電工學(xué)實(shí)驗(yàn)講義

1、實(shí)驗(yàn)一：識(shí)別配電線路實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜?dòng)力線路的結(jié)構(gòu)及正確連接線路實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)臺(tái)、燈箱、三相變壓器、連接線實(shí)驗(yàn)原理：1）三相交流電原理當(dāng)三相交流發(fā)電機(jī)運(yùn)行開(kāi)始后，產(chǎn)生三個(gè)相位相差1200的獨(dú)立電動(dòng)勢(shì)，用函數(shù)寫(xiě)出來(lái)就是eA 二 EmSin（- t）eB 二 Emsin（ t -120）ec = EmS in （7120）也可寫(xiě)成相量表示用瞬時(shí)波形和相量圖表示，如圖Ea = E . 0EB =E -1200Ec =E 1200（ 1）圖（1）表示三相電的波形和相量圖發(fā)電機(jī)（或者三相電力變壓器）產(chǎn)生三相電源接法通常如圖（2）所以示,即將三個(gè)電源的末端聯(lián)在一起，公共連接點(diǎn)稱為中性點(diǎn)或者零點(diǎn)（又可稱為中

2、線），從零點(diǎn)引出的導(dǎo)線稱為中性線或者零線，從始端A、B、C引出的導(dǎo)線稱為相線或者火線，這種接法稱為星型連接。三相電源星型連接中，每相電源始端與末端的電壓，也就是相線與中性線 之間的電壓稱為相電壓，用U AO , Ubo，Uco或者U A，U B，U C表示，三個(gè)相電壓分別等 于三個(gè)電源電動(dòng)勢(shì)，它們的大小數(shù)值相等，用 Up表示其有效值，任意兩電源始 端電壓，也就是相線與相線之間的電壓稱為線電壓，用Uab，Ubc，Uca表示，有效值用U 1表示。線電壓與相電壓的關(guān)系為：U1 = 3Up各相電源電動(dòng)勢(shì)和電壓的參考方向如圖所示。所以三相電源星型連接能夠 提供兩種電壓，這是三相電源星型連接的優(yōu)點(diǎn)，還有一

3、種三相電源的連接方法 稱為三角形連接，由于應(yīng)用范圍小，這里不做進(jìn)一步說(shuō)明。I1k；h1%1卜1圖（2）三相電源的接法2）三相配電線路的連接配電線路電路的連接框圖如圖（3）三相電源三相變壓器實(shí)驗(yàn)臺(tái)插座負(fù)載燈箱圖（3）配電線路連接框圖三相電源來(lái)自實(shí)驗(yàn)室墻壁上的動(dòng)力電路，通過(guò)導(dǎo)線連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的帶有保護(hù)作用三相空氣開(kāi)關(guān)的一端，開(kāi)關(guān)的另一端連接到三相調(diào)壓器（又稱三相變 壓器）原邊，經(jīng)過(guò)三相調(diào)壓器使電壓降低后（相電壓小于127V），由三相調(diào)壓 器副邊連接到實(shí)驗(yàn)臺(tái)插座線路上，從實(shí)驗(yàn)插座上通過(guò)導(dǎo)線連接到實(shí)驗(yàn)負(fù)載（如 燈箱、變壓器、電動(dòng)機(jī)）。為了保證實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中的人身安全，要充分熟悉三相配電線路的結(jié)構(gòu)、 作

4、用和設(shè)備操作方法，內(nèi)容包括：線路走線，插座結(jié)構(gòu)，線電壓和相電壓，實(shí) 驗(yàn)燈箱線路方式，連接負(fù)載導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)等。如果使用單相電，一定要用相電壓！實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)插座與連接線插頭的結(jié)構(gòu)2 ）分析燈箱連接線路3 ）測(cè)量線電壓和相電壓，填表（1）表電壓類別UaUbUcU ABU BCU CA數(shù)值（V）71V64V64V116V114V115V4）測(cè)量不同電壓下流過(guò)一個(gè)燈泡的電流，數(shù)據(jù)填入表（2）表電壓45V70V79V89V118V144 V電流0.3A0.34A0.35A0.38A0.43A0.50A5）按照電路圖（4）連接線路圖（4）測(cè)量電路對(duì)不同的電壓U，測(cè)量Ui，U2,I，填表（3）表U1

