电工基础项目五课件.ppt

1、1.理解正弦交流电的三要素、表示方法及同频率正弦交流电的合成方法。2.理解单一参数正弦交流电路中电压与电流的关系，理解有功功率、无功功率、阻抗的概念。3.掌握单一参数正弦交流电路中电流、电压和功率的计算方法。4.理解RLC串联电路中总电压与分电压、电压与电流的关系。5.掌握电路发生串、并联谐振的条件以及串、并联谐振的特征。1.会使用常用仪表测量交流电压与电流。2.会测量交流电路中各类元件的主要参数。3.会观察串、并联谐振电路的谐振状态，能测定其谐振频率。4.会根据电路图连接荧光灯和白炽灯照明电路。5.掌握电度表的使用方法。任务1认识正弦交流电任务2分析单一参数正弦交流电路XX.TIF任务1认识

2、正弦交流电1.利用Multism仿真软件，仿真如图5-1所示电路，调节信号发生器，使其输出电压为5V的正弦交流信号，输出频率为100Hz，用示波器观察信号电压波形，其最高点的2.用万用表交流电压挡测量单相交流电的数值为V。3.示波器显示波形的数值是恒定的还是变化的？万用表测得的读数是恒定的还是变化的？一、正弦交流电的三要素二、正弦交流电的表示方法一、填空题二、选择题任务1认识正弦交流电ZYZ.TIF3.示波器显示波形的数值是恒定的还是变化的？万用表测得的读数是恒定的还是变化的？图5-1“做一做”电路3.示波器显示波形的数值是恒定的还是变化的？万用表测得的读数是恒定的还是变化的？ZS.TIF一、

3、正弦交流电的三要素(一)瞬时值、最大值、有效值和平均值(1)瞬时值交流电在某一时刻的大小称为该时刻的瞬时值，用小写字母表示，如电动势、电压、电流的瞬时值分别用e、u、i表示，如图5-2所示。图5-2正弦交流电的波形图一、正弦交流电的三要素(2)最大值交流电在一个周期内所能达到的最大瞬时值称为交流电的最大值(也叫峰值或振幅)，用大写字母加下标m来表示，如Em、Um、Im等，如图5-2所示。(3)有效值由于交流电的瞬时值是随时间变化的，所以交流电的大小常用“有效值”表示。图5-3有效值的定义一、正弦交流电的三要素图5-4最大值和有效值关系(4)平均值平均值是指正弦交流电半个周期内瞬时值的平均值，用

4、大写字母加下标P来表示，如EP、UP、IP等。一、正弦交流电的三要素图5-5最大值与平均值关系XYX.TIF一、正弦交流电的三要素(二)周期和频率(1)周期交流电重复变化一周所用的时间称为周期，用字母T表示。(2)频率交流电在1s内重复变化的次数称为频率，用字母f表示。图5-6f与T单位及关系(3)角频率交流电每秒钟变化的电角度称为角频率，用符号表示，单位是(弧度/秒rad/s)。一、正弦交流电的三要素图5-7、T和f关系XYX.TIF(三)相位和相位差一、正弦交流电的三要素(1)相位正弦交流电在t时刻所对应的角度(t+)称为相位角，简称相位。(2)初相把t=0时对应的相位称为初相位或初相。(

5、3)相位差两个同频率交流电的相位之差称为相位差，用表示。一、正弦交流电的三要素图5-8相位、初相和相位差的关系1.初相可以为正，也可为负，一般用弧度表示，也可用不大于180的角度表示。2.只有同频率的正弦量才能比较相位。一、正弦交流电的三要素图5-9和的相位差一、正弦交流电的三要素图5-10交流电的相位与相位差一、正弦交流电的三要素图5-11交流电的同相、反相和正交例5-1已知某正弦交流电，电压为u=220sin(100t+30)V，试求其最大值、角频率、频率、周期、初相位、有效值和t=0.1s时电压的大小。解：由题可知：二、正弦交流电的表示方法(一)解析式法(二)波形图法(三)相量图法1.相

