电气实验室实操培训课件

电气实验室实操培训课件第一章电气实验室概览与安全规范电气实验室的重要性与应用场景理论与实践的桥梁多领域应用覆盖电气实验室是电气工程专业教学的核心环节，它将抽象的电路理论、控现代电气实验室涵盖多个技术领域，为学员提供全方位的实践平台制原理转化为可见、可测、可操作的实际系统通过动手实践，学员能电力系统供配电、继电保护、电能质量分析够深刻理解电气现象的本质，掌握工程问题的分析与解决方法自动控制PLC编程、过程控制、运动控制•验证课堂理论知识的正确性电子技术模拟电路、数字电路、嵌入式系统•培养工程实践能力和创新思维电机控制电机拖动、调速系统、伺服控制•提升故障诊断与排除技能实验室安全须知高压电安全操作规程个人防护装备要求紧急处理流程•实验前必须检查设备接地状况•穿戴绝缘鞋和防护服•触电事故立即切断电源，实施急救•严禁带电操作，遵循先断电、后操作•佩戴护目镜和绝缘手套•火灾事故使用CO₂灭火器，禁用水原则•长发必须束起，避免卷入设备•设备故障按下急停，报告指导教师•高压实验需两人以上协同进行•不得佩戴金属饰品•人员受伤及时拨打急救电话•使用绝缘工具，保持安全距离•保持工作区域整洁干燥•熟记实验室应急电话和逃生路线•了解急停按钮和断电开关位置实验室常用仪器仪表介绍数字示波器信号发生器交流综合实验台数字万用表观察电信号的波形、频率、幅值、产生正弦波、方波、三角波等标准集成电源、测量仪表、负载于一体测量电压（交直流）、电流、电相位等特性支持多通道同时测信号，频率和幅值可调用于电路的综合性实验平台可完成电路原阻、电容等基本电气参数具有自量，可进行波形存储、FFT分析、测试、系统调试、频率响应分析等理、电机拖动、电力电子等多种实动量程、数据保持、峰值捕捉等功自动测量等高级功能实验验项目能，是电气测量的基础工具数字基础实验箱电能质量分析仪提供数字电路实验所需的逻辑门、监测电网电压、电流、功率、谐波触发器、计数器等模块配备面包等参数用于电能质量分析、电力板、电源、指示灯，便于快速搭建系统故障诊断和能效评估实验和验证数字电路实验室全景及主要设备布局测量仪器区实验操作台设备存储区配备各类精密测量仪表，包括万用表、示波每个工位配备独立电源、实验箱和工具柜，学集中存放元器件、工具、耗材等，分类管理，器、频谱分析仪等，满足不同精度和频率范围员可以安全、高效地完成各类电路搭建和调试方便取用定期维护保养，确保设备完好率的测量需求工作第二章基础电路实验实操基础电路实验是电气工程的入门环节，通过直流电路、交流电路、三相电路的测量与分析，掌握电路基本定律和测量方法，为后续复杂系统的学习奠定基础直流电路基本测量与叠加原理验证万用表基本操作叠加原理实验数字万用表是电气测量的基础工具，正确使用是每位电气工程师的必备技能叠加原理是线性电路分析的重要方法，通过实验验证可以加深理解实验准备搭建含两个独立电源的线性电路01档位选择分步测量保留电源1，短路电源2，测量支路电流I₁交换电源保留电源2，短路电源1，测量支路电流I₂根据待测参数选择合适档位（电压、电流、电阻），交直流要区分清楚同时作用两个电源同时工作，测量总电流I数据分析验证I=I₁+I₂，计算相对误差02误差讨论分析测量误差来源及改进方法表笔连接红表笔接正极/高电位，黑表笔接负极/低电位，测电阻时极性可互换注意叠加原理仅适用于线性电路，且只能叠加电压和电流，不能叠加功率03读数记录等待数值稳定后读取显示值，注意单位和小数点位置04安全规范测量时手指不得触碰表笔金属部分，测完后及时断开电路交流电路相量测量与功率因数改善相量关系测量使用双通道示波器同时观察电压和电流波形，通过波形的时间差计算相位差φ调整示波器时基和幅值，使两个波形清晰显示功率因数计算根据相位差计算功率因数cosφ，测量有功功率P和视在功率S，验证P=S·cosφ关系记录负载类型对功率因数的影响电容补偿实验在感性负载两端并联补偿电容，观察电流波形变化和功率因数提升通过改变电容值，寻找最佳补偿点，实现功率因数接近1实验关键点工程应用意义•示波器探头要正确接地，避免短路•提高电能利用率，降低线路损耗•调整触发方式，稳定显示波形•减少无功功率传输，提升供电效率•使用光标测量功能精确读取时间差•避免功率因数罚款，降低运营成本•补偿电容要根据负载功率选择合适容量•改善电压质量，保护用电设备三相电路连接方式与测量星形（Y）连接三角形（△）连接特点三相绕组一端连接在一起形成中性点，另一端分别引出三根相线线电压=√3×相电特点三相绕组首尾依次连接形成闭合回路，从三个连接点引出相线线电压=相电压，线电压，线电流=相电流流=√3×相电流应用适用于需要中性线的场合，可同时提供线电压和相电压，如380V/220V供电系统应用适用于大功率电机，可获得更大的启动转矩，但无中性点，不能引出中性线实验测量步骤与数据分析Y型负载测量△型负载测量

