实验2指导书 基尔霍夫定律(电子)

电工学实验指导书机电工程学院2010年4月目录实验一（1）基尔霍夫定律的验证 (3)实验一（2）叠加原理的验证 (5)实验二戴维南定理和诺顿定理的验证 (8)实验三正弦稳态交流电路相量的研究 (12)实验四三相交流电路电压、电流的测量 (15)实验五三相电路功率的测量 (18)实验六（1）三相鼠笼式异步电动机 (22)点动和自锁控制 (22)实验六（2）三相鼠笼式异步电动机正反转控制 (25)实验一（1）基尔霍夫定律的验证一、实验目的1. 验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。

2. 学会用电流插头、插座测量各支路电流。

二、原理说明基尔霍夫定律是电路的基本定律。

测量某电路的各支路电流及每个元件两端的电压，应能分别满足基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）。

即对电路中的任一个节点而言，应有ΣI＝0；对任何一个闭合回路而言，应有ΣU＝0。

运用上述定律时必须注意各支路或闭合回路中电流的正方向，此方向可预先任意设定。

三、实验设备同实验四。

四、实验内容实验线路与实验四图4-1相同，用DGJ-03挂箱的“基尔霍夫定律/叠加原理”线路。

1. 实验前先任意设定三条支路和三个闭合回路的电流正方向。

图4-1中的I1、I2、I3的方向已设定。

三个闭合回路的电流正方向可设为ADEFA、BADCB和FBCEF。

2. 分别将两路直流稳压源接入电路，令U1＝6V，U2＝12V。

3. 熟悉电流插头的结构，将电流插头的两端接至数字毫安表的“＋、－”两端。

4. 将电流插头分别插入三条支路的三个电流插座中，读出并记录电流值。

5. 用直流数字电压表分别测量两路电源及电阻元件上的电压值，记录之。

五、实验注意事项1. 同实验四的注意1，但需用到电流插座。

2．所有需要测量的电压值，均以电压表测量的读数为准。

U1、U2也需测量，不应取电源本身的显示值。

3. 防止稳压电源两个输出端碰线短路。

4. 用指针式电压表或电流表测量电压或电流时，如果仪表指针反偏，则必须调换仪表极性，重新测量。

实验二 基尔霍夫电流、电压定律的验证
一、 实验目的
（1） 验证基尔霍夫定律的正确性，加深对基尔霍夫定律的理解。

（2） 进一步熟练数字多用表的使用，初步学会使用示波器。

（3） 建立节点、回路的概念。

二、 原理说明
基尔霍夫定律是电路的基本定律。

对于一个回路而言，在任意
瞬时回路上各元件电压之和为零，即0=∑i u ，为基尔霍夫电流定律。

要注意，这里的基尔霍夫定律指的是电路的瞬时电压与电流，不是平均值，也不是有效值。

应用基定律时，注意电流的正方向的设定，可以自由确定，但要使用好正负号。

三、 仿真实验任务
○
1搭建如图1－2－1电路（亦可调用电路1－2－1－1），设参数Ω==221R R ,Ω==443R R ,Ω====58765R R R R ,C=100pF ，L=100mH 选择某一节点，测出各支路电流，验证基尔霍夫电流定律。

5R 8R C +12V -
图1－2－1
○
2再选择某一回路，测出回路各节点间电压，验证基尔霍夫电流定律。

○
3自行改动电路某部分参数，再按照○1○2中步骤选定节点和回路验证。

四、 选作与思考
将以上实验中直流独立源换为交流独立源，自行设定，按照如上实验中方法观察，验证KCL 和KVL ？
提示：电容、电感不再为开路和短路，应为电路中不再为直流，电容、电感引起相位变化，故观测同一瞬时电流电压必须使用示波器，在暂停键按下后，进行观察。

有关示波器的使用见说明文档。

实训二基尔霍夫定律（KCL,KVL）一、目的加深对基尔霍夫定律的理解，通过实验验证基尔霍夫定律。

二、内容分别用直接测量法和直流静态分析方法验证基尔霍夫定律。

三、步骤a. 基尔霍夫电流定律（KCL）1. 按下图建立实验电路。

图12. 将测试结果填入表中。

3. 验证每个节点的电流和是否符合KCL定律。

节点1：U1-U3+U5=节点5：U1+U2+U6=节点9：U4-U5+U6=节点0：U2+U3-U4=(注：节点号及电流表的序号会因电路中元件联接顺序不同而不同。