6、量可以表示正弦量，并不等于正弦量，非正弦量不能用相量表示。2.只有同频率的正弦量才能画在同一个相量图中。3.画相量图时，相同单位的相量应按相同的比例尺寸来画。二、正弦交流电的表示方法例5-2已知u1=3sin(t+30)V，u2=3sin(t-30)V，利用相量图求u1+u2。图5-12例5-2图解：首先绘出u1与u2的相量图如图5-12所示，其中U1=U2=3V。二、正弦交流电的表示方法(四)复数表示法图5-13复数的相量表示二、正弦交流电的表示方法1.复数的形式(1)代数形式复数的一般形式为Z=a+jb。(2)三角形式由图5-13可以写出Z=rcos+jrsin。(3)指数形式利用欧拉公式

7、ej=cos+jsin可把复数Z的三角形式变换为指数形式，即Z=rej。(4)极坐标形式在电工中还常把复数写出极坐标形式为Z=r。2.复数的运算(1)复数的加、减法运算一般采用复数的代数形式进行。(2)复数的乘、除法运算一般采用复数的指数形式或极坐标形式进行。3.常用的复数(1)ej=1该复数是一个模等于1而辐角为的复数。二、正弦交流电的表示方法(2)+j=ej90=190该复数是一个模等于1而辐角为90的旋转因子。(3)-j=e-j90=1-90该复数是一个模等于1而辐角为-90的旋转因子。4.复平面上相量图的表示方法图5-14交流电压的相量图二、正弦交流电的表示方法例5-3用复数表示法将正

8、弦交流电压u=220sin(100t+30)V表示成相量形式。解：已知u=220sin(100t+30)V，其相量用复数表示为(五)欧姆定律与基尔霍夫定律的符号形式1.欧姆定律的符号形式2.基尔霍夫定律的符号形式(1)KCL定律入=出或=0(2)KVL定律=0或Z=CP.TIF一、填空题1.正弦交流电的三要素是、和。2.交流电重复变化一周所需的时间称为，用字母来表示，其单位是，常用的单位还有、等。3.生活中用的市电电压为V，就是指交流电压的是220V，其最大值为V。4.交流电压1s内重复变化的次数称为，用来表示，其单位是，常用的单位还有和。5.i=220sin(314t+60)A的最大值是，有

9、效值是，频率是，角频率是，初相是。6.某正弦电压的有效值为20V，频率为50Hz，初相为90，该电压的解析式是。一、填空题7.已知i1=220sin(t+60)A，i2=220sin(t-30)A，则i1与i2的相位差为，它们的相位关系是。8.已知u1=5sin(t+60)V，u2=5sin(t-60)V，则u1+u2=。9.已知两个正弦交流电压u1=220sin(t-60)V和u2=220sin(t+30)V，则u1与u2的相位差为，称u1与u2。10.正弦交流电常用的表示方法有、和。二、选择题1.已知两个正弦量的波形如图5-15所示，则e1和e2的相位关系是()。2.已知正弦交流电压的波形

10、如图5-16所示，则该电压的解析式为()。图5-15二、选择题图5-163.有一正弦交流电压u2=100sin(t+30)V，在t=0时，电压的瞬时值为()V。二、选择题4.已知正弦交流电的频率为25Hz，则其周期为()ms。5.已知一正弦交流电，1s变化50次，则它的角频率为()rad/s。6.交流电的周期越长，说明交流电变化得()。任务2分析单一参数正弦交流电路一、纯电阻电路二、纯电感电路三、纯电容电路一、填空题二、判断题三、选择题一、纯电阻电路ZYZ.TIF1.按照图5-17a所示连接电路。2.如图5-17a所示，调节调压器的输出电压，分别测出电阻两端电压和通过电阻R的电流，重复几次，记

11、录测量结果，观察测量数据可以看出电流与电压成(正比、反比、无关)。一、纯电阻电路3.如图5-17b所示，低频交流电源采用正弦波发生器，输出频率在0.11Hz内调节，观察电流表和电压表指针的摆动情况。图5-17“做一做”电路ZS.TIF一、纯电阻电路(一)电压与电流的关系(1)频率关系电压与电流的频率相同。(2)相位关系电压与电流的相位相同，如图5-18b、c所示。(3)数值关系图5-18纯电阻电路a)电路图b)相量图c)波形(4)相量关系若uR=URmsin(t+)，一、纯电阻电路用相量表示则电压相量R=UR，电流相量=I=/R=。(二)功率(1)瞬时功率在任一时刻电阻两端电压的瞬时值与该时刻

