1、电工技术基础正弦交流电路的分析与测量项目二项目导读 正弦交流电是最基本的交流电，它具有电压容易变换，输送和分配方便，供电性能好、效率高等特点 其相应的交流电气设备结构简单、经济性好、维修方便 本项目主要介绍正弦交流电路的分析与测量知识目标掌握正弦交流电的三要素123掌握单一参数正弦交流电路和RLC串联/并联电路的分析方法掌握有功功率、无功功率、视在功率的计算方法4掌握提升功率因数的常用方法技能目标能够使用示波器测量和分析正弦交流信号123能够使用示波器测量R、L、C的阻抗特性能够测量和提高日光灯电路的功率因数任务导入 在匀强磁场中放置一根直导线，使其垂直于磁场方向做匀速直线运动，便可得到一个大
2、小和方向都不随时间改变的感应电动势 若将直导线两端连接一个线性电阻以形成闭合回路，则会在回路中产生直流电流 若使直导线垂直于磁场方向做变速运动，则回路中的电流也会随直导线运动速度的变化而变化 试想一下，若该直导线以速度 （为常数且 ）做简谐运动，则线性电阻上的电压和回路中的电流会发生怎样的变化？相关知识 大小及方向均随时间变化的电压、电流统称为交流电 若电压和电流随时间按正弦规律做周期性变化，则称其为正弦交流电一、正弦交流电的产生 如图2-1所示，当矩形线圈abcd在匀强磁场中旋转时，会在线圈中产生感应电动势e 当矩形线圈在匀强磁场中以固定的角速度旋转时，产生的感应电动势是按正弦规律变化的，即
3、相关知识一、正弦交流电的产生 e是正弦交流电动势在某时刻的瞬时值 是正弦交流电动势的振幅（最大值）是正弦交流电动势的角频率 是正弦交流电的初相位 当 时，正弦交流电动势的波形如图2-2所示相关知识二、正弦交流电的三要素 当图2-1所示电路闭合时，会产生正弦交流电流i，负载（灯泡）两端会出现正弦交流电压u，灯泡将被点亮 此时流过负载的电流为 i 是正弦交流电流在某时刻的瞬时值 是正弦交流电流的振幅（最大值）是正弦交流电的角频率 是正弦交流电的初相位 负载两端的电压为 u是正弦交流电压在某时刻的瞬时值 是正弦交流电压的振幅（最大值）角频率（频率或周期）、振幅（有效值）、初相位称为正弦交流电的三要素
4、相关知识二、正弦交流电的三要素 周期为正弦交流电完成一次循环变化所用的时间，用字母T表示，单位为秒（s）周期指正弦交流电相邻的两个最大值（或相邻的两个最小值）之间的时间间隔1.周期、频率、角频率 频率为正弦交流电在单位时间内做周期性循环变化的次数，用字母 f 表示，单位为赫兹（Hz）周期与频率互为倒数，即 角频率为正弦交流电在单位时间内变化的电角度，用字母 表示，单位为弧度/秒（rad/s）在一个周期T内，正弦交流电经过的角度为 ，所以角频率与周期和频率的关系为相关知识二、正弦交流电的三要素 振幅或最大值为正弦交流电在一个周期内瞬时值中最大的数值 用大写字母加下标m表示，反映了正弦量变化的幅度
5、2.振幅、有效值 如果正弦交流电流i通过电阻R在一个周期内产生的热量，与相同时间内直流电流I通过电阻R产生的热量相等，那么就把这一直流电流I的数值称为正弦交流电流i的有效值 正弦交流电流的有效值为 正弦交流电压的有效值为 正弦交流电动势的有效值为 我国工业和民用交流电源的电压有效值为220 V，频率为50 Hz，因而通常将这一交流电压简称为工频电压相关知识二、正弦交流电的三要素3.初相位与相位差 中的 称为正弦交流电的相位角，简称相位 时的相位角称为初相位角，简称初相位或初相，绝对值不能超过例题2-1已知某正弦交流电压为 ，试求该电压的最大值、频率、角频率和周期各为多少？电压的最大值为 角频率
