《电工电子》课件项目一日光灯照明电路的设计.pptx

1、电工电子技术项目化教程任务目标任务目标学习目标：使学生进一步掌握电子产品设计方法相关理论知识，进一步提高实际动手能力，熟悉电子产品的设计方法及过程，强化分析问题与解决问题能力。能力目标：提高创新意识的，逐步成为具有电子产品设计与开发能力的实践应用型人才。任务分析任务分析从电子产品的概念出发，阐述了电子产品设计的原则和步骤，重点学习电子产品的设计方法。1.1.1相关概念1.电子信息产品2.电子产品设计1.1.2电子产品概述从二十世纪九十年代后期开始，融合了计算机、信息与通信、消费类电子三大领域的信息家电开始广泛地深入家庭生活，它具有视听、信息处理、双向网络通讯等功能，由嵌入式处理器、相关支撑硬件

2、（如显示卡、存储介质、IC卡或信用卡的读取设备）、嵌入式操作系统以及应用层的软件包组成。随着信息技术的发展，物联网的应用，已往的电子产品向着智能化发展。1.1.3电子产品的分类1.按功能分类2.按使用人群分类3.根据国家标准分类1.1.4产品设计原则1.科学性原则2.实用性原则、美观性原则3.技术规范性原则 4.可持续发展性原则5.经济性原则6.创新性原则7.求适性概念1.1.51.1.5电子产品设计中的关键因素电子产品设计中的关键因素1.1.61.1.6电子产品的要求及步骤电子产品的要求及步骤1.1.电子产品设计的要求电子产品设计的要求1）可靠性2）安全性3）实用性4）经济性5）工艺性6）标

3、准化7）延续性2.2.电子产品设计的一般步骤电子产品设计的一般步骤4.4.产品设计的一般方法产品设计的一般方法1）顶层设计法图1-2 顶层设计法的图示2）底层设计法3）顶层与底层综合设计图1-3 底层设计法的一般步骤任务目标任务目标学习目标：学习三种电路基本元件伏安关系的相量形式及其功率；学习正弦交流信号激励下的RLC电路特性；了解谐振电路的分析方法；掌握正弦交流电路中的功率的计算。能力目标：掌握日光灯照明电路的设计方法 任务分析任务分析在日常生活用电负载中，大多数都是感性负载，为了提高功率因数，通常并联电容器补偿。通过日光灯照明电路的设计，理解提高功率因数的意义。1.2.11.2.1电阻、电

4、感与电容元件串联的交流电路电阻、电感与电容元件串联的交流电路上图为电阻、电感和电容的串联电路，电路的各元件通过同一电流。电流和各个电压的参考方向如图中所示。根据基尔霍夫电压定律可列出如用相量表示电压与电流的关系，则为此式即为基尔霍夫电压定律的相量表示式。将上式写成 d1 ddRLCiuuuuRiLi ttCj()RLCLCUUUURXXIj()LCURXXI式中 称为电路的阻抗，用大写的Z代表。即在上式中 是阻抗的模，称为阻抗模，即 阻抗的单位也是欧姆，也具有对电流起阻碍作用的性质。j()LCRXX22221()()LCZRXXRLC22()LCURXXZI称为阻抗的辐角，即为电流与电压之间的

5、相位差。设电流 为参考正弦量，则电压 ，右图是电流与各个电压的相量图，阻抗的实部为“阻”，虚部为“抗”，它表示了电路的电压和电流之间的关系，既表示了大小关系（反映在阻抗模 上）又表示了相位关系（反映在辐角 上）。arctanLCXXRmsiniItmsin()uUt对电感性电路（），为正；对电容性电路（），为负。当然，也可以使 ，即 ，则为电阻性电路。因此，角的正负和大小是由电路（负载）的参数决定的。1.2.21.2.2 功率的计算功率的计算电阻、电感和电容元件串联的交流电路的瞬时功率为并可推导出LCXXLCXXLCXX0coscos(2)pUIUIt由于电阻元件上要消耗电能，相应的平均功率为

6、从相量图可得出 ,于是 而电感元件与电容元件要储放能量，即它们与电源之间要进行能量互换，相应的无功功率可以计算出.cosRUUIR2cosRPU IRIUI由上述可知，一个交流发电机输出的功率不仅与发电机的端电压及其输出电流的有效值的乘积有关，而且还与电路（负载）的参数有关。电路所具有的参数不同，则电压与电流间的相位差 就不同，在同样电压U和电流I之下，这时电路的有功功率和无功功率也就不同。其中 称为功率因数。在交流电路中，平均功率一般不等于电压和电流有效值的乘积，如将两者的有效值相乘，则得出所谓视在功率S，即cos交流电气设备是按照规定了的额定电压UN和额定电流IN来设计和使用的，变压器的容

