电工电子实验指导书.doc

电工电子技术实验指导书
实验一 日光灯电路及功率因数的改善
一、 实验目的
1、验证交流电路的基尔霍夫定律。
⒉ 了解日光灯电路的工作原理。
⒊ 了解提高功率因数的意义和方法。
二、实验仪器及设备
⒈ 数字万用表 一块
⒉ 交流电流表 一块
⒊ ZH－12电学实验台
⒋ 日光灯管 、镇流器、电容器、起辉器 各一个
三、实验原理
⒈ 日光灯工作原理：
日光灯电路由灯管、启动器和镇流器组成，如图5-1所示。
①日光灯：灯管是内壁涂有荧光物质的细长玻璃管，管的两端装有灯丝电极，
灯丝上涂有受 热后易发射电子的氧化物，管内充有稀薄的惰性气体和少量的水
银蒸汽。它的起辉电压是400～500V，起辉后管压降只有80V左右。因此，日
光灯不能直接接在220V电源上使用。

 　　　 图5-1日光灯的原理电路

②启辉器：相称于一个自动开关，是由一个充有氖气的辉光管和一个小容量
的电容器组成。 辉光管的两个金属电极离得相称近，当接通电源时，由于日光
灯没有点亮，电源电压所有加 在启动器辉光管的两个电极之间，使辉光管放电，
放电产生的热量使到“U”形电极受热趋 于伸直，两电极接触，这时日光灯的
灯丝通过电极与镇流器及电源构成一个回路。灯丝因有 电流通过而发热，从而
使氧化物发射电子。同时，辉光管两个电极接通时，电极间的电压为 零，辉光
放电停止，倒“U”形双金属片因温度下降而复原，两电极分开，回路中的电流
突 然被切断，于是在镇流器两端产生一个瞬间高压。这个高感应电压连同电源
电压一起加在灯 管的两端，使热灯丝之间产生弧光放电并辐射出紫外线，管内
壁的荧光粉因受紫外线激发而 发出可见光。
小电容用来防止启燃过程中产生的杂散电波对附近无线电设备的干扰。
③镇流器：它的作用一是在灯管起燃瞬间产生一高电压，帮助灯管起燃
；二是在正常工作时 ，限制电路中的电流。
⒉ 提高功率因数的意义和方法
在电力系统中，当负载的有功功率一定，电源电压一定期，功率因数越小，
线路中的电流就越大，使线路压降、功率损耗增大，从而减少了电能传输效率，
也使电源设备得不到充足利 用。因此，提高功率因数具有重大的经济意义。
在用户中，一般感性负载很多。如电动机、变压器、电风扇、洗衣机等，都
是感性负载其功 率因数较低。提高功率因数的方法是在负载两端并联电容器。
让电容器产生的无功功率来补 偿感性负载消耗的无功功率以减少线路总的无功
功率来达成提高功率因数的目的。四、实验内容及环节
⒈ 了解日光灯的各部件及其工作原理
⒉ 按图5-2接好线路，电容器先不要接入电路。

 　　　　　 图5-2 改善功率因数实验电路图
注意：①此实验系强电，一定请指导教师检查无误后，方可通电实验。②认
真阅读常用仪器 仪表的使用说明，掌握交流电流表、电压表和功率表的使用方
法。
⒊ 闭合开关K，测量灯管两端的电压UＤ，镇流器两端的电压UＬ，电路中的
电流I，各元件的功率和总功率，并将数据填入表12-1中。
表5-1改善功率因数测量表

I
UL
UD
U
P
PD
PL
IC
并联C前

0
并联C后

⒋ 将电容器C=10μF接入线路，再次测量上述数据并记入表5-1中。
五、实验报告
⒈ 从测量数据中求出日光灯电阻、镇流器电阻、镇流器的电感和并联电容的
数值。
⒉ 验证基尔霍夫定律。
⒊ 并电容后，功率因数有何变化?要使功率因数提高到1，应并联多大电容?
⒋ 此电路是过补偿还是欠补偿?为什么?
⒌ 可否用串联电容的方法来提高感性负载的功率因数?
⒍ 并联电容后电路总电流I应变大还是变小?试用相量图来说明