6、为 频率为 周期为相关知识二、正弦交流电的三要素3.初相位与相位差 相位差指两个同频率正弦交流信号（电流或电压）的相位之差 如果两个相同频率的正弦交流信号出现正值的时间有先有后，那么它们之间就有相位差 如图2-4所示，设两个同频率正弦交流电流为 它们的相位分别为 和 ，则它们的相位差为 （规定 ）相关知识二、正弦交流电的三要素3.初相位与相位差 当 时，称第一个正弦交流信号比第二个正弦交流信号的相位超前（或越前）当 时，称第一个正弦交流信号比第二个正弦交流信号的相位滞后（或落后）当 时，称第一个正弦交流信号与第二个正弦交流信号同相 当 或 时，称第一个正弦交流信号与第二个正弦交流信号反相 当
7、或 时，称第一个正弦交流信号与第二个正弦交流信号正交相关知识三、正弦量的向量表示1.振幅相量表示法 正弦量可以用振幅相量表示，即用正弦量的振幅作为相量长度，用初相位作为相量的幅角（向量与实轴正方向所成的角）有三个正弦量分别为 则它们的振幅相量图如图2-5所示 根据振幅向量表示法，式（2-2）的相量表达式为相关知识三、正弦量的向量表示2.有效值相量表示法 有效值相量表示法是用正弦量的有效值作为相量的长度，用初相位作为相量的幅角 有两个正弦量分别为 则它们的有效值相量图如图2-6所示 根据有效值向量表示法，式（2-2）的相量表达式为相关知识四、交流信号的发生与测量仪器1.信号发生器 信号发生器是一
8、种能够产生所需参数的电测试信号的仪器 根据输出信号波形不同，信号发生器可分为正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器 须将信号发生器接入220 V、50 Hz交流电源，并在开机后预热10 min，以使仪器能够产生频率较稳定的输出信号，然后再将输出信号引出 当信号发生器接入被调试的电路且与其他仪器同时使用时，应使它们共地；同时应特别注意，信号发生器的输出信号端不能对地短路，否则会损坏信号发生器 当信号发生器经衰减器输出时，只能提供电压信号，不能带负载相关知识四、交流信号的发生与测量仪器2.示波器 示波器是一种常用的信号图形观测仪器 它能将电信号变换成可见的图像，以便人们研究
9、各种电现象的变化过程 利用示波器可以观察各种信号的波形曲线，测试电压、电流、频率、相位差等参数 双踪示波器可以同时观察和测量两个信号的波形和参数 在使用时，可由示波器荧光屏的Y轴刻度尺并结合其量程分挡（Y轴输入电压灵敏度V/div分挡）选择开关，读得电信号的振幅 由荧光屏的X轴刻度尺并结合其量程分挡（时间扫描速度t/div分挡）选择开关，读得电信号的周期、脉宽、相位差等参数相关知识四、交流信号的发生与测量仪器3.交流电表 交流电流表用于测量交流电流，测量时不分正、负极性 测量较大电流时，可在交流电流表的基础上加接电流互感器，如图2-10所示，利用变压器原理，将被测大电流转换成标准量程的电流相关
10、知识四、交流信号的发生与测量仪器3.交流电表 钳形电流表简称钳形表，主要用于测量交流电流，是电工测量的常用仪表之一 最大的优点是无须断开电路即可测量电流，在生产生活中检修电气设备时使用非常方便；缺点是测量精度较低 根据功能不同，可分为普通钳形表和带万用表功能式钳形表 根据显示方式不同，又可分为指针式钳形表和数字式钳形表相关知识四、交流信号的发生与测量仪器3.交流电表 钳形表主要由穿心式电流互感器、电磁式电流表（内有整流器）以及其他一些附件组合而成 电流互感器的铁芯为活动开口（即钳口），其外形像把钳子。测量时，只需捏紧手柄（或压紧压块），铁芯自动张开，将被测导线夹入钳口中即可 被测导线成了互感器
11、的一次绕组，互感器的二次绕组绕在铁芯上，并与电磁式电流表串联。当被测导线中有电流流过，由于互感作用，二次绕组产生的感应电流将会流过电磁式电流表，使其指针发生偏转相关知识四、交流信号的发生与测量仪器3.交流电表 测量前，应先检查铁芯的橡胶绝缘是否完好无损。钳口应开合自如，闭合后无明显的缝隙，且无锈迹或其他污物，同时应检查电流表指针是否指向零位 测量时，应先估计被测电流的大小，选择适当量程（所选量程应使指针指示在表盘的1/22/3处）。若无法估计，可先选较大量程，然后逐档测量，直至转换到合适的档位。转换量程档位时，必须在不带电或者钳口张开的情况下进行，以免损坏仪表钳形表使用本卷须知相关知识四、交流
