电工电子技术与技能项目4单相正弦交流电路课件.pptx

1、LOGO项项目目4 单单相正弦交流相正弦交流电电路路任务任务4.1 4.1 认识正弦交流电认识正弦交流电任务任务4.2 4.2 认识单一参数正弦交流电路的规律认识单一参数正弦交流电路的规律任务任务4.3 4.3 认识认识RLRL串联电路的规律串联电路的规律任务任务4.4 4.4 模拟安装家庭照明电路模拟安装家庭照明电路任务任务4.5 4.5 拓展与训练拓展与训练项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路任务任务4.1 4.1 认识正弦交流电认识正弦交流电交流电是指大小和方向随时间变化的电流、电压和电动势。正弦交流电是按正弦规律变化的交流电。4.1.1 示波器的组成示波器是用于直接观察测量信号

2、波形的仪器，可以测量信号的幅度、频率、相位。主要由三部分组成:显示部分、X轴系统、Y轴系统。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路 1.显示部分电源开关：仪器的总电源开关，接通后，指示灯亮表明仪器进入工作状态。辉度旋钮:调节示波器屏幕上的亮度，顺时针转动旋钮，辉度变亮，反之辉度变暗直至消失。聚焦旋钮和辅助聚焦旋钮:二者配合调节，可以使屏幕显示的光点变为清晰的小圆点，使显示的波形清晰。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路2.Y轴系统 (1)显示方式选择开关:对于双踪示波器，通常有五种方式。(2)交替:实现双踪交替显示(一般在输入频率较高时

3、使用)。(3)YA:单独显示YA通道信号波形(相当于单踪示波器)。（4）YB:单独显示YB通道信号波形(相当于单踪示波器)。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(5)YA+YB:显示YA通道和YB通道叠加的信号波形 (6)断续:实现双踪交替显示(一般在输入频率较低时使用)。(7)极性YA开关:按下时显示YA通道的输入波形，弹起时显示倒相的YA通道信号波形。（8）内触发开关:内触发源选择开关，按下时用于单踪显示，弹起时可比较两信号的时间和相位关系(9)V/div微调开关:垂直输入灵敏度选择开关及微调开关，表示屏幕上Y轴方向每一小格代表的电压信号幅度。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交

4、流电路 3.X轴系统 (1)t/div微调开关:扫描时间选择开关。(2)扩展X10开关:扫描扩展开关。(3)内外开关:触发源选择开关。(4)AC、AC(H)、DC开关:触发信号藕合开关。(5)高频、触发、自动开关：触发方式开关，高频在观察高频信号时使用，触发在观察脉冲信号时使用，自动在观察低频信号时使用。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路4.1.2 正弦交流电的三要素正弦电压信号也可以用一个正弦式来表式，即表示交流电的物理量:正弦交流电的三要素。(1)反应交流电大小(幅度)的物理量。最大值-交流信号瞬间能达到的最大幅度.瞬间值-任一时间交流信号的大小。有效值-衡量交流电有效幅度的物理

5、量。0sin()muUt项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(2)反应交流电变化快、慢的物理量。周期-一个完整的正弦波形所经过的时间，符号为T，单位为秒(s)。频率-1s时间内完成的正弦波个数，符号为f，单位为赫兹(Hz)。角频率-，符号为.周期、频率、角频率三者关系为 T=1/f 2 f2f项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(3)用以比较交流电变化步调的物理量。相位(或位相)-表达式中角度部分 ，单位为rad(弧度)。初相位 -t=0时刻的相位。0t0项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路任务任务4.2 4.2 认识单一参数正弦交流电路认识单一参数正弦交流电路的规律的

6、规律4.2.1 纯电阻电路:由交流电源和电阻组成的电路1.电压和电流的关系在纯电阻组成的交流电路中，电流和电压的变化步调始终保持一致，同时达到最大值、零值和最小值，二者同相位。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路在纯电阻的交流电路中，无论是电流的瞬时值、最大值和有效值都满足欧姆定律，设电阻两端的电压为 ，则通过其中的电流为 电流、电压的最大值、有效值也都符合欧姆定律。2.功率 (1)瞬时功率p。在交流电路中，电压和电流都是瞬时变化的。2sinRRuUt2sin2 sinRRRuuUtiItRR项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路任一瞬间，电压与电流的瞬时值的乘积叫做瞬时功率，用

