电工学实验讲义－物理系实验室

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1、一、基本电工仪表的使用及测量误差的计算1二、减小仪表测塑误差的方法5三、基尔霍夫定律的验证9四、家庭电路模拟安装11五、提高功率因数实验13六、三相交流电路电压、电流的测量16七、单相变压器实验19八、三相异步电机的使用22九、单相电度表的校验27十、三相异步电动机继电器控制电路连接30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—勒+【A-A-——<-1.为了准确地测量电路中实际的电

2、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。这就耍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SRi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

3、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1/2满偏转位置，此时有可调电流源Ia=Is="2Ra=Rb〃RiRi为固定电阻器之值，Rb可由电阻箱的刻度盘上读得。图1」3.用分压法测量电压表的内阻°可调稳压源图1・2如图1-2所示。V为被测内阻（RJ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：Rv=Rb+R】电压表的灵敏度为：S=Rv心（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

4、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。(1)以图1-3所示电路为例，&上的电压为Ri1Uri=U,右R]=R2，贝(JUri=UoRi+R22现用一内阻为Rv的电压表来测量Uri值，当_RvRiRv与Ri并联后’Rab=‘以此来替代Rv+RiRvRiRv+Ri上式中的Ri，则得Ub=URvRi+R2Rv+RiRvRiRv+Ri绝对误差为△U=U‘R1—Uri=U(RvRiR_2Rv+Ri化简后得-r；r2u△u=R^nUOA“—1訥0RvRiR1+R2Rv(R；+2R1R2+R;)+R1R2(R1+R2)图1-3U若R

5、i=R2=Rv，则得AU=6U'ri—Uri・U/6相对误差△!；%=X100%=——X100%=—33.3%UriU/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Ur,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，①电流表A(内阻为R.Q接在电压表V(内阻为Rv)的内侧；②A接在V的外测。两种线路见图1-4(a)>(b)o由线路(a)可知，只有当Rx<

6、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Rx〉〉Ra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。实际应用吋，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二100Q,Rv=20KQ«假定Rx的实际值为10KQ。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Rx=19.734-2.96=6.667(KQ),相对误差为：(6.667—10)4-10X100=-

7、33.3(%)如果采用线路(b)测量，经计算，A、V的读数分别为1.98inA和20V,故(b)Rx=204-1.98=10.1(KQ),相对误差为:(10.1-10)4-10X100=1(%)序号名称型号与规格数量备注1可调直流稳压电源0〜30V二路2可调恒流源0〜200mA13指针式万用表MF-47或其他1自备4可调电阻箱0〜9999.9Q1DGJ-055电阻器按需选择DGJ-05图1-4三、实验设备四、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0.5mA和5mA档量限的内阻。线路如图1・1所示。

8、Rb可选用DGJ-05中的电阻箱(下同)。被测电流表量限S断开时的表读数(mA)S闭合时的表读数(mA)Rb(Q)Ri(Q)计算内阻Ra(Q)0.5mA5mA2.根据“分压法”原理按图1・2接