電工電子技術(shù)與技能項(xiàng)目4單相正弦交流電路

1、LOGO電工電子技術(shù)與技能工程電工電子技術(shù)與技能工程4 4單相單相正弦交流電路正弦交流電路工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路任務(wù)任務(wù)4.1 4.1 認(rèn)識正弦交流電認(rèn)識正弦交流電交流電是指大小和方向隨時間變化的電流交流電是指大小和方向隨時間變化的電流、電壓和電動勢。正弦交流電是按正弦規(guī)、電壓和電動勢。正弦交流電是按正弦規(guī)律變化的交流電。律變化的交流電。4.1.1 4.1.1 示波器的組成示波器的組成示波器是用于直接觀察測量信號波形的儀示波器是用于直接觀察測量信號波形的儀器，可以測量信號的幅度、頻率、相位。器，可以測量信號的幅度、頻率、相位。主要由三局部組成主要由三局部組成: :顯示局部

2、、顯示局部、X X軸系統(tǒng)、軸系統(tǒng)、Y Y軸系統(tǒng)。軸系統(tǒng)。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 電源開關(guān)：儀器的總電源開關(guān)，接通后，指示燈亮說明儀器進(jìn)入工作狀態(tài)。電源開關(guān)：儀器的總電源開關(guān)，接通后，指示燈亮說明儀器進(jìn)入工作狀態(tài)。輝度旋鈕輝度旋鈕:調(diào)節(jié)示波器屏幕上的亮度，順時針轉(zhuǎn)動旋鈕，輝度變亮，反之輝度變暗直調(diào)節(jié)示波器屏幕上的亮度，順時針轉(zhuǎn)動旋鈕，輝度變亮，反之輝度變暗直至消失。至消失。聚焦旋鈕和輔助聚焦旋鈕聚焦旋鈕和輔助聚焦旋鈕:二者配合調(diào)節(jié)，可以使屏幕顯示的光點(diǎn)變?yōu)榍逦男A點(diǎn)二者配合調(diào)節(jié)，可以使屏幕顯示的光點(diǎn)變?yōu)榍逦男A點(diǎn)，使顯示的波形

3、清晰。，使顯示的波形清晰。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路2. Y軸系統(tǒng) (1)顯示方式選擇開關(guān):對于雙蹤示波器，通常有五種方式。 (2)交替:實(shí)現(xiàn)雙蹤交替顯