7、小写字母p表示，即 显然，瞬时功率也是随时间变化的。将电压和电流瞬间数值逐点相乘，即可画出纯电阻电路的瞬时功率曲线。电阻元器件是一种耗能元器件。2sinsin2sin2 sin2sinRRRmmpu iUtItUtItUIt项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(2)有功功率P。通常用瞬时功率在一个周期内的平均值来衡量纯电阻电路的功率大小，这个平均值称为平均功率，它是电路中实际消耗的功率，又叫有功功率，用大写字母P表示，单位是瓦特(W)。平均功率等于电流和电压有效值的乘积，其数学表达式为 平时说某白炽灯的功率为40W、电阻炉的功率是1000W都是指平均功率。22RRUPIU I RR项目

8、项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路4.2.2 纯电感电路电阻和分布电容可以忽略不计的电感线圈作为交流负载的电路，称为纯电感电路。实际的电感线圈都有一定的电阻，只是电阻很小，与电感量比较可以忽略不计，可视为纯电感电路。1.电压与电流的关系 项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路 如图所示为纯电感交流电路电压与电流波形。从波形图中可以得出以下结论。(1)相位关系。在纯电感的交流电路中，电压与电流是同频率的正弦交流电，电压超前电流90，或者说电流滞后电压90。若设电感线圈中通过的电流为则 2siniIt2sin()2LluUt项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(2)数值关系。根

9、据电磁感应定律，当电感线圈中的电流发生变化时，线圈中将产生感应电动势反抗电流的变化。实验表明，感抗 与电感L以及电源频率f成正比，用公式表示为 在纯电感电路中，线圈电压和电流的最大值和有效值之间的关系也符合欧姆定律，即 2LXLfLLXImLmLUXILLUX项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路 2.电路的功率 （1)瞬时功率。电感上的电压与电流的瞬时值的乘积称为瞬时功率，即：图纯电感电路的瞬时功率曲线。LLpu i2sin()2sin2LUtIt2sincosLUItts in 2LUIt项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(2)有功功率。从图4-5中可以看出:瞬时 功率p以

10、电流i或电压u的2倍频率变化。当p=0时，电感从电源吸收电能转化成磁场能储存在电感中，当p0时，电感中储存的磁场能转换成电能送回电源;瞬时功率p的波形在横轴上、下的面积是相等的，所以电感不消耗能量，是个储能元器件。因此有功功率为0，即p=0。(3)无功功率。把纯电感电路中瞬时功率的最大值称为无功功率。22LLLLLUQU IX IX项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路4.2.3纯电容电路 可以忽略电阻和分布电感的理想电容元器件与交流电惊连接组成的电路，称为纯电容电路。1.电压与电流的关系 (1)相位关系。在纯电容交流电路中，电压与电流同频率的正弦交流电，电流超前电压900，或者说电压滞

11、后电流900。(2)数值关系。在交流电路中，电容对交流电有阻碍作用，用容抗表征，记为Xc，单位为。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路2.纯电容电路的功率(1)瞬时功率。设电流的初相角为0，电容的瞬时功率可写成(2)无功功率。瞬时功率p随时间以电流i或电压U的2倍频率变化。(3)无功功率。纯电容电路中瞬时功率的最大值称为无功功率。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路任务任务4.3 4.3 认识认识RLRL串联电路的规律串联电路的规律4.3.1 RL串联电路电阻R与电感L串联在交流电源上，组成RL串联电路。1.电压间的关系 当交流电通过电阻R时，电流i的相位与电阻两端的电压uR相

12、位一致;通过电感时，其两端电压的相位比电流超前90度。因此，计算RL串联电路的总电压不能简单地将各部分电压的数值相加，要通过矢量叠加的方式获得。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路2.RL串联电路的阻抗 将端电压有效值U与电流有效值I的比值定义为交流电路的阻抗Z。阻抗的基本单位是欧姆()。22LUZRXI电阻与电感串联电路 RL串联电路矢量图项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路3.功率 在RL串联电路中既有耗能的元器件(电阻).又有储能元器件(电感).因此电源提供的功率一部分为有功功率，另一部分为无功功率。电压三角形与功率三角形 (1)有功功率。它是电阻消耗的功率，数值上等于电