12、信号的发生与测量仪器3.交流电表 测量时，被测导线应尽量放在钳口中部，钳口的结合面如有杂声，应重新开合一次；若仍有杂声，应处理结合面，以确保读数准确。此外，不可同时钳住两根导线 测量5A以下电流时，为得到较为准确的读数，在条件允许时可将导线多绕几圈，放入钳口测量，其实际电流值应为仪表读数与放入钳口内导线圈数之比 每次测量后，应将量程开关置于最高档位，以免下次使用时，因未选择量程就进行测量而损坏仪表钳形表使用本卷须知相关知识四、交流信号的发生与测量仪器3.交流电表 交流电压表用于测量交流电压，如图2-13所示，测量时不分正、负极性 测量较大电压时，可在交流电压表的基础上加接电压互感器，如图2-1
13、4所示，利用变压器原理，将被测大电压换成标准量程的电压 一般工程上配电压互感器用的交流电压表量程为100 V 使用电压互感器时，二次绕组不允许短路，同时铁芯和二次绕组的一端应可靠接地相关知识四、交流信号的发生与测量仪器3.交流电表 交流毫伏表是工厂生产线、修理部门以及学校实验室等部门常用的测量仪器 一般由衰减器、交流电压放大器、检波器和整流电源四部分组成 主要用于测量各种高、低频正弦交流电压，其表头显示结果为所测正弦交流电压的有效值 按照工作原理和读数方式的不同，交流毫伏表可分为指针式和数字式两种类型相关知识四、交流信号的发生与测量仪器3.交流电表 频率计又称频率计数器，是一种专门测量信号频率
14、的电子测量仪器。实验室常用的F3300-C型频率计如图2-16所示任务实施测量正弦交流信号1.实施目标 掌握利用示波器和信号发生器测量正弦交流信号的方法1任务实施测量正弦交流信号2.实施工具及器材 12双踪示波器1台信号发生器1台频率计1台交流毫伏表1块实施工具双踪示波器专用同轴电缆若干导线若干实施器材任务实施测量正弦交流信号3.实施步骤 1示波器的自检双踪示波器的控制面板如图2-17所示，请根据以下步骤对示波器进行自检任务实施测量正弦交流信号3.实施步骤 1示波器的自检 将示波器控制面板部分的“校准信号”插口，通过示波器专用同轴电缆接至示波器的Y轴输入插口 端或 端。开启示波器电源，电源指示
15、灯应点亮。调节示波器面板上的“辉度”“聚焦”“水平位移”“垂直位移”等旋钮，使示波器荧光屏的中心部分显示出线条细而清晰、亮度适中的方波波形。选择幅度和扫描速率，将它们的微调旋钮旋至“校准”位置，从荧光屏上读出该“校准信号”的振幅与频率，并与标称值（1 V、1 kHz）做比较，如相差较大，则请指导老师给予校准任务实施测量正弦交流信号3.实施步骤 2正弦交流信号的测量 将示波器的幅度和扫描速率微调旋钮旋至“校准”位置。通过专业同轴电缆，将信号发生器的正弦交流信号输出端与示波器的 端相连。接通信号发生器的电源，选择正弦交流信号输出。调节相应旋钮，使输出频率分别为50 Hz、1.5 kHz、20 kH
16、z（由频率计读出）；再使其输出信号的有效值分别为0.1 V、1 V、3 V（由交流毫伏表读出）。调节示波器Y轴和X轴的偏转灵敏度至合适的位置，从荧光屏上读出正弦交流信号的周期及振幅，将周期转换为频率记录于表2-1中，将振幅记录于表2-2中任务实施测量正弦交流信号3.实施步骤 表2-1 正弦交流信号的测量数据一 频率计读数所测项目正弦交流信号频率的测量50 Hz1.5 kHz20 kHz水平扫描速率旋钮位置 一个周期占有的格数 信号周期（s）计算所得频率（Hz）表2-2 正弦交流信号的测量数据二 交流毫伏表读数所测项目正弦交流信号振幅的测量0.1 V1 V3 V垂直灵敏度旋钮位置 峰-峰值波形格
