工程实际中电感性负载占绝大多数。 感性负载功率因数一般比较低,因为这类负载除了要消耗一定的电能外,还需要一定的无功功率以建立磁场维持它的正常工作。 但对电源来说却是不利的,因为在输出功率P及电压U一定时, 越低输出线路上的电流I越大,导线上的功率损失越大,传输效率越低,从而降低发电设备的利用率,经济效益也由此而降低。 因此,提高电感性电路的功率因数对国民经济的发展有着极其重要的意义。 提高功率因数的方法有多种,常用的方法是在电感性负载的两端并联静电电容器,如图4-3: 图4-
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