13、阻两端电压UR与电路中电流I的乘积。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路（2)无功功率。电路中的电感不消耗能量，它与电源之间不停地进行能量交换。(3)视在功率。视在功率表示电源提供总功率的能力，即交流电源的容量。视在功率用S表示，它等于总电压的有效值U与电流有效值I的乘积，即S=UI 4.功率因数 有功功率和视在功率的比值叫做功率因数，用符号表示，即PS项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路4.3.2 安装日光灯电路 日光灯电路就是典型的RL串联电路的应用。1.各元器件的作用 (1)日光灯管由玻璃管、灯丝、引脚等组成，管内抽真空后充入少量惰性气体，灯内壁涂有荧光粉。(2)镇流器是

14、含有铁芯的电感线圈。(3)启辉器主要由氖泡和与之并联的电容器构成。氖泡内包含一只双金属动触片和一个静触片，同时氖泡内充有氖气。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路 2.工作过程 L为镇流器的电感，R为日光灯灯管等效电阻+镇流器线圈电阻。这是R与L串联的电路，习惯上称为RL串联电路。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路任务任务4.4 4.4 模拟安装家庭照明电路模拟安装家庭照明电路4.4.1 单相电能表 电能表是利用电压和电流在铝盘上产生的涡流与交变磁通相互作用产生电磁力，使铝盘转动，同时引入制动力矩，使铝盘转动与负载功率成正比，通过轴向齿轮转动，由计度器计算出转盘转数而测出电能

15、。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路1.单相电能表的接线 单相电能表接线盒里共有四个接线桩，从左至右按1、2、3、4编号。直接接线方法是按编号1、3接进线（1接相线，3接零线)，2、4接出线(2接相线，4接零线)，如图4-12所示为单相电能表的接线。2.电能表的安装要点 (1)电能表应安装在箱体内或涂有防潮漆的木制底盘、塑料底盘上。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路 (2)为确保电能表的精度，安装时表的位置必须与地面保持垂直，其垂直方向的偏移不大于1。表箱的下沿离地高度应在1.7-2m之间，暗式表箱下沿离地1.5m左右。(3)单相电能表一般应装在配电盘的左边或上方，而开关应

16、装在右边或下方。与上、下进线间的距离大约为80mm，与其他仪表左右距离大约为60mm。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(4)电能表的安装部位，一般应在走廊、门厅、屋檐下，切忌安装在潮湿或有腐蚀性气体的地方。(5)电能表的进线和出线应使用铜芯绝缘线，线芯截面不得小于1.5mm。接线要牢固，但不可焊接，裸露的线头部分不可露出接线盒。(6)由供电部门直接收取电费的电能表，一般由其指定部门验表，然后由验表部门在表头盒上封铅封或塑料封，安装完后，再由供电局直接在接线桩头盖或计量柜门上封上铅封或塑料封。未经允许，不得拆掉铅封。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路4.4.2 照明设备的安

17、装 照明电路的组成包括电源的引入、单相电能表、漏电保护器、熔断器、插座、灯头、开关、照明灯具和各类电线及配件辅料。1.照明开关和插座的接线 (1)照明开关是控制灯具的电气元器件，起控制照明电灯的亮与灭的作用(即接通或断开照明线路)。开关有明装和暗装之分，现家庭中一般是暗装开关。注意:相线(火线)进开关。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(2)根据电源电压的不同，插座可分为三相四孔插座和单相三孔或二孔插座;家庭一般是单相插座，实验室一般要安装三相插座。接线原则是左零右相;竖装时，接线原则是上相下零;单相三孔插座的接线原则是左零右相上接地。L端接相线，N端接零线，E端接地线。项目项目4

18、单相正弦交流电路单相正弦交流电路注意:根据标准规定，相线(火线)是红色的，零线(中性线)是黑色的，接地线是黄绿双色线。2.照明开关和插座的安装 首先在准备安装开关和插座的地方钻孔，然后按照开关和插座的尺寸安装线盒，接着按接线要求，将盒内甩出的导线与开关、插座的面板连接好，将开关或插座推入盒内对正盒眼，用螺钉固定。固定时要使面板端正，并与墙面平齐。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路3.灯座(灯头)的安装 插口灯座上的两个接线端子，可任意连接零线和来自开关的相线;但是螺口灯座上的接线端子，必须把零线连接在连通螺纹圈的接线端子上，把来自开关的相线连接在连通中心铜簧片的接线端子上。安装好的开