)4. 采用直流工作点分析方法测试➢按下图建立实验电路。

R5510ΩR6750Ω图2➢在主窗口中依次执行“Simulate / Analysis / DC Operating Point Analysis”命令，弹出“DC Operating Point Analysis”对话框，选择V[1], V[3], V[4], V[5] （具体步骤参照书上P41-44，输出对象是电路中节点电压)。

➢用“后处理功能”验证KCL的正确性。

插入“Simulate/Postprocessor”将对应的节点电压转换成支路电流。

在“Postprocessor”中输入所编辑的对应公式来验证每个节点的电流和。

5. 将用直接电流表测量的方法和直流工作点分析方法相比较。

b. 基尔霍夫电压定律（KVL）1. 在图2所示的电路图上，使用“直流工作点分析方法”直接得出各节点电压。

2. 将测试结果填入表中。

3. 用“后处理功能”验证KVL的正确性。

➢用“后处理功能”求出U R1、U R2、U R3、U R4、U R5、U R6的数值。

➢用“后处理功能”验证KVL的正确性。

回路1：U R1+U R2+U R3-V1=回路2：-U R2-U R4+U R5-V2=回路3：-U R3+U R4+U R6+V2=回路4：U R1+U R5+U R6-V1=(注：组成回路的元件号会因元件联接顺序不同而不同。

实验2基尔霍夫定律电路设计及验证一．实验目的1．理解基尔霍夫定律的内容，设计相应的验证电路2．验证基尔霍夫电流定律（KCL）和电压定律（KVL）3．通过实验加深对基尔霍夫定律的理解二．实验原理与说明1．基尔霍夫电流定律（KCL）在任一时刻，流出（或流入）集中参数电路中任一可以分割开的独立部分的端子电流的代数和恒等于零，即：ΣI=0 或ΣI入=ΣI出式（1）此时，若取流出节点的电流为正，则流入节点的电流为负。

它反映了电流的连续性。

说明了节点上各支路电流的约束关系，它与电路中元件的性质无关。

要验证基式电流定律，可选一电路节点，按图中的参考方向测定出各支路电流值，并约定流入或流出该节点的电流为正，将测得的各电流代入式（1），加以验证。

2．基尔霍夫电压定律（KVL）按约定的参考方向，在任一时刻，集中参数电路中任一回路上全部元件两端电压代数和恒等于零，即：ΣU=0 式（2）它说明了电路中各段电压的约束关系，它与电路中元件的性质无关。

式（2）中，通常规定凡支路或元件电压的参考方向与回路绕行方向一致者取正号，反之取负号。

三．实验设备名称数量1．三相空气开关1块2．双路可调直流电源1块3．直流电压表、电流表1块4．电阻4个100Ω*1 150Ω*1220Ω*1 510Ω*15．连接导线若干6．实验用9孔插件方板1块四．实验步骤1．理解基尔霍夫定律（KCL和KVL）的要点，明确定律所需的电路结构。

图1 基尔霍夫定律实验线路2．基尔霍夫电流定律（KCL）的验证（1）按图1接线，Us1、Us2用直流稳压电源提供。

（2）用直流电流表依次测出电流I1、I2、I3，（以节点b为例），数据记入表1内。

（3）根据KCL定律式（1）计算ΣI，将结果填入表1，验证KCL。

表1 验证KCL实验数据I1(mA) I2(mA) I3（mA）ΣI3．基尔霍夫电压定律（KVL）的验证（1）按图1接线，U S1、U S2用直流稳压电源。

（2）用直流电压表，依次测出回路1（绕行方向：beab）和回路2（绕行方向：bcdeb）中各支路电压值，数据记入表2内。

电路实验指导书叠加定理和基尔霍夫定律的验证电路实验叠加定理和基尔霍夫定律的验证⼀、实验⽬的1.加深对叠加定理和基尔霍夫定律的理解，并通过实验进⾏验证。

2.学会⽤电流插头、插座测量各⽀路电流的⽅法。

3.学会⾼级电⼯电⼦实验台上直流电⼯仪表的正确使⽤⽅法。

⼆、实验原理1．基尔霍夫定律（1）电流、电压的参考⽅向对电路进⾏分析，最基本的要求就是求解电路中各元件上的电流和电压，⽽其参考⽅向的选择与确定是⾸要的问题之⼀。

电流、电压的参考⽅向是⼀种假设⽅向，可以任意选定⼀个⽅向作为参考⽅向，电路中的电流和电压的参考⽅向可能与实际⽅向⼀致或者相反，但不论属于哪⼀种情况，都不会影响电路分析的正确性。