12、通过电阻的电流瞬时值的乘积称为电阻在该时刻的瞬时功率，用pR表示，即(2)有功功率通常用电阻在交流电一个周期内消耗的平均功率来表示功率的大小，该平均功率又称为有功功率，用P表示，其单位有瓦(W)、千瓦(kW)。例5-4已知某电阻两端的交流电压为UR=220V，初相位为60，其阻值为R=100，求I和P,并写出其电压和电流的相量形式。解：I=220/100A=2.2AP=22/100=484W二、纯电感电路ZYZ.TIF1.按照图5-19a所示连接电路。二、纯电感电路ZS.TIF(一)电压与电流的关系二、纯电感电路图5-21纯电感电路a)电路b)波形c)相量图(1)频率关系电压与电流的频率相同。

13、(2)相位关系电压在相位上超前电流90，波形和相量图如图5-21b、c所示。二、纯电感电路(3)数值关系最大值为ULm=LIm，有效值为UL=LI。图5-22与L、f关系(4)相量关系若i=Imsint，则其相量形式为=I0。二、纯电感电路图5-23纯电感电路功率波形(二)功率二、纯电感电路例5-5将一个阻值可忽略不计的电感线圈接到交流电源上，电源电压为uL=220sin(314t+30)V，电感L=0.1H。求线圈的感抗、线圈中电流的有效值、电流的瞬时值表达式、电流的相量以及线圈的无功功率。解：由题可知=314rad/s，UL=220V。三、纯电容电路ZYZ.TIF1.按照图5-24a所示的

14、电路图连接电路。2.调节调压器的输出电压，闭合开关S1、S2，分别测出电容器两端的电压和通过电路的电流，重复几次，记录测量结果，观察测量数据可以看出，当电容不变时，电流与电压成(正比、反比、无关)。三、纯电容电路3.如图5-24b所示，改变交流电源的频率f，分别测出电容两端电压和电流，重复几次，记录测量结果，观察测量数据可以看出，当电容不变时，电流与频率f成4.闭合开关S1，断开开关S2，接好示波器(见图5-25)，观察电路中电容器两端电压与电流波形，可以看出电压的相位(超前、滞后)电流的相位(45、90)。图5-24“做一做”电路图三、纯电容电路图5-25仿真线路及参数设计三、纯电容电路图5

15、-26仿真效果图三、纯电容电路ZS.TIF三、纯电容电路图5-27电容器串联(一)电容器的串联1)串联电容器时每个电容器所带电量都是Q，串联电容器组的总电量也是Q，即三、纯电容电路2)串联电容器组的总电压U等于各电容器端电压之和，即3)串联电容器的等效电容量(总电容量)C的倒数等于各个电容量倒数之和，即(二)电容器的并联图5-28电容器的并联1)总电荷量等于每个电容器上电荷量之和，即2)每个电容器两端承受的电压都相等，并且都等于电源电压，即3)并联后的等效电容量C等于各个电容器的电容量之和，即三、纯电容电路(三)电压与电流的关系图5-29纯电容电路及电压、电流和功率的波形a)纯电容电路b)电压

16、、电流的波形(1)频率关系电压与电流的频率相同。(2)相位关系电压在相位上滞后电流90。三、纯电容电路(3)数值关系最大值Im=CUCm图5-30与C、f的关系(4)相量关系XYX.TIF(四)功率三、纯电容电路例5-6某电容容量C=80F，加在其两端的电压为uC=200sin(314t+30)V，求：(1)电容的容抗XC；(2)电压相量；(3)电容上电流的有效值I、瞬时值解析式及电流相量；(4)无功功率QC。解：1)XC=1/C=1/31480140。2)由电压的解析式可知，电压相量为C=20030V。3)I=200/40A=5A。4)无功功率QC=UCI=2005var=1000var。C