实验二 三相异步电动机

一、 实验目的

1. 了解三相异步电动机的结构及铭牌数据的意义。

2.学习异步电动机的一般检查方法。

3.学习异步电动机的接线方法，直接起动及反转的操作。

二、 实验器材与设备

三相异步电动机、兆欧表、钳形电流表、万用表、转速表

三、 实验内容与规定

1. 记录电动机的铭牌数据。

2.实验判别定子绕组始末端的方法 三相异步电动机出线盒通常有六个引出

端，如图8-1（a）所示，标有U1、V1、W1和U2、V2、W2，若U1、V1、W1

为三相绕组的始端，则U2、V2、W2是相应的末端。根据电动机的额定电压应

与电源电压相一致的原则，若电动机铭牌上标明“电压220/380V，接法△/Y”，

如三相电源线电压为220V，则电动机三相绕组应接成三角形，如图8-1（b）

所示；如三相电源线电压为380V，则电动机三相绕组应接成星形，如图8-1

（c）所示。

判别定子绕组首末端时，一方面拟定哪两个引线端属于同一相绕组。用万

用表Ω档测量任意两个端子间的电阻，如电阻极小，就表达这两个端子属于

一绕组。再任意假定一相绕组的始末端，并标上U1、U2，然后 按照图8-2所

示方法依次拟定第 二、第三绕组的始末端。如第二相绕组按图8-2a 所示与第

一相绕组相连，当在U1、V1之间加220V交流电压时，由于两相绕组产生的合

磁通不穿过第三相绕组的线圈平面，因此，磁通变化不会在第三相绕组中产生感

应电动势，这时用交流电压表测量第三绕组两端电压时，读数应为零或很小。

当接成图8-2b所示时，由于合成磁通穿过第三绕组的线圈平面，故磁

通变化时会在第三相绕组中产生感应电动势。这时第三绕组两端电压为一较大值

（﹥10V）。
因此可以根据对三相绕组交流电压测量结果来判断与U2相连的是V2

还是V1，由此拟定出第二相绕组的始端V1和末端V2。按同样方法在判断出第三

相绕组的始末始末端。

3．绝缘检查 切断电动机与其它电气设备的联系，用兆欧表测量各绕组之间的

绝缘电阻和每相绕组与机壳的绝缘电阻，这些绝缘电阻应不小于0.5兆欧。

4．电动机的起动 把三相异步电动机的定子绕组接成星形，三条引出线接到线

电压为380V的三相电源上，合上开关，观测电动机的转动，并用钳形电流表测

量起动时的起动电流和稳定期的空载电流，用转速表测量电动机的转速，将测量

数据记录于自拟的表格中。

5. 电动机的正反转 将电动机与三相电源连接的任意两条线对调，合上电源，

观测对调前后电动机转向的变化。

四、 预习规定和实验注意事项

1. 复习有关电动机的内容，理解它的工作原理。

2. 电动机定子绕组的连接方式要与三相电源相适配。

3. 测量电动机起动电流时，所用钳形电流表量程应在电动机额定电流的7倍上。

4. 测量电动机转速时，转速表的橡皮头应正对电动机转轴的中心孔，使电动机

5. 转轴与转速表轴在同一条直线上。

五、 实验报告规定

画出相关实验电路图及记录数据的表格。

实验三 三相异步电动机正反转

一、 实验目的
1.进一步掌握三相异步电动机的正反转控制线路的接线方法。

2.进一步掌握三相异步电动机的Y—△降压起动控制线路的接线方法。

3.熟悉三相异步电动机的正反转及Y—△降压起动控制线路的工作原理。

4.熟悉三相异步电动机的正反转及Y—△降压起动控制线路的接线方法。

二、 实验原理
1. 三相异步电动机的正反转及Y—△降压起动控制线路如图一所示。

2. 正转Y—△降压起动控制过程如下：
按起动按钮SB2 接触器KM1得电并自锁 电动机M得电（Y形降压启动）
接触器KM3得电
时间继电器KT得电 KT延时断开触头断开
KT延时闭合触头闭合