应注意在未标明参考⽅向的前提下，讨论电流或电压的正负值是没有意义的。

当电流、电压参考⽅向⼀致时，称为关联的参考⽅向。

否则为⾮关联参考⽅向。

（2）基尔霍夫电流定律(KCL)基尔霍夫电流定律应⽤于结点，它是⽤来确定连接在同⼀结点上各⽀路电流之间关系的，缩写为KCL。

KCL是电流连续性原理在电路中的体现。

对电路中任何⼀个结点，任⼀瞬时流⼊某⼀结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。

KCL也适⽤于任意假想的闭合曲⾯。

（3）基尔霍夫电压定律(KVL)基尔霍夫电压定律应⽤于回路，它描述了回路中各段电压间的相互关系，缩写为KVL。

KVL 是能量守恒定律的体现。

从回路中任⼀点出发，沿回路循⾏⼀周，电位降之和必然等于电位升之和。

KVL也适⽤于电路中的假想回路。

2．叠加定理叠加定理可描述为：在线性电路中，如果有多个独⽴电源同时作⽤时，它们在任意⽀路中产⽣的电流（或电压）等于各个独⽴电源分别单独作⽤时在该⽀路中产⽣电流（或电压）的代数和。

电源单独作⽤是指：电路中某⼀电源起作⽤，⽽其他电源不作⽤。

不作⽤电源的具体处理⽅法如下：理想电压源短路，理想电流源开路。

本实验⽤直流稳压电源来模拟理想电压源（内阻可认为是零），所以去掉某电压源时，直接⽤短路线代替即可。

实验二基尔霍夫电压定律的验证实验一、实验目的1、通过实验验证基尔霍夫电压定律，巩固所学的理论知识。

2、加深对参考方向概念的理解。

二、实验原理1、基尔霍夫定律：基尔霍夫电压定律为ΣU = 0，应用于回路。

基尔霍夫定律是分析与计算电路的基本重要定律之一。

图2-1 两个电压源电路图图2-2 基尔霍夫电流定律2、基尔霍夫电压定律（Kirchhoff's V oltage law）可简写为KVL：基尔霍夫电压定律，从回路中任意一点出发，以顺时针方向或逆时针方向沿回路循行一周，则在这个方向上的电位升之和应该等于电位降之和。

就是在任一瞬时。

沿任一回路循行方向（顺时方向或逆时方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。

（如果规定电位升为正号则电位降为负号）。

在电阻电路中的另一种表达式，就是在任一回路循行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。

在图2-1所示电路中，对回路adbca由图2-2可以写出U2 + U3 = U1 + U4U2 + U3－U1－U4 = 0即ΣU = 0上式可改为E1－E2－I1R1 + I2R2 = 0E1－E2 = I1R1－I2R2即ΣE = Σ（IR）4、参考方向：为研究问题方便，人们通常在电路中假定一个方向为参考，称为参考方向。

(1) 若流入节点的电流取正号，则流出节点的电流取负号。

(2) 任一回路中，凡电压的参考方向与回路绕行方向一致者，则此电压的前面取正号，电压的参考方向与回路绕行方向相反者，前面取负号。

(3) 任一回路中电流的参考方向与回路绕行方向一致者，前面取正号，相反者前面取负号。

在实际测量电路中的电流或电压时，当电路中所测的电流或电压的实际方向与参考方向相同时取正值，其实际方向与参考方向相反时取负值。

三、实验内容及步骤KVL定律实验电路如图2-3所示，有两个直流电压源作用于电路中，选定电路的参考方向为U6→U5→U4→U3→U2→U1→U6，电压表中除U3的正、负极性与参考方向相反以外，其余电压表均与该参考方向一致，则列写KVL方程为：ΣU = U6+U5+U4－U3+U2+U1=0（上式中的U1、U2、U3、U4、U5、U6分别对应图上器件R1、R2、E2、R3、R4、E1的电压）故：若用电压表测得的电压值符合上式，则KVL定律得证。