17、数 峰-峰值 计算所得有效值 任务实施测量正弦交流信号3.实施步骤 示波器的辉度不要过亮。调节示波器的旋钮时，动作不要过快、过猛。调节示波器时，要注意触发开关和电平调节旋钮的配合使用，以使示波器显示的波形稳定。做定量测量时，“t/div”和“V/div”的微调旋钮应旋至“标准”位置。为防止外界干扰，示波器的接地端要与信号发生器的接地端相连（即共地）任务评价 表2-3 正弦交流信号的测量评分表序号内容评分标准分值得分1平时表现遵守课堂纪律和实训规定，服从老师管理，主动思考并积极参与讨论，否则酌情扣分20 2实际操作正确接线，正确使用仪器、仪表，否则每错1处扣10分20 3实施结果表2-1、表2-
18、2中的测量值和计算值正确，否则每错1处扣5分50 4安全文明生产严格执行安全操作规程，否则每错1处扣5分；不得损坏仪器、仪表，否则扣10分10 总体评价优 良 中 及格 不及格 注：总体评价中，90100分为优，8089分为良，7079分为中，6069分为及格，60分以下为不及格任务导入 正弦交流电在日常生活中的应用十分广泛，我国的家庭用电普遍采用220 V、50 Hz的单相正弦交流电，家用照明灯、电风扇、电水壶等家用电器均以此作为电源。这些电器在正弦交流电路中分别具有什么特性？如何分析单相正弦交流电路呢？相关知识一、纯电阻电路 常见的单相正弦交流电路有单一参数正弦交流电路和RLC串联/并联电
19、路 单一参数正弦交流电路又包括纯电阻电路、纯电感电路和纯电容电路 纯电阻电路是最简单的单相正弦交流电路。在日常生活和工作中接触到的白炽灯、电炉、电烙铁等，都属于电阻性负载，它们与交流电源连接组成纯电阻电路 在纯电阻电路中，电压与电流的关系可以用瞬时值、波形图和相量表示相关知识一、纯电阻电路1.瞬时值表示 设图2-18中电阻两端的电压为 则 电阻两端电压u和电流i的频率相同 电阻与电压、电流之间的关系也符合欧姆定律，而且电压与电流同相（相位差 ）在最大值（或有效值）上满足 或 相关知识一、纯电阻电路2.波形图表示 在纯电阻电路中，电阻元件电压与电流的波形图如图2-19所示相关知识一、纯电阻电路3
20、.相量表示 在纯电阻电路中，用相量表示电压与电流的关系为 电阻元件电压与电流的相量图如图2-20所示相关知识一、纯电阻电路3.相量表示例题2-2 在在图2-18所示的电路中，设 ，试求电流i的 相量表达式和瞬时值表达式 电压u的相量表达式为 电流i的相量表达式为 电流i的瞬时值表达式为相关知识二、纯电感电路 当电感线圈的电阻值非常小，可以忽略不计时，可以认为它们是纯电感元件 纯电感元件与交流电源连接组成纯电感电路 在纯电感电路中，电压与电流的关系也可以用瞬时值、波形图和相量表示相关知识二、纯电感电路1.瞬时值表示 设电路的正弦交流电流为 在电压、电流为关联参考方向时，电感元件两端的电压为 电感
21、两端的电压u和电流i是同频率的正弦量，电压的相位超前电流90，电压与电流在数值上满足 或 相关知识二、纯电感电路2.波形图表示 电感元件对交流电流起阻碍作用的能力称为感抗，用 表示，单位为，其表达式为 当 时，表明电感线圈对直流电流相当于短路，即电感线圈具有“隔交流通直流、通低频阻高频”作用相关知识二、纯电感电路3.相量表示 在纯电感电路中，用相量表示电压与电流的关系为 式中，j为虚数单位，相关知识三、纯电容电路1.瞬时值表示 纯电容元件与交流电源连接组成纯电容电路 在纯电容电路中，电压与电流的关系也可以用瞬时值、波形图和相量表示 设电容C两端的电压为 则 电容两端的电压u和电流i是同频率的正
22、弦量，电流的相位超前电压 相关知识三、纯电容电路2.波形图表示 在纯电容电路中，电容元件电压与电流的波形图如图所示，电压与电流在数值上满足 或 电容元件对交流电流起阻碍作用的能力称为容抗，用 表示，单位为，其表达式为 电容元件对高频电流所呈现的容抗很小，相当于短路 当频率f 很低或 （直流）时，电容相当于开路，因此电容具有“隔直流通交流、通高频阻低频”的作用相关知识三、纯电容电路3.相量表示 在纯电容电路中，用相量表示电压与电流的关系为表2-4 单一参数正弦交流电路特性的比较特性名称纯电阻电路纯电感电路纯电容电路阻抗特性阻抗电阻R直流特性呈现一定的阻碍作用通直流阻交流（相当于短路）通交流隔直流