1.按电路图正确接线，检查相序

1.将负载改接成三角形连接

2.测量三个线电压UAB、UBC、UCA

2.测量线电压和相电压，验证相等

3.测量三个相电压UA、UB、UC

3.测量线电流和相电流

4.测量三个线电流IA、IB、IC

4.验证关系UL=Up，IL=√3·Ip

5.验证关系UL=√3·Up，IL=Ip

5.对比Y、△两种接法的功率关系

6.计算三相总功率并测量验证

6.分析中性点不接地对测量的影响第三章电机控制电路实操电机控制是电气自动化的核心内容本章将学习电动机的基本控制电路，包括点动、自锁、正反转、顺序控制等典型应用，掌握继电器-接触器控制系统的设计与调试方法三相异步电动机点动与自锁控制电路电气原理图识读点动控制电路电气原理图是控制电路的语言，正确识读是实操的前提按下按钮电机运行，松开按钮电机停止，适用于短时、间歇工作的场合主电路由断路器QF、接触器KM主触点、热继电器FR、电动机M组成01控制电路由控制变压器、按钮SB、接触器线圈、指示灯等组成电路接线保护电路热继电器常闭触点串入控制电路，过载时断开按原理图连接主电路和控制电路，点动按钮SB直接控制接触器线圈KM文字符号QF-断路器，KM-接触器，FR-热继电器，SB-按钮接线图转换要点02功能测试

1.主电路三相电源L

1、L

2、L3分别接入

2.控制电路电源从主电路引出或独立供电按下SB，接触器吸合，电机转动；松开SB，接触器释放，电机停止

3.按钮、接触器按原理图连接关系接线自锁控制电路

4.保护装置串联在控制回路中

5.接线完成后用万用表检查短路和断路按一下启动按钮电机持续运行，再按停止按钮电机停止，是最常用的控制方式01增加自锁触点将接触器常开辅助触点并联在启动按钮两端，形成自保持回路02调试验证按下启动按钮SB2，松手后电机继续运行；按下停止按钮SB1，电机停止电动机正反转与顺序控制电路正反转原理互锁保护设计顺序控制实现改变三相异步电动机定子绕组中三相电流的相序，即可改为防止正反转接触器同时吸合造成短路事故，必须设置可利用时间继电器延时触点，实现多台电机按设定顺序依次变旋转磁场方向，实现电机正反转具体方法是将三相电靠的互锁保护启动或停止源中任意两相对调机械互锁使用机械连锁装置，两个接触器不能同时闭合•电机M1启动后，延时5秒启动M2•正转L1-U、L2-V、L3-W•M2启动后，延时3秒启动M3•反转L1-W、L2-V、L3-U（L1与L3对调）电气互锁在控制电路中串入对方的常闭触点，一个吸合•停止时按相反顺序延时停止时另一个无法动作•可实现传送带、生产线的自动控制双重互锁机械+电气双保险，确保万无一失调试技巧与故障排查调试步骤常见故障