17、P.TIF一、填空题1.纯电感交流电路中电感两端电压uL的相位其电流i，电流与电压的有效值之间关系为。2.在纯电感交流电路中，电感的有功功率P为W。3.在纯电容电路中，电容中电流i相位其两端电压UC，电流与电压的有效值之间关系为。4.XC称为，单位是，用来表示。5.把一个阻值为100的电阻，接在电压u=200sin(314t+30)V的电源上。6.把一个L=1.59H的电感元件，接在电压u=200sin314tV的电源上，此电感的感抗为，电感上的电压(超前、滞后)电流，电感中电流的解析式为。一、填空题7.把一个C=31.8F的电容元件，接在u=200sin314tV的电源上，此电容的容抗为，电

18、容上的电压(超前、滞后)电流，电路中电流的解析式为。三、选择题1.在纯电阻交流电路中，下列关系正确的是()。2.阻值为10的电阻两端所加交流电压的有效值为20V，则这个电阻消耗的功率为()W。3.在纯电阻交流电路中，如果电源电压大小不变，当频率增加时，电路中电流将()。4.“220V100W”的白炽灯，其工作电阻为()。5.已知交流电的频率为50Hz，电感元件的电感为10mH，则其感抗为()。6.在纯电感交流电路中，如果电源电压与电感的大小都不变，当频率增加时，电路中电流将()。7.在纯电感交流电路中，电感L=40mH，电源电压为u=80sin(1000t+30)V，则电感中电流i=()A。三

19、、选择题8.已知交流电路中C=2000F，=1000rad/s，则其容抗为()。9.在纯电容交流电路中，如果电源电压与电容的大小都不变，当频率增加时，电路中电流将()。10.在纯电容交流电路中，电容C=200F，电源电压为u=40sin(500t+60)V，则电路中电流i=()A。11.在正弦交流电路中，电容器的容抗与频率的关系为()。12.已知交流电路中某元件的电压u和电流i分别为u=10sin(t+30)V，i=5sin(t+120)A，则该元件为()。任务3分析复杂负载正弦交流电路任务4分析串、并联谐振电路项目能力训练照明电路的安装与调试任务3分析复杂负载正弦交流电路一、电阻、电感、电容

20、串联电路二、电阻、电感、电容并联电路三、交流电路中的实际元件一、填空题二、判断题三、选择题一、电阻、电感、电容串联电路ZYZ.TIF一、电阻、电感、电容串联电路图5-31RLC串联电路1.如图5-31所示，灯泡、电感线圈和电容组成一个RLC串联电路，观察开关SA闭合前后灯泡的亮度有无变化？一、电阻、电感、电容串联电路观察电流表的读数有何变化？2.分别测量R、L、C两端的电压UR、UL、UC，式子U=UR+UL+UC成立吗？利用Multism仿真软件进行仿真，得到的仿真效果图如图5-32所示。图5-32仿真效果图一、电阻、电感、电容串联电路ZS.TIF一、电阻、电感、电容串联电路图5-33RLC

21、串、并联电路a)串联b)并联(一)总电压与分电压的关系一、电阻、电感、电容串联电路图5-34RLC串联电路相量图(二)总电压与电流的关系一、电阻、电感、电容串联电路表5-1X的正负与电路中各个参数的关系电抗X电路的阻抗角电压与电流关系负载性质X0(即)0电压超前电流感性负载X0(即)0(即)0总电流超前端电压容性负载B0(即)XC，则此电路所带的负载为。3.在RLC并联电路中，视在功率、有功功率和功率因数的关系为；视在功率、有功功率和无功功率的关系为。4.在RLC串联交流电路中，电压三角形由、和组成；阻抗三角形由、和组成；功率三角形由、和组成。5.将R=300的电阻与L=1.65H的电感串联接

22、在u=600sin314tV的电源上，则电路的复阻抗为；阻抗为；电路中的电流为；电路的有功功率为。6.Z是一个复数，其模|Z|=U/I称为，其辐角称为，表示。一、填空题7.复阻抗Z用复数形式表示时，可写为Z=，Z的实部是，称为；Z的虚部是，称为。8.多个复阻抗串联时，其等效复阻抗等于；多个复阻抗并联时，其等效复阻抗的倒数等于。9.当导线通过高频交流电时，导线的等效阻值会(增大、减小、不变)。三、选择题1.在纯电阻交流电路中，功率因数cos=()。2.在纯电感交流电路中，功率因数cos=()。3.在纯电容交流电路中，功率因数cos=()。4.对感性负载，若保持电源电压不变而增大电源的频率，则此时