23、（相当于开路）交流特性呈现一定的阻碍作用通低频阻高频通高频阻低频伏安特性大小关系相位关系（电压与电流的相位差）相关知识四、RLC串联电路1.RLC串联电路电压与电流的关系 根据KVL定律可得 串联电路中，流过各元件的电流相等，设电路中的电流为 电阻元件上的电压 与电流同相，那么电阻元件的电压方程为 电感元件上的电压 比电流超前90，那么电感元件的电压方程为 电容元件上的电压 比电流滞后90，那么电容元件的电压方程为相关知识四、RLC串联电路1.RLC串联电路电压与电流的关系 可设电源电压为 用相量表示电压与电流的关系为 由电压相量所组成的直角三角形，称为电压三角形 利用这个电压三角形，可求得电
24、源电压的有效值，即相关知识四、RLC串联电路1.RLC串联电路电压与电流的关系 公式可写为 称为电路的阻抗，用大写字母Z表示，单位为欧姆，具有对电流起阻碍作用的性质，则 阻抗的幅角即为电压与电流之间的相位差 电源电压u与电流i之间的相位差也可从电压三角形得出，即相关知识四、RLC串联电路1.RLC串联电路电压与电流的关系 公式 中 为阻抗模，用 表示。式（2-19）可改写为 、R、三者之间的关系也可以用一个直角三角形来表示，如图2-29所示，该三角形称为阻抗三角形相关知识四、RLC串联电路2.RLC串联电路的性质在RLC串联电路中，可选电压 为参考相量，则 与 同相，比 超前，比 滞后，由此可
25、画出电路的相量图如图2-30所示相关知识四、RLC串联电路2.RLC串联电路的性质 当 时，电路中的电流滞后于电压 ，此时电路呈感性，其相量关系如图2-30（a）所示 当 时，电路中的电流超前于电压 ，此时电路呈容性，其相量关系如图2-30（b）所示 当 时，电路中电流与电压同向，此时电路呈阻性，相量关系如图2-30（c）所示。这是RLC串联电路的一种特殊工作状态，称为串联谐振相关知识五、RLC并联电路1.RLC并联电路的电压与电流的关系 由KCL定律得出电流的相量形式为 实部 ，称为电导；，称为感纳 ，称为容纳；，称为电纳 ，称为复导纳 它们的单位均为西门子（S）相关知识五、RLC并联电路1
26、.RLC并联电路的电压与电流的关系 RLC并联电路的复导纳为 复导纳的模为 复导纳的导纳角为 G、B、三者可以构成一个直角三角形，称为导纳三角形相关知识五、RLC并联电路2.RLC并联电路的性质在RLC并联电路中，可选电压 为参考相量，则 与 同相，比 滞后90，比 超前90，由此可画出电路的相量图如图2-33所示相关知识五、RLC并联电路2.RLC并联电路的性质 当 （）时，即 比 滞后 ，此时电路呈感性，其相量图如图2-33（a）所示 当 （）时，即 比 超前 ，此时电路呈容性，其相量图如图2-33（b）所示 当 （）时，即 与 同相，此时电路呈阻性，其相量图如图2-33（c）所示。这是R
27、LC并联电路的一种特殊工作状态，称为并联谐振相关知识五、RLC并联电路2.RLC并联电路的性质表2-5 RLC串联/并联电路特性的比较内容RLC串联电路RLC并联电路等效阻抗阻抗大小阻抗角电压或电流关系大小关系电路性质感性电路容性电路谐振电路任务实施测量R、L、C元件的阻抗特性1.实施目标进一步掌握示波器和信号发生器的使用方法12掌握R、L、C元件阻抗特性的测量方法任务实施测量R、L、C元件的阻抗特性2.实施工具及器材12双踪示波器1台低频信号发生器1台频率计1台交流毫伏表1块实施工具30、1 k电阻器各1个 电容器1个1 H电感器1个导线若干实施器材任务实施测量R、L、C元件的阻抗特性3.实