接触器KM4得电 电动机△形正常运转 Y—△降压起动结束

接触器KM3失电 电动机Y形断开。同时KM3动断触头恢复闭合，为接触器KM4得电作准备
三相闸刀开关QS合闸通电后，指示灯D1亮启，表白控制线路处在“准备好”的状态，按起动按钮SB2后且在转换为△形接法（正常运营）之前，该指示灯保持亮启状态，以表白控制线路处在Y降压起动状态。当转入△形正常运营状态后，D1指示灯熄灭，同时指示灯D2亮启，表白已进入正常运营状态，之后，只要不按停止按钮SB1，指示灯D2将一直保持亮启状态。
3. 反转Y—△降压起动控制过程如下：
按起动按钮SB3 接触器KM2得电并自锁 电动机M得电（Y形降压启动）
接触器KM3得电
时间继电器KT得电 KT延时断开触头断开
KT延时闭合触头闭合

接触器KM4得电 电动机△形正常运转 Y—△降压起动结束

接触器KM3失电 电动机Y形断开。同时KM3动断触头恢复闭合，为接触器KM4得电作准备

指示灯D1和D2的亮灭情况与正转降压起动控制过程类似。
三、 实验仪器设备
序号
名称
数量
1
三相交流异步电动机
1
2
交流接触器
4
3
热继电器
1
4
时间继电器
1
5
按钮开关
3
6
三相闸刀开关
1
7
紧固件、连接导线
若干
四、 实验内容与环节
1. 将交流接触器、热继电器、时间继电器、按钮开关在控制板上进行布置。
2. 按照图一进行布线联接。
3. 所有联接完毕后应进行仔细检查核对，直至对的无误。经指导教师确认接线对的后，方可合闸刀通电。
4. 按起动按钮SB2，Y形降压起动，指示灯D1亮启，经延时若干秒后，电动机转换为△形正常运转，指示灯D1熄灭、D2亮启，此时电动机正向运转，按动停止按钮SB1，电动机停止运转。
5. 按起动按钮SB3，Y形降压起动，指示灯D1亮启，经延时若干秒后，电动机转换为△形正常运转，指示灯D1熄灭、D2亮启，此时电动机反向运转，按动停止按钮SB1，电动机停止运转。
五、 实验注意事项
1. 通电前应熟悉线路的操作顺序。
2. 运营时应注意观测电动机、各电器元件和线路各部分工作是否正常。若发现异常情况，必须立即切断电源开关。
六、 实验报告内容
1. 简述三相异步电动机正反转及Y—△降压起动控制线路的工作原理。
2. 总结接线、调试过程与体会。

实验四 整流、滤波和稳压电路的测试
一 实验目的
1、掌握单相半波整流电路工作原理。
2、熟悉常用整流和滤波电路的特点。
3、了解稳压的工作原理。
二 预习规定
预习整流、滤波和稳压电路工作原理。
三 实验电路及原理
1、半波整流、滤波电路。电路如实图1所示，整流器件是二极管，运用二极管单向导电特性，即可把交流电变成直流电，通过半波整流在没有滤波情况下得到UO=0.45U2。
2、桥式整流、滤波电路。电路如实图2所示，图中二极管接成桥式电路。在电容滤波电路中：未闭合开关S，无滤波情况下，UO=0.9U2；闭合开关S，有滤波情况下，UO=1.2U2。
3、桥式整流、滤波与稳压电路。电路如实图3所示，在桥式整流、滤波的基础上加7809稳压块。
四 实验内容
1. 单相半波整流和滤波电路
（1） 按图1接线，经检查无误后接通220V交流电，开关S打开时，测输入、输出电压并观测波形。记录测量结果。
（2）闭合开关S，测量输出电压，并观测输出波形。并比较S打开和闭合的输出电压数值和波形。
（3）改变滤波电容（增大或减小），反复上述实验内容。
2. 桥式整流和滤波电路
按图2电路接线，测试内容与半波整流和滤波电路中的内容相同，记录测试数据，并和半波整流、滤波电路的测试数据进行比较。
3. 整流、滤波和稳压电路
按图3电路接线，检查后接通电源，重要测量稳压后的输出电压，并观测波形，记录数据，并和没有稳压时进行比较。

五 实验报告
1、 整理实验数据，画出三种电路的输出波形。
2、 根据实验测试结果，总结三种电路特点。
六 思考题
1、如何选用整流二极管，二极管的参数应如何计算？
2、选用滤波电容时，应注意哪几个方面？
3、当负载变化时，负载两端的电压是否变化？流过负载上的电流是否变化？
4、在单相桥式整流电路中，整流二极管的极性接反或虚焊，电路中将会发生什么现象？