23、电路中的电流将5.在RL串联交流电路中，若R=6，感抗XL=8，此电路的阻抗为()。6.已知某交流电路的无功功率6kvar，有功功率为8kW，则功率因数为()。7.某一正弦交流电路中，已知功率因数cos=0.6，视在功率S=5kVA，则有功功率P=()kW。三、选择题8.在RC串联交流电路中，电路的总电压为U，总电流为I，则总阻抗|Z|为9.在一个RLC串联电路中，已知R=10，XL=80，XC=40，则该电路呈()。10.在RLC串联交流电路中，电路的总电压为U，总阻抗为|Z|,总有功功率为P，总无功功率为Q，总视在功率为S，总功率因数为cos，则下列表达式中正确的为。11.在RLC并联电路

24、中，电流三角形、导纳三角形和功率三角形是()。12.将RLC并联电路中的电感去掉，会对电阻或电容支路的电流()。三、选择题13.有一电感线圈，加直流电压时，测出其电阻R=8，加工频交流电压时，测得阻抗|Z|=10，则加工频交流电压时线圈的感抗XL为()。任务4分析串、并联谐振电路一、串联谐振二、并联谐振一、填空题二、选择题一、串联谐振ZYZ.TIF一、串联谐振图5-41“做一做”电路图1.如图5-41所示，让低频信号发生器的输出正弦交流电压，保持为5V，电感L=10mH，电容C=100F。一、串联谐振2.此时，用毫伏表测量电阻、电感、电容上的电压分别为UR=、UL=、UC=。图5-42仿真效果

25、图ZS.TIF一、串联谐振(一)串联谐振发生的条件(二)谐振频率图5-43串联谐振电路一、串联谐振(三)串联谐振的特征1)电路呈电阻性且阻抗最小。2)电流与电压同相位，当电源电压一定时，电流最大。3)电感与电容上的电压大小相等、相位相反，其数值是电源电压的Q倍，因此串联谐振又称为电压谐振；电阻两端的电压最大且等于外加电压。XYX.TIF一、串联谐振4)串联谐振时电路的无功功率等于零。图5-44串联谐振时相量图一、串联谐振图5-45串联谐振时电流谐振曲线例5-10某RLC串联电路，R=16，L=0.4mH，C=600pF。求：电路的谐振频率、一、串联谐振解：电路的谐振频率为(四)串联谐振电路的选

26、择性与通频带一、串联谐振表5-4Q值的大小和选择性的关系品质因数Q曲线形式电路的选择性Q值越大曲线顶部比较尖，如图545中Q=100的曲线表明电路对非谐振频率的电流具有较强的抑制能力，即谐振电路选择性较好Q值越小曲线顶部比较平缓，如图5 45中Q=10的曲线电路对非谐振频率的电流抑制能力不强，即选择性较差一、串联谐振图5-46通频带一、串联谐振TZ.TIF一、串联谐振XYX.TIF一、串联谐振图5-47收音机的调谐电路二、并联谐振ZYZ.TIF二、并联谐振图5-48“做一做”电路图1.如图5-48所示，使低频信号发生器输出正弦交流电压，保持5V，电感L=10mH，电容C=0.1F。二、并联谐振

27、2.用毫伏表测量R1、R2上的电压，求出电感与电容支路的电流分别为IL=、IC=。3.利用Multisim仿真软件进行仿真，得到的仿真效果图如图5-49所示。图5-49仿真效果图二、并联谐振ZS.TIF二、并联谐振图5-50并联谐振电路(一)并联谐振发生的条件(二)谐振频率二、并联谐振(三)并联谐振的特征1)总导纳最小即总阻抗最大，且电路呈电阻性。2)总电流与电压(端电压)同相位，当电源电压一定时，总电流最小。3)电感支路电流与电容支路电流大小近似相等、相位近似相反，其数值是总电流的Q倍，因此并联谐振称为电流谐振。二、并联谐振XYX.TIF(四)并联谐振电路的谐振曲线二、并联谐振图5-51并联