28、施步骤1测量R、L、C元件的阻抗频率特性 通过电缆线将信号发生器输出的正弦交流信号接至图2-34所示的电路中，作为激励源u，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为 ，并保持不变 使信号源的输出频率从200 Hz逐渐增至5 kHz（用频率计测量），并使开关S分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表测量 ，并计算各频率下 、（即 /r）以及R（）、（）、（）的值任务实施测量R、L、C元件的阻抗特性3.实施步骤2观察阻抗角的变化情况 用示波器观察在不同频率下各元件阻抗角（相位差）的变化情况，按图2-35所示方法记录n和m，算出 。用示波器测量阻抗角的方法：从荧光屏上数得一个周期占n格，相位差占m格
29、，则实际的阻抗角 为 （度）3测量串联下的阻抗频率特性重新连接电路，使R、L、C元件串联，参照步骤（1）测量R、L、C元件的阻抗频率特性任务评价表2-6 R、L、C 元件阻抗特性的测量评分表序号内容评分标准分值得分1平时表现遵守课堂纪律和实训规定，服从老师管理，主动思考并积极参与讨论，否则酌情扣分20 2实际操作正确连接电路，正确使用仪器、仪表，否则每错1处扣10分20 3实施结果R、L、C元件的阻抗频率特性的测量值、计算值正确，阻抗角计算值正确，否则每错1处扣5分50 4安全文明生产严格执行安全操作规程，否则每错1处扣5分；不得损坏仪器、仪表，否则扣10分10 总体评价优 良 中 及格 不及
30、格 注：总体评价中，90100分为优，8089分为良，7079分为中，6069分为及格，60分以下为不及格任务导入 在购买家用电器时，除了家用电器的功能外，它们的功率也是人们关注的重点。家用电器功率的大小不仅会影响家庭电网的稳定运行，还直接关系到家用电器消耗的电能，决定了人们的电费开支。如何节约用电，提高电能的利用效能呢？相关知识一、正弦交流电路的功率1.瞬时功率 交流负载的端电压u和电流i之间存在相位差 。的大小和正负由负载确定。u和i 之间的关系可表示为 负载的瞬时功率为相关知识一、正弦交流电路的功率1.瞬时功率 负载的瞬时功率是随时间变化的 瞬时功率有时为正值，有时为负值 当负载功率为正
31、值时，表示负载从电源吸收能量 当负载功率为负值时，表示从负载中的储能元件（如电感、电容）中释放出能量送回电源 瞬时功率的单位为瓦特（W）相关知识一、正弦交流电路的功率2.有功功率平均功率和功率因数 瞬时功率的平均值称为有功功率，也称平均功率，它是电路能源消耗的表现，单位为瓦特（W），其大小为 正弦交流电路的有功功率不仅与电压、电流的有效值有关，还与电压和电流相位差的余弦值 有关，称为功率因数 对于电阻元件，对于电感元件，对于电容元件，相关知识一、正弦交流电路的功率3.无功功率 电路中储能元件电感和电容与电源之间进行能量交换的规模用无功功率表示 对于任意一个无源二端网络，其无功功率可定义为 为电
32、压和电流的相位差，也是电路等效复阻抗的阻抗角 对于感性电路，则 ，无功功率Q为正值，电路吸收无功功率 对于容性电路，则 ，无功功率Q为负值，电路输出无功功率相关知识一、正弦交流电路的功率3.无功功率 在电路中既有电感元件又有电容元件时，无功功率相互补偿，它们在电路内部先相互交换一部分能量后，不足部分再与电源进行交换，则无源二端网络的无功功率为 无源二端网络的无功功率是电感元件无功功率与电容元件无功功率的代数和 为正值；为负值 Q为一代数量，可正可负 无功功率的单位为乏（var）相关知识一、正弦交流电路的功率4.视在功率 在交流电路中，端电压与电流有效值的乘积称为视在功率，用S表示，即 视在功率