5、25V150 V175V200V225VU181V98V112V128V150 VU246V53V60V71V80VI0.4A :0.51A0.55A0.570.58A實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1）畫(huà)出燈箱連接線路。2 ）畫(huà)出實(shí)驗(yàn)4）燈泡電阻與電壓的變化曲線。3 ）實(shí)驗(yàn)5）的數(shù)據(jù)有問(wèn)題嗎，如何解釋？實(shí)驗(yàn)二：三相電路負(fù)載的星型連接實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證星型連接理論，明確零線作用實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)臺(tái)、燈箱、三相變壓器、連接線實(shí)驗(yàn)原理：三相電路負(fù)載的星型連接如圖（5），連接三個(gè)負(fù)載導(dǎo)線上的電流稱為相電 流，電源與負(fù)載連接導(dǎo)線上的電流稱為線電流，采用負(fù)載的星型連接，電路中 的相電流與線電流相等。三相電源的中性點(diǎn)用

6、0表示，三相負(fù)載的中性點(diǎn)用O 表示，當(dāng)三相負(fù)載對(duì)稱或有零線時(shí)（有零線接法符號(hào)為 Yo ） ，0與0之間的電 位相同，Uoo =0，此時(shí)負(fù)載的相電壓與電源的相電壓相等，負(fù)載端與電源端的 情況一樣，線電壓是相電壓的 3倍。有中線或者三相負(fù)載對(duì)稱時(shí)，三相負(fù)載的相電壓分別為U AO = U AO = E aU BO = U bo = E BU CO = U co = EC于是，相電流和中線電流為IA 二 EaYaIb =EbYbIc 二 EcYcIo =I a Ib Ic特別在負(fù)載對(duì)稱時(shí)，Ya =Yb =Yc，此時(shí)I。=0在三相負(fù)載不對(duì)稱且沒(méi)有零線（無(wú)零線接法符號(hào)為 Y ），或者由于種種原因零線阻抗不

7、能忽略時(shí)，0與0之間的電位不相同，Uo,o=0，這時(shí)就需要進(jìn)行比 較繁雜的數(shù)學(xué)計(jì)算。YbYc Yo)U _(UaYa UbYb Uc利用節(jié)點(diǎn)電壓法可以得到三相電路負(fù)載星型連接的理論計(jì)算公式OO公式中，Ya,Yb ,Yc ,Yo分別是三相負(fù)載和零線的導(dǎo)納，Ua,Ub,Uc是三相電源的相電壓，當(dāng)Yo =:對(duì)應(yīng)有零線的情況，這時(shí)Uoo =0，當(dāng)Yo =0時(shí)，對(duì)應(yīng)沒(méi)有零線的情況。三相負(fù)載的電壓分別為U AO = U AO -U oOU BO U BO _ U OOU CO U CO _U OO于是，相電流和中線電流為1 A = U AOYA1 B U BOYB1 c - U COYCI O = I A

8、 I B I C特別，當(dāng)沒(méi)有零線情況下，I O = 0。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）測(cè)量對(duì)稱負(fù)載有中線情況下（Y。）的電流和電壓2）測(cè)量不對(duì)稱負(fù)載有中線情況下（Y。）的電流和電壓3）測(cè)量不對(duì)稱負(fù)載無(wú)中線情況下（Y）的電流和電壓4）測(cè)量一相開(kāi)路情況下（Y）的電流和電壓5）測(cè)量一相短路情況下（Y）的電流和電壓（必須斷中線?。y(cè)量結(jié)果填入表格（4）表（4）負(fù)載燈數(shù)U OOU AOU BOU COIa1 b1 C1 oA相B相C相Yoj22 12Yo2242開(kāi)4Y2242:開(kāi):42短4實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1）如果中線出現(xiàn)斷路，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)說(shuō)明產(chǎn)生的后果。2）畫(huà)出實(shí)驗(yàn)4）電流電壓的相量圖。實(shí)驗(yàn)三：三相電路的三角型連接實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

9、：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)測(cè)量負(fù)載的三角形連接的方法實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)臺(tái)、燈箱、三相變壓器、連接線實(shí)驗(yàn)原理：三相電路負(fù)載的三角形連接如圖（6），每相負(fù)載都接到三相電源的兩條火 線上，因此每相負(fù)載的相電壓與線電壓相等，相電流可以直接計(jì)算，負(fù)載對(duì)稱 時(shí)，線電流是相電流的3倍。三角形連接中，如果設(shè)相電流分別為Iab，Ibc，Ica，線電流為Ia ,1b ,1c，負(fù) 載的導(dǎo)納為Yab,Ybc,Yca，貝打三個(gè)相電流分別為1 AB - U ABYAB1 BC = U BCYBC1 CA - U CAYCA三個(gè)線電流分別為I A = I AB - I CA1 B = 1 BC 1 AB1 C - ICA - 1 BC實(shí)