28、谐振电路的电压谐振曲线(五)并联谐振电路的应用二、并联谐振CP.TIF一、填空题1.在电感线圈L与电容C串联情况下发生的谐振称为。2.RLC串联电路发生谐振的条件是，其谐振频率f0=，品质因数 Q=。3.RLC串联电路发生谐振时，电路呈性且阻抗。4.RLC串联电路发生谐振时，电感与电容上的电压大小、相位，其数值是电源电压的倍；电阻两端电压为最大值，外加电压。5.在电感线圈L与电容C并联情况下发生的谐振称为。6.LC并联电路发生谐振的条件是，其谐振频率f0=，品质因数Q=。7.LC并联电路发生谐振时，总导纳即总阻抗，且电路呈性。8.LC并联电路发生谐振时，电感支路电流与电容支路电流大小近似、相位

29、近似 ，其数值是总电流的倍，因此并联谐振又称为。二、选择题1.已知RLC串联电路中，R=10，L=310H,C=280pF，当电路发生谐振时，谐振频率f0为()kHz。2.已知RLC串联电路中，R=10，XL=15，XC=5，电源电压U=10V，当改变电源频率使电路发生谐振时，电路中电流为()A。3.在处于谐振状态的RLC串联电路中，若电源电压不变，当电容减小时，电路呈()性。4.RLC串联电路发生谐振时，若电容两端电压为100V，电阻两端电压为10V，则电感两端电压为()V。5.上题中，该电路的品质因数Q为()。6.LC并联电路发生谐振时，若总电流为5mA，电感支路电流为20mA，则电容支路

30、的电流为()mA。项目能力训练照明电路的安装与调试一、训练目标二、知识准备三、训练步骤四、注意事项一、训练目标1.学会按照电路图连接荧光灯和白炽灯照明电路。2.加深对复杂交流电路中总电压与分电压关系的理解。3.掌握电能表的接线方法并能正确读数。一、训练目标表5-5实训仪器及元器件序号名称型号与规格数量1万用表自定12交流电流表01A23开启式负荷开关220V、两极24荧光灯220V40W15白炽灯220V60W26单相电度表自定17开关自定28双控开关自定2二、知识准备(一)荧光灯图5-52荧光灯电路连接图1.荧光灯的结构1)灯管：由玻璃管、灯丝和灯丝引脚等组成。二、知识准备图5-53辉光启动

31、器跳泡的结构2)辉光启动器：由充有惰性气体的氖泡(也叫跳泡)、纸介电容、外二、知识准备壳等组成。3)镇流器：是一个带有铁心的电感线圈。2.荧光灯工作原理(二)白炽灯的结构(三)单相电能表1.感应系电能表的结构2.工作原理图5-54白炽灯结构二、知识准备图5-55电能表3.接线4.读数二、知识准备图5-56电能表读三、训练步骤1.连接两地控制单相照明电路图5-57两地控制单相照明电路图5-58白炽灯电路连接图三、训练步骤2.连接白炽灯电路三、训练步骤表5-6测量与计算结果测量结果计算结果总电压U/V/V/VI/A总电压U/V等效电阻R/有功功率P/W三、训练步骤3.连接荧光灯电路三、训练步骤表5-7测量与计算结果测量结果计算结果电源电压U/V镇流器电压/V灯管电压/V灯管电流I/A电源电压U/V功率因数cos 灯管电阻R/镇流器L/H有功功率P/W三、训练步骤XYX.TIF1.比较荧光灯电路与白炽灯电路计算结果，说说为什么两种电路的总电压与分电压的关系不同？2.若是RC串联电路，总电压与分电压的关系又是如何？若是RLC串联电路呢？四、注意事项1)严禁去掉镇流器或短路镇流器进行通电。2)不允许带电操作，各接线点要接牢，不能松动。3)不能触及裸露带电部分。4)训练过程中如出现问题，应先断电并报告老师，等排除故障后再继续通电。