19、关 安装好的插座 灯座的接线项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路4.漏电保护器(漏电断路器)的接线与安装 漏电保护器对电气设备的漏电电流极为敏感。当人体接触了漏电的用电器时，产生的漏电电流只要达到1O-30mA，就能使漏电保护器在极短的时间内跳闸，切断电源，有效地防止了触电事故的发生。电源进线必须接在漏电保护器的正上方，即外壳上标有电源或进线端;出线均接在下方，即标有负载或出线端。倘若把进线、出线接反了，将会导致保护器动作后烧毁线圈或影响保护器的接通、分断能力。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(1)漏电保护器应安装在进户线截面较小的配电盘上或照明配电箱内。装在电度表之后，熔

20、断器之前。(2)所有照明线路导线(包括中性线在内)，均必须通过漏电保护器，且中性线必须与地绝缘。(3)应垂直安装，倾斜度不得超过50度。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路4.4.3 照明电路安装的技术要求 (1)灯具安装的高度，室外一般不低于3m，室内一般不低于2.5m。(2)照明电路应有短路保护。照明灯具的相线必须经开关控制，螺口灯头中心触片应接相线，螺口部分与零线连接。不准将电线直接焊在灯泡的接点上使用。绝缘损坏的螺口灯头不得使用。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路 (3)室内照明开关一般安装在门边便于操作的位置，拉线开关一般应离地2-3m，暗装翘板开关一般离地1.3m

21、，与门框的距离一般为0.15-0.20m。(4)明装插座的安装高度一般应离地1.3-1.5m。暗装插座一般应离地0.3m，同一场所暗装的插座高度应一致，其高度相差一般应不大于5mm，多个插座成排安装时，其高度差应不大于2mm。(5)照明装置的接线必须牢固，接触良好，接线时，相线和零线要严格区别，将零线接灯头上，相线须经过开关再接到灯头。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(6)应采用保护接地(接零)的灯具金属外壳，要与保护接地(接零)干线连接完好。(7)灯具安装应牢固，灯具质量超过3kg时，必须固定在预埋的吊钩或螺栓上。软线吊灯的重量限于1kg以下，超过时应加装吊链。固定灯具须用接线盒

22、及木台等配件。(8)照明灯具须用安全电压时，应采用双圈变压器或安全隔离变压器，严禁使用自藕(单圈)变压器。安全电压额定值的等级为42V、36V、24V、12V，6V。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路 (9)灯架及管内不允许有接头。(10)导线在引入灯具处应有绝缘保护，以免磨损导线的绝缘，也不应使其承受额外的拉力;导线的分支及连接处应便于检查。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路任务任务4.5 4.5 拓展与训练拓展与训练4.5.1 日光灯电路及功率因数的提高 1.日光灯电路的组成及工作原理日光灯电路由灯管、镇流器、启辉器及开关组成。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电

23、路当开关闭合后，电源电压加在启辉器的两极之间，使启辉器中的氖管放电而发出辉光，辉光产生的热量使U形触片膨胀弯曲，与静触片接触而使电路接通，于是镇流器和灯丝中就有电流通过。电路接通后，启辉器中的氖管停止放电，U形触片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。在电路突然断开的瞬间，镇流器两端产生一个瞬时高电压，这个电压和电源电压一起加在灯管两端，使灯管中的水银蒸气产生弧光放电。弧光放电时产生的紫外线激发了灯管壁上的荧光粉使灯管发光。由于发出的光近似日光故俗称为日光灯。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路2.并联电容器提高功率因数电感性负载由于有电感L存在，功率因数较低，因此必须设法提高电感性负

24、载的功率因数。常用的方法是在电感性负载两端并联一个容量适当的电容器，并联电容器后，补偿了电路中的无功功率，从而使功率因数提高。(1)连接电路(电容先不接入)，检查无误后接通电源。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路 (2)合上开关s，观察日光灯管的点亮过程。(3)灯管点亮后，将电流表和功率表的读数记录。(4)用交流电压表(或万用表的交流电压挡)分别测量电源端电压U、灯管两端电压UR和镇流器两端电压UL，并将测量结果记录在表4-1中。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路(5)根据测量结果，计算视在功率S、无功功率Q和功率因数。(6)并联电容C，接通电源，在保持电源电压为220 V的情况下，将电容由1F，3F、5.75F、7.75F逐渐增大，观察电流I和功率P的变化情况。(7)计算每次的视在功率S和功率因数，将计算结果记录，并将结果与未并联电容时进行比较。项目项目4 单相正弦交流电路单相正弦交流电路