1.先通电测试控制电路，不接电机电机不转检查电源、熔断器、接触器主触点

2.按正转按钮，检查正转接触器动作不能正反转切换检查互锁触点接线

3.按反转按钮，检查互锁功能是否正常按钮失灵检查按钮触点和连线

4.确认无误后接入电机，空载试运行接触器频繁吸合释放检查线圈电压和自锁回路

5.调整时间继电器延时参数热继电器跳闸检查电机负载和整定电流

6.带载测试，观察启动和运行状态电机调速技术基础实验12直流调速系统原理直流调速系统安装直流电机调速通过改变电枢电压或励磁电流实现PWM调速器通过改变脉宽调制波的占空比，控制电机端电压，从而调节连接调速器、电机、电源、测速装置转速

1.按接线图连接电源输入端•转速n=U-IₐRₐ/CₑΦ

2.连接电枢和励磁绕组•调压调速改变电枢电压U

3.安装测速发电机或编码器•弱磁调速改变励磁磁通Φ

4.接入控制信号和反馈信号

5.设置调速器参数（增益、限流等）34直流系统调试交流变频调速原理空载启动，逐步加载测试变频器通过改变输出频率f来调节电机转速同时按比例调节电压，保持磁通恒定，获得良好的调速性能•测量空载转速和启动电流•同步转速n₀=60f/p•调节给定电位器，观察转速变化•V/f控制电压与频率成正比•加载后测试稳速性能•矢量控制高动态性能•测试正反转和制动功能56变频器参数设置变频系统运行测试根据电机铭牌设置变频器参数多频率点测试，绘制特性曲线•电机额定功率、电压、电流•测试不同频率下的转速和电流•额定频率和转速•验证调速范围和精度•加减速时间•测试动态响应性能•过载保护系数•记录能效数据，对比节能效果•控制方式（V/f或矢量）第四章模拟电子电路实验模拟电子技术是电气工程的重要基础本章通过晶体管放大器、集成运放应用、振荡电路等实验，掌握模拟信号的放大、滤波、产生等基本技术晶体管共射极放大器调试静态工作点调整动态参数测量静态工作点Q决定放大器的线性度和动态范围，是放大电路调试的首要任务输入小信号，测量放大器的动态性能指标放大倍数Au01理论计算•输入1kHz正弦波，幅值10mV•用示波器测量输入输出电压有效值根据电路参数计算理想静态工作点基极电流IB、集电极电流IC、管压降UCE•计算电压放大倍数Au=Uo/Ui02•注意相位反转180°电路搭建输入阻抗Ri在面包板上搭建共射极放大电路，选择合适的晶体管（如9013）和偏置电阻•在输入端串入已知电阻Rs•测量Rs两端电压降Us03•计算Ri=Ui/Us-1×Rs静态测量输出阻抗Ro不加输入信号，用万用表测量各点电压，调整偏置电阻使Q点位于理想位置•空载测输出电压Uo•接负载RL，测电压Uo04Q点优化•计算Ro=Uo/Uo-1×RL理想情况下UCE≈VCC/2，此时输出电压对称性最好，动态范围最大集成运放有源滤波与比较器实验低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）允许低频信号通过，抑制高频干扰采用运放和RC网络构成二阶有源低通滤波器，具有增益可调、输入阻抗高、输出阻抗允许高频信号通过，抑制低频成分将低通滤波器的电阻和电容位置互换，即可得到高通滤波器低的优点设计参数截止频率fc=1/2πRC，高频增益Av=1+R2/R1设计参数截止频率fc=1/2πRC，通带增益Av=1+R2/R1应用场景信号耦合、直流阻隔、高频提取、音频分频器测试方法输入不同频率的信号，测量输出幅值，绘制幅频特性曲线，验证-3dB截止频率电压比较器实验单门限电压比较器迟滞比较器（施密特触发器）将输入信号与参考电压UREF比较，输出高低电平引入正反馈，形成两个不同的阈值电压•UiUREF时，输出高电平（接近+VCC）•上限阈值UT+=UREF1+R1/R2•UiUREF时，输出低电平（接近-VCC）•下限阈值UT-=UREF1-R1/R2•传输特性曲线呈阶跃状•回差电压ΔU=UT+-UT-实验内容输入三角波，调节参考电压，观察输出方波的占空比变化，理解比较器的电压传输特性优势抗干扰能力强，输出波形稳定，广泛用于波形整形、数字信号转换振荡电路波形观察与分析RC正弦波振荡器采用RC移相网络和运放构成，产生低频正弦波信号典型电路为文氏电桥振荡器，具有频率稳定、波形失真小的特点振荡条件•幅度条件Av≥3（反馈系数F=1/3）•相位条件φA+φF=2nπ（n=0,1,