实验五 集成逻辑门电路的参数测试
    一、 实验目的
1． 掌握TTL和CMOS与非门重要参数的意义及测试方法。
2． 进一步熟悉数字逻辑实验箱的基本功能和使用方法。
    二、 实验器材
1．数字逻辑实验箱DSB-3 1台
2．万用表 1只
3．元器件：74LS20
电阻及导线 若干
    三、 实验说明
1． 注意对的使用万用表，必须先调好档位再测量，否则易损坏万用表。
2． 注意对的辨认二极管极性。
    四、 实验内容及环节
    1． TTL与非门74LS20静态参数测试
    （1） 导通电源电流ICCL和截止电源电流ICCH 。测试电路如图2-1。注意：74LS20为双四输入与非门，两个门的输入端应作相同解决。

（2） 低电平输入电流I iL 和高电平输入电流Ii H。每一门和每一输入端都应测试一次。测试电路如图2-2。
    （3） 电压传输特性。调节电位器RW，使Vi从0V向5V变化，逐点测试Vi和VO值，将结果记录入表2-1中。根据实测数据作电压传输特性曲线，从曲线上得出VOH、VOL、VON、VOFF、VTH等值，并计算VNL、VNH（提醒：在VO变化较快的区域应多测几点，有助于绘制特性曲线）。测试电路如图2-3。

     2、CMOS双四输入与非门CC4012静态参数测试
    将CC4012对的插入面包板，测电压传输特性。测试电路如图2-4，方法同上。将结果记录入表2-2中。根据实测数据作电压传输特性曲线，从曲线上得出VOH、VOL、VON、VOFF、VTH等值，并计算VNL、VNH 。若将三个多余输入端悬空测试一次，结果对的吗？

    五、 实验报告规定
1． 列表整理出各参数的测试值，并与规范值相比较，判断所测电路性能的好坏。
2． 画出两条电压传输特性曲线，从曲线中读出各有关参数值。比较TTL与CMOS门电路电压传输特性曲线的异同。
3． 回答思考题
1） 测量TTL与非门输出低电平时为什么要加负载？图2-3中R选用360Ω是什么道理？若R很小会产生什么现象？
2） TTL与非门输入端悬空为什么可以当作输入为“1”？CMOS与非门多余输入端可以悬空吗？
3） 讨论TTL或非门闲置输入端的处置方法。
4） 实验中所得ICCL和ICCH为整个器件值，试计算单个门电路的ICCL和ICCH 。
5） CC4012的电源范围为3-18V，若VDD=15V，则其VOH、VOL、VTH应为多少？

实验六 组合逻辑电路的实验分析
    一、 实验目的
1． 掌握组合逻辑电路的实验分析方法。
2． 验证半加器、全加器的逻辑功能。
    二、实验器材
1．数字逻辑实验箱DSB-3 1台
2．万用表 1只
3． 元器件： 74LS00（T065） 74LS20（T063） 各一块
74LS55、 74LS86 各一块 ，导线 若干
    三、实验说明
    注意按图接线，千万不要将两个门电路的输出端误接在一起。想想为什么？
    四、实验内容和环节
    1． 测试图3-1电路的逻辑功能
    按图3-1接线。按表3-1规定输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。分析电路的逻辑功能，写出逻辑表达式。

    2．测试图3-2电路的逻辑功能
    按图3-2接线。按表3-2规定输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。分析电路的逻辑功能，写出逻辑表达式。

    3．测试用异或门、非门和与或非门组成的电路的逻辑功能
    按图3-3接线。按表3-3规定输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。分析电路的逻辑功能，写出逻辑表达式。

    4. 在图3-3电路中，若故意使74系列TTL逻辑门电路的电源电压接触不良或串联一个大电阻，使电源电压超过5V±0.25V范围，会如何？试试看。
    五、实验报告规定
1． 整理实验结果，填入相应表格中，写出逻辑表达式，并分析各电路的逻辑功能。
2． 总结用实验来分析组合逻辑电路功能的方法。

电路的观测结果。