33、的单位为伏安（VA）或千伏安（kVA）交流电气设备的容量是按照预先设计的额定电压 和额定电流 来确定的。用额定视在功率 来表示，即相关知识一、正弦交流电路的功率4.视在功率 S、P、Q构成一个直角三角形，如图2-38所示 此三角形称为功率三角形，它与同电路的电压三角形、阻抗三角形相似 有功功率P、无功功率Q、视在功率S之间存在如下关系相关知识一、正弦交流电路的功率4.视在功率例题2-3 在图2-39所示的RLC串联电路中，电阻 ，电感 ，电容 ，电路两端的电压 求：（1）电路的阻抗值（2）电流的有效值（3）各元件两端电压的有效值（4）电路的有功功率、无功功率、视在功率相关知识一、正弦交流电路的
34、功率4.视在功率例题2-3 根据 可得 ，（1）线圈的感抗为 电容的容抗为 则电路的阻抗为（2）电压的有效值为 则电路中电流的有效值为相关知识一、正弦交流电路的功率4.视在功率例题2-3（3）各元件两端电压的有效值分别为（4）电路的有功功率、无功功率、视在功率分别为相关知识二、功率因数的提高1.功率因数提高的意义 在电力系统中，发电厂输出有功功率的同时也输出着无功功率 二者在总功率中各占多少取决于负载的功率因数 负载功率因数的大小是由负载的性质决定的 电力系统中的大多数负载都是感性负载 降低供电设备的利用率。容量为S的供电设备，能够输出的有功功率为 。功率因数 越低，P越小，电源设备越得不到充
35、分的利用 增加供电设备和输电线路的功率损耗。负载从电源取用的电流 ，在P、U一定的情况下，功率因数 越低，线路电流 I 越大，在输电线路上引起的功率消耗 越大（r为线路等效电阻），从而使输电功率降低相关知识二、功率因数的提高2.提高功率因数的常用方法 提高功率因数即在不改变原负载工作状态的条件下，设法减小线路电流 往往采用在负载两端并联合适的电容元件进行补偿的方法（容性负载一般采用并联电感进行补偿）图2-40（a）所示为感性负载并联电容时的电路 当感性负载未并联电容时，电路中的总电流 等于负载电流 ，电路的功率因数为相关知识二、功率因数的提高2.提高功率因数的常用方法 当感性负载并联电容后，负
36、载的工作情况没有任何变化，但由于电容支路电流 的出现，电路中的总电流发生了变化，即 ，相量图如图2-40（b）所示 ，即电路中的总电流减小了，从而降低了电路对电源输出电流的要求，增加了电源的带负载能力 总电流滞后于电压的相位角也由原来的 减小到 ，即 ，所以 ，即提高了功率因数相关知识三、功率表的使用 功率表是电动式仪表，用于直流电路和交流电路中测量电功率 功率表主要由固定的电流线圈和可动的电压线圈组成 电流线圈与负载串联，反映负载的电流；电压线圈与负载并联，反映负载的电压 功率表分为低功率因数功率表和高功率因数功率表 电路实验室中常用到两种型号的功率表 D34-W型功率表，属于低功率因数功率
37、表，D51型功率表，属于高功率因数功率表，相关知识三、功率表的使用 功率表的电压量程和电流量程根据被测负载的电压和电流来确定，要大于被测电路的电压值、电流值 图2-41（a）所示为D34-W型功率表的面板，该表有四个电压接线柱，其中带有“*”标的接线柱为公共端，另外三个接线柱为电压量程选择端，分别对应25 V、50 V、100 V三个量程1.量程的选择相关知识三、功率表的使用 四个电流接线柱没有标明量程，可通过对四个接线柱的不同连接方式改变量程 通过活动连接片使两个0.25 A的电流线圈串联，即可得到0.25 A的量程，如图2-41（b）所示 通过活动连接片使两个0.25 A的电流线圈并联，即
38、可得到0.5 A的量程，如图2-41（c）所示1.量程的选择相关知识三、功率表的使用 用功率表测量功率时，需使用四个接线柱，即两个电压线圈接线柱和两个电流线圈接线柱 电压线圈要并联接入被测电路，电流线圈要串联接入被测电路 电压线圈和电流线圈带有“*”标的接线端应短接在一起2.连接方法例如，若要求选择功率表的电压量程为50V，电流量程为0.25 A，则功率表的接线方法如图2-42所示相关知识三、功率表的使用3.功率表的读数 功率表的表盘上并不标明瓦特数，而只标明分格数，所以从表盘上并不能直接读出所测的功率值，而需经过计算得到 当选用不同的电压、电流量程时，每分格所代表的瓦特数是不相同的，设每分格