7、量就是额定电压和额定电流的乘积，即所谓额定视在功率 来表示的。视在功率的单位是伏安（VA）或千伏安（kVA）。由于平均功率P、无功功率Q和视在功率S三者所代表的意义不同，为了区别起见，各采用不同的单位。这三个功率之间有一定的关系，即NN NSU I22SPQ显然，它们可以用一个直角三角形功率三角形来表示。另外，三者之间的关系以及 ，三者之间关系也都可以用直角三角形表示，它们分别成为阻抗三角形和电压三角形。功率、电压和阻抗三角形是相似的，现在把它们同时表示在图中。可见，将电压三角形的有效值同除I得到阻抗三角形，将电压三角形的有效值同乘I便得到功率三角形。ZR()LCXXURU()CLUU应当注意

8、：功率和阻抗不是正弦量，所以不能用相量表示。于是，功率因数为交流电路中电压与电流的关系（大小和相位）有一定的规律性，是容易掌握的。现将几种正弦交流电路中电压和电流的关系列入表1-1中，以帮助读者总结和记忆。cosRUPRSZU1.2.31.2.3阻抗的串联与并联阻抗的串联与并联1.3.1阻抗的串联电路(a)阻抗的串联(b)等效电路根据KVL两边除以电流则得这就是说，串联的阻抗 和 可以用一个等效的阻抗Z来代替。在多个阻抗串联时，等效阻抗12UUU1UUUIII121212()j()Z ZZR RXX1Z2Z2阻抗的并联电路(a)阻抗的并联(b)等效电路根据基尔霍夫电流定律可写出它的相量表示式两

9、个并联的阻抗也可用一个等效阻抗Z来代替。比较上列两式，则得或 由此可见，只有等效阻抗的倒数才等于各个并联阻抗的倒数之和。12121211()UUIIIUZZZZUIZ1212Z ZZZZ1.2.41.2.4电路的谐振电路的谐振含有电感和电容元件的无源二端网络，在一定条件下，电路呈现电阻性，即电路的等效阻抗为Z0=R，网络总电压u与总电流i同相位，这种工作状态就称为谐振。工作在谐振状态下的电路称为谐振电路，谐振电路在电子技术与工程技术中有着广泛的应用。按发生谐振的电路的不同，谐振现象可分为串联谐振和并联谐振。1.串联谐振在R，L，C元件串联的电路中，当或 时，有即电源电压u与电路中电流i同相，这

10、时电路中发生串联谐振。式 是发生串联谐振的条件，并由此得出谐振频率CLXX122fLfCarctan0LCXXRCLXX可见只要调节L、C或电源频率f都能使电路发生谐振。串联谐振具有下列特征：(1)电路的阻抗模，其值最小。因此，在电源电压U不变的情况下，电路中的电流将在谐振时达到最大值，即 。(2)由于电源电压与电路中电流同相，因此电路对电源呈现电阻性。22LCZRXXROUIIR(3)由于XLXC，于是ULUC。而 与 相位相反，互相抵消，对整个电路不起作用，因此电源电压 。当XLXCR时，UL和UC都高于电源电压U。如果电压过高时，可能会击穿线圈和电容器的绝缘。因此，在电力工程中一般应避免

11、发生串联谐振。但在无线电工程中则常利用串联谐振以获得较高电压，电容或电感元件上的电压常高于电源电压几十倍或几百倍。LUCURUU2并联谐振图(a)是线圈RL与电容器C并联的电路。当发生并联谐振时，电压u与电流i同相，相量图如图(b)所示。(a)电路图(b)相量图由相量图可得由于可得出谐振频率11sinCII12222(2)LUUIRXRfL122222sin(2)LLXfLRXRfL2CCUIfCUX通常线圈的电阻R很小，所以一般在谐振通过计算也可以得出上式中谐振频率的近似式子。并联谐振具有下列特征：(1)由于 ，故从相量图可见，(2)由于电源电压与电路中电流同相，因此电路对电源呈现电阻性。谐振时电路的阻抗模 相当于一个电阻。02 f LROZLRX1901CII 1CIII0I