10、驗(yàn)內(nèi)容:1）測(cè)量對(duì)稱負(fù)載情況下的電流和電壓2）測(cè)量不對(duì)稱負(fù)載情況下的電流和電壓3）測(cè)量一相開(kāi)路情況下的電流和電壓 測(cè)量結(jié)果填入表格（5）表（5）負(fù)載燈數(shù)U ABU BCU CA1 AB1 BC1 CAIaI BI CABBCCA2222242開(kāi)4實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1）為什么家庭用電不采取三角形接法？2）相同的對(duì)稱負(fù)載接成分別星形與三角形，線電流有什么關(guān)系?實(shí)驗(yàn)四：變壓器性能分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證并且掌握變壓器工作原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)臺(tái)、燈箱、三相變壓器、單相變壓器、連接線實(shí)驗(yàn)原理：圖（7）是變壓器結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)圖三二三三必圖（7）變壓器結(jié)構(gòu)原理圖和符號(hào)圖如果變壓器的原副邊分別流進(jìn)電流后，在鐵

11、心中產(chǎn)生的磁通是相互加強(qiáng) 的，那么稱原副邊電流流入的端點(diǎn)為變壓器的同名端（或者同極性端），按照 電學(xué)中電壓、電動(dòng)勢(shì)、電流設(shè)定參考方向的慣例標(biāo)出變壓器原副邊各個(gè)電學(xué)量 的方向，利用電路分析理論，得到變壓器原副邊電壓平衡方程5 二 r*i - eiu 2 e? e2 -2,2公式中，Ui,U2,ii,i2是原副邊電壓、電流，e是原副邊主磁感電動(dòng)勢(shì)，由于 磁滯原因，主磁感電動(dòng)勢(shì)與電流關(guān)系不呈線性， eoi,eo2是原副邊漏磁感電動(dòng)勢(shì)， 漏磁感電動(dòng)勢(shì)與電流呈線性關(guān)系，DM是原副邊線圈的電阻，寫(xiě)成相量形式Ui=叩 i - Ei - EoiU 2 = E2E0 _ r2I 2當(dāng)忽略變壓器原副邊的漏磁和線圈

12、電阻的影響時(shí)，有近似公式Ui ： -EiU 2 ： E2數(shù)值關(guān)系有U1 : Er = 4.44 fN/J mU 2 :- E2 二 4.44fN2mf交流電頻率，:m是鐵心中磁通最大值,式中，Ni, N2是原副邊線圈匝數(shù)，于是得到變壓器的電壓變比關(guān)系UiEiNiS3 =U2e2n2由磁通平衡方程N(yùn)j r 亠 N2I 2 ： N11 0式中，Ii,l2是變壓器原副邊帶負(fù)載電流值，I 0是變壓器原邊空載電流值，I 0 般很小，忽略Io的影響，得到變壓器的電流變比關(guān)系11. N12 Ni由電壓變比和電流變比關(guān)系，得到變壓器的阻抗變比關(guān)系Z比*Il N2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1）判斷變壓器的同名端2） 保持原邊電

13、壓不變，改變副邊負(fù)載，測(cè)量原副邊電流電壓填表（6）表（6）負(fù)載燈數(shù)電壓UiU2電流IlI 2實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求:1）變壓器原副邊各個(gè)電學(xué)量的方向是按照電學(xué)中什么慣例標(biāo)出的2）按照變壓器原理圖，同名端的電壓極性正好相反，如何理解。3）如何判定變壓器同名端，解釋判別變壓器同名端方法的道理。4）實(shí)驗(yàn)中為何電流比值不滿足變壓器變比。實(shí)驗(yàn)五：三相變壓器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)，熟悉三相變壓器原理及連接使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)臺(tái)、燈箱、三相變壓器、電動(dòng)機(jī)、繼電器、開(kāi)關(guān)、連接線 實(shí)驗(yàn)原理:原理與單相變壓器基本類似，由鐵心和繞組線圈組成，只不過(guò)單相變壓器 只有一組線圈，而三相變壓器有三組線圈，三個(gè)副線圈提供三個(gè)與原繞組相位