2...）•振荡频率f₀=1/2πRC搭建与测试按电路图搭建，上电瞬间电路噪声触发振荡用示波器观察输出波形，测量频率和幅值，调节反馈电阻改变增益，观察波形失真情况LC正弦波振荡器利用LC谐振回路和晶体管放大器，产生中高频正弦波常见电路有电容三点式、电感三点式振荡频率f₀=1/2π√LC实验要点调节可变电容改变振荡频率，观察频率与电容的关系测量波形质量，计算频率稳定度555定时器方波发生器555芯片配合RC充放电电路，产生占空比可调的方波电路简单、性能稳定、应用广泛频率计算f=

1.44/[R1+2R2C]占空比D=R1+R2/R1+2R2实验任务设计并搭建产生1kHz、占空比50%的方波发生器调节R2，观察占空比和频率的变化三角波和锯齿波发生器利用积分器将方波转换为三角波调整积分时间常数RC，可改变三角波的幅值和频率波形测量•用示波器XY模式显示李萨如图形•测量上升时间tr和下降时间tf•计算斜率和线性度•分析波形失真原因第五章数字电路与实操PLC数字技术是现代电气控制的基础本章学习数字逻辑电路、硬件描述语言、可编程控制器等内容，掌握从组合逻辑到时序逻辑、从门电路到PLC的完整技术体系集成门电路逻辑功能测试TTL基本逻辑门实验组合逻辑电路设计利用基本门电路实现特定逻辑功能半加器设计与门（AND）•输入两个一位二进制数A、B全1出1，有0出0使用74LS08芯片，验证真值表，测量传输延迟时间•输出和S=A⊕B，进位C=A·B•用异或门和与门实现全加器设计或门（OR）•输入A、B和低位进位Cin有1出1，全0出0使用74LS32芯片，分析扇出系数和噪声容限•输出S=A⊕B⊕Cin•Cout=AB+ACin+BCin•可用两个半加器组合实现编码器与译码器非门（NOT）•使用74LS148八线-三线优先编码器输入输出相反使用74LS04芯片，观察反相功能和波形翻转•使用74LS138三线-八线译码器•测试功能，分析应用场景与非门（NAND）全1出0，有0出174LS00是TTL门电路中最常用的芯片，可实现任意逻辑函数基础与综合实验Verilog HDLEDAVerilog语法基础学习模块定义、端口声明、数据类型（wire、reg）、运算符、条件语句等基本语法理解硬件描述语言与软件编程语言的区别并行执行vs顺序执行组合逻辑电路描述使用assign语句描述组合逻辑，实现简单电路如多路选择器、编码器、算术运算器掌握门级描述、数据流描述、行为级描述三种建模方式时序逻辑电路描述学习always块、敏感列表、阻塞赋值=与非阻塞赋值=的区别设计触发器、寄存器、计数器等时序电路仿真与验证编写测试平台（testbench），生成测试向量，进行功能仿真使用EDA工具（如ModelSim、Vivado）观察仿真波形，验证设计正确性综合与实现将Verilog代码综合成门级网表，布局布线，生成配置文件下载到FPGA开发板，进行硬件测试观察LED、数码管等输出，验证功能实验案例交通灯控制器设计要求设计思路•东西、南北两个方向的红绿黄灯控制

1.分频器产生1Hz时钟信号•绿灯30秒，黄灯3秒，红灯33秒

2.状态机控制灯的切换•数码管显示倒计时

3.计数器实现倒计时•具备手动/自动切换功能

4.译码器驱动数码管显示

5.综合各模块，下载测试系统结构与编程入门PLCCPU模块输入模块PLC的大脑，负责程序执行、逻辑运算、数据处理采用扫描工作方式输入采样→程序执行→输出刷新，周期性循环扫接收外部开关量或模拟量信号，经光电隔离、滤波后送入CPU常见有直流输入（24V）、交流输入（220V）、热电阻/热描周期通常为几到几十毫秒电偶输入等类型输出模块电源模块将CPU的控制信号输出，驱动外部负载分为继电器输出（大电流、慢速）、晶体管输出（高频、小电流）、晶闸管输出为PLC各部分提供稳定的直流电源输入220V AC或24V DC，输出5V、24V等多路电压具有过流、过压、欠压保护功（交流负载）能PLC接线与编程实操硬件接线步骤梯形图编程基础