39、代表的功率为C，则 为功率表的功率因数，对于D34-W型功率表，表盘满刻度数为125 在图2-42所示的量程选择下，每分格所代表的瓦特数为 根据C值和仪表指针偏转的格数a，即可求出被测功率为相关知识三、功率表的使用4.功率表的使用本卷须知 功率表在使用过程中应水平放置 仪表指针如不在零位时，可利用表盖上的零位调整器调整 测量时，如遇仪表指针反向偏转，应改变仪表面板上的“+”“-”换向开关极性，勿互换电压接线，以免使仪表产生误差 功率表指针偏转大小只表明功率值，并不显示仪表本身是否过载，有时表针虽未达到满度，只要U或I中的一项超过该表的量程就会损坏仪表。故在使用功率表时，通常需接入电压表和电流表
40、进行监控相关知识三、功率表的使用4.功率表的使用本卷须知 功率表所测功率值包括了其本身电流线圈的功率损耗，所以测量精度要求较高时，应从测得的功率中减去电流线圈消耗的功率，才可得到所求负载消耗的功率 D34-W型、D51型功率表量程内每格所代表的功率值及相应的内阻如表2-7所示表2-7 D34-W型、D51型功率表量程内每格所代表的功率值及相应的内阻 D34-W型功率表D51型功率表电压量程内阻电压量程内阻25 V50 V100 V75 V150 V300 V600 V电流量程0.25 A0.01 W0.02 W0.04 W0.25 W0.50 W1.00 W2.00 W0.5 A0.02 W0
41、.04 W0.08 W0.50 W1.00 W2.00 W4.00 W任务实施提高日光灯电路的功率因数1.实施目标了解日光灯电路的工作原理与接线方法12掌握提高感性负载功率因数的方法3掌握功率表的使用方法任务实施提高日光灯电路的功率因数2.实施工具及器材12功率表1块万用表1块交流毫伏表1块交流电流表1块功率因数表1块实施工具功率因数提高实验电路板1块220 V单相交流电源1路自耦调压器、镇流器、启辉器、日光灯管各1个1 F、2.2 F、4.7 F电容器各1个导线若干实施器材任务实施提高日光灯电路的功率因数3.实施步骤 按图2-43所示的试验电路接线，电源电压取自试验装置配电屏上的220 V电
42、源端，功率因数表的接线方式与功率表相同，电流线圈串联接入电路中，电压线圈并联接入电路（图中未画出）。接线完毕并经指导老师检查后，方可接通电源1任务实施提高日光灯电路的功率因数3.实施步骤2 将 、断开，输入220 V交流电，用交流电压表测量电源电压U、灯管电压 、镇流器电压 ，通过一只交流电流表和三只电流插座分别测量三条支路的电流，用单相功率表测量功率，用功率因数表测量功率因数，并将测量结果记录于表2-8中表2-8 日光灯电路的测试数据一测量数据计算数据U（V）P（W）L 任务实施提高日光灯电路的功率因数3.实施步骤3 图2-43所示电路中，。操作开关，使电路分别并联电容 、，每改变一次电容值
43、，测量一次有关参数，并将测量结果记录于表2-9中表2-9 日光灯电路的测试数据二电容器测量数据计算数据标算值U（V）I（A）P（W）任务评价表2-10 日光灯电路功率因数的提高评分表序号内容评分标准分值得分1平时表现遵守课堂纪律和实训规定，服从老师管理，主动思考并积极参与讨论，否则酌情扣分20 2实际操作正确连接电路，正确使用仪器、仪表，否则每错1处扣10分20 3实施结果表2-8、表2-9中的测量值和计算值正确，否则每错1处扣5分50 4安全文明生产严格执行安全操作规程，否则每错1处扣5分；不得损坏仪器、仪表，否则扣10分10 总体评价优 良 中 及格 不及格 注：总体评价中，90100分为优，8089分为良，7079分为中，6069分为及格，60分以下为不及格