14、 一致的三相電，對(duì)于負(fù)載來(lái)說(shuō)，三相變壓器相當(dāng)于三相電源。由于三相電的三個(gè)電源必須滿足對(duì)稱關(guān)系，即，電源幅值相等，相位相差 1200，因此三相變壓器三對(duì)原副繞組的同名端必須區(qū)分清楚，不然副邊的三個(gè) 電源雖然大小相等，但相位差不是 1200，這樣的電源就成為不對(duì)稱電源，在三 相負(fù)載產(chǎn)生的電壓會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：把副邊的三個(gè)繞組接成星形連接，負(fù)載也接成星形連接，這種接法類似于 民用三相配電。思考題： 副邊的三個(gè)繞組接成星形連接，假如副邊的一個(gè)繞組的兩極反向，當(dāng)負(fù)載對(duì) 稱時(shí)，求三相負(fù)載電壓。實(shí)驗(yàn)六：電動(dòng)機(jī)控制電路性能分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?通過(guò)實(shí)驗(yàn)，熟悉電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制方法實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 實(shí)驗(yàn)臺(tái)、燈箱、

15、三相變壓器、電動(dòng)機(jī)、繼電器、開(kāi)關(guān)、連接線 實(shí)驗(yàn)原理：電動(dòng)機(jī)定子繞組通入電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與三個(gè) 線圈通入的三相電的相序有關(guān)，即沿著 A、B、C 的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以如果將連接 三相電源三根導(dǎo)線中的任意兩根對(duì)調(diào)位置，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向就要改變。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生后，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) ，由于轉(zhuǎn)子電路是 閉合的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，根據(jù)左手定則可知在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生了電磁力。電磁 力分布在轉(zhuǎn)子兩側(cè)，對(duì)轉(zhuǎn)軸形成一個(gè)電磁轉(zhuǎn)距 T ，電磁轉(zhuǎn)距的作用方向與電磁 力的方向相同，因此轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 與旋 轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速no的方向一致，但不能相等（應(yīng)保持一定的

16、轉(zhuǎn)差）。no又稱為同步轉(zhuǎn)速。常用轉(zhuǎn)差率 s 來(lái)表示 n 與 n0 相差的程度，即100%n。n其中，如果電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)為p，交流電頻率為f，電動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速 的值可以用公式計(jì)算60 fn。P電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n很小，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速很 大，因此轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流也很大，和變壓器的原理一樣，轉(zhuǎn)子電 流增大，定子電流必然相應(yīng)增大，一般電動(dòng)機(jī)定子啟動(dòng)電流是額定運(yùn)行電流的 57倍，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁時(shí)，由于大電流產(chǎn)生的熱量積累會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的壽 命，而且過(guò)大的啟動(dòng)電流對(duì)輸電線路有不良的影響，所以大容量電動(dòng)機(jī)（30千瓦以上）都要采取降壓?jiǎn)?dòng)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)需要經(jīng)常要改變電動(dòng)機(jī)

17、的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，因此電動(dòng)機(jī)控制 中也包括正反轉(zhuǎn)控制。工作中，電動(dòng)機(jī)需要頻繁地啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、延時(shí)等等操作，這 些控制顯然不能由人來(lái)直接控制，因此如何利用各種繼電器和開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)上述控 制操作，這就是我們實(shí)驗(yàn)的目的，條件所限，我們只做反轉(zhuǎn)控制。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）初步掌握控制電器元件的知識(shí)，學(xué)會(huì)畫(huà)電路圖電工控制器件種類很多，結(jié)構(gòu)不同起到不同的控制功能，表格（7）是常用控制器件的符號(hào)，分析控制電路工作過(guò)程需要熟悉這些符號(hào)，對(duì)照符號(hào)觀察相 應(yīng)器件的外型，從而了解該器件的工作原理。表（7）名稱符號(hào)名稱符號(hào)三相鼠籠電動(dòng)機(jī)按鈕觸點(diǎn)常開(kāi)常閉過(guò)接觸器連接到燈泡，另一路通過(guò)常閉按鈕SB和并聯(lián)的常開(kāi)按鈕SE2、KMI常開(kāi)觸點(diǎn)接到接觸器KM的線圈上。圖（8）當(dāng)按下按鈕SB2時(shí)，接觸器KM線圈通電，主觸點(diǎn)KM閉合，燈亮，同時(shí)KM 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，這時(shí)如果釋放按鈕 SB2由于接觸器線圈通過(guò)KM觸點(diǎn)仍繼續(xù)通 電，所以燈一