1.根据控制要求绘制I/O分配表常开触点对应输入点或中间继电器的常开触点

2.连接电源模块，注意电压等级常闭触点对应元件的常闭触点

3.输入设备（按钮、传感器）接至输入端子线圈输出点或中间继电器

4.输出设备（接触器、指示灯）接至输出端子串联实现与逻辑

5.公共端COM正确接地并联实现或逻辑

6.通讯电缆连接编程器或计算机从左到右、从上到下逻辑执行顺序控制典型应用案例PLC电机启停控制延时控制计数控制实现电机的启动、停止和急停功能启动按钮I

0.0，停止按钮I

0.1，急停按钮按下按钮后延时5秒启动电机，运行30秒后自动停止使用定时器指令TON实现传感器检测产品通过，累计到100件后报警使用计数器指令CTU，计数器C0，I

0.2，电机输出Q

0.0使用自保持回路实现连续运行延时功能，T

37、T38两个定时器配合实现达到设定值SV=100时输出信号顺序控制与故障诊断三台电机顺序启停控制控制要求按下启动按钮，M1启动→延时5s→M2启动→延时3s→M3启动按下停止按钮，M3停止→延时2s→M2停止→延时2s→M1停止程序设计思路

1.使用3个定时器T

1、T

2、T3控制启动间隔

2.M1输出线圈后串联T1的常开触点触发M

23.M2输出线圈后串联T2的常开触点触发M

34.停止逆序控制，使用定时器延时断开

5.增加故障检测如某台电机5s内未启动则报警故障诊断功能•过载保护检测热继电器信号，跳闸后停机报警•缺相保护检测三相电流，缺相时立即停机•联锁失效检测正反转接触器，同时吸合时报警•故障记录使用数据寄存器记录故障代码和时间调试技巧使用PLC的强制功能单独测试每个输出点，逐段调试程序，使用监控功能观察内部状态第六章供配电系统实操供配电系统是电能从发电厂到用户的关键环节本章学习变配电站的设备组成、运行操作、维护保养和故障处理，掌握工厂供配电系统的设计与运行管理技能工厂供配电系统组成与设备操作1高压进线从电网接入10kV或35kV高压电源，经高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等设备进入变电站断路器具备过流、速断、接地等保护功能2电力变压器将高压电降压为380V/220V低压电，向厂区配电变压器容量根据负荷计算选择，采用D,yn11接线方式配备温度监测、差动保护、瓦斯保护装置3低压配电柜由进线柜、计量柜、馈线柜、电容补偿柜、联络柜等组成采用抽屉式断路器，便于维护更换配备电流表、电压表、功率因数表等监测仪表4配电线路通过电缆或母线槽将电能输送到各用电点线路保护包括断路器、熔断器、漏电保护器根据负荷性质分为动力配电和照明配电配电设备操作规程高压柜操作变压器投运

1.验电确认设备断电

1.检查变压器外观、油位、温度

2.按顺序拉开断路器→隔离开关

2.测量绝缘电阻，应大于规定值

3.挂接地线，装设遮拦

3.检查冷却系统、保护装置

4.悬挂禁止合闸标识牌

4.先合低压侧开关，再合高压侧

5.送电操作顺序相反

5.空载运行2小时，检查声音、温升

6.两人操作，一人监护

6.记录空载电流和损耗供配电系统运行维护与故障排查运行监测预防性维护故障排查方法定期巡视检查，记录运行参数按周期进行设备保养系统性分析判断故障点•电压、电流、功率因数是否正常•清扫柜内灰尘，紧固接线端子•查看保护装置动作信号和记录•变压器温度、油位、声音•测试断路器动作特性•测量故障点前后电压电流•开关柜温升、异味、放电•检查互感器、避雷器•使用绝缘摇表查找接地点•补偿电容器投切情况•测量绝缘电阻和接地电阻•红外热像仪检测异常发热•接地装置完好性•变压器油化验和补油•分段排查缩小故障范围•继电保护装置动作记录•保护定值核对和整定•做好故障记录和分析总结典型故障处理案例短路故障过负荷跳闸电压异常现象断路器跳闸，保护动作现象电流超过整定值，热继电器动作现象电压过高或过低处理检查线路绝缘，排除短路点，测试合格后送电处理检查负荷，降容或增容改造，调整保护定值处理检查变压器分接开关，调整无功补偿，联系供电部门第七章自动控制系统与工业网络自动控制技术是现代工业的核心本章学习控制系统的分析与调试、工业网络通讯、组态软件应用，掌握从单机控制到系统集成的完整技能自动控制系统性能分析与调试时域分析频域分析研究系统输出随时间的变化规律，评估动态性能研究系统对不同频率信号的响应特性频率特性测试2%

0.5s•输入不同频率的正弦信号超调量σ%调节时间ts•测量输出幅值和相位•绘制伯德图（幅频、相频特性）输出超过稳态值的最大百分比，反映系统的相对稳定性输出进入并保持在稳态值±5%范围内所需的时间•确定截止频率、相角裕度、幅值裕度•评估系统稳定性和动态品质

0.1s系统调试实操流程上升时间tr01开环测试输出从稳态值的10%上升到90%所需的时间断开反馈回路，分别测试前向通道和反馈通道的特性阶跃响应测试

1.给定信号加阶跃输入（如0→100%）

022.记录输出响应曲线闭环调试

3.测量超调量、调节时间等指标接通反馈，从小到大调节控制器参数（比例、积分、微分）

4.对比理论计算值与实测值

5.分析偏差原因，调整参数03抗干扰测试施加干扰信号，测试系统的抗扰能力和恢复时间04性能优化在快速性、稳定性、准确性之间寻找最佳平衡点工业网络与组态软件应用现场总线技术现场级设备间的数字化通讯网络，替代传统的4-20mA模拟信号和硬线连接Profibus西门子主推，广泛应用于离散制造和过程控制Modbus开放协议，简单易用，成本低廉CANopen汽车电子和运动控制领域DeviceNet罗克韦尔推广，传感器和执行器连接优势节省线缆、远程诊断、数据共享、易于扩展工业以太网基于TCP/IP协议的控制层和管理层网络，实现车间到企业的信息集成Profinet实时以太网，无缝集成Profibus设备EtherCAT超高速，微秒级实时性，运动控制首选Ethernet/IP罗克韦尔CIP协议，兼容DeviceNetModbus TCPModbus over以太网应用MES系统、SCADA监控、远程维护、数据采集组态软件配置与系统调试组态软件功能组态实例水箱液位控制组态软件是监控与数据采集系统（SCADA）的核心，提供图形化人机界面建立设备连接配置PLC通讯参数（IP地址、站号）（HMI）定义变量标签液位PV、阀门开度MV、设定值SP等•实时数据采集与显示绘制工艺画面水箱、管道、阀门、液位计等图形元素•工艺流程动画模拟动画连接液位高度与PV变量关联，阀门开度与MV关联•报警管理与历史记录设置报警高液位、低液位报警阈值和动作•趋势曲线和报表生成配置趋势记录液位变化曲线•配方管理和批量控制调试运行下载到HMI或工控机，联机测试•权限管理和操作日志常用软件WinCC、iFix、InTouch、力控、组态王结语实操技能提升与职业发展持续学习与安全意识电气工程师的职业素养与未来展望电气技术日新月异，终身学习是工程师的必备素质技术更新专业能力关注新技术、新设备、新标准，参加培训和认证扎实的理论基础+娴熟的实操技能+创新解决问题的能力考试，不断更新知识体系实践积累多动手、多思考、多总结，从失败中学习，从经团队协作验中提炼，形成个人技能库良好的沟通能力+跨专业协作+知识共享与传承安全第一始终把安全放在首位，遵守规程，杜绝违章，保护自己和他人的生命财产安全职业操守认真负责+诚实守信+精益求精的工匠精神电气工程师不仅是技术的实践者，更是工业进步的推动者让我们用专业的技能和负责的态度，为智能制造和绿色能源的未来贡献力量！感谢您的学习！祝愿各位在电气工程领域取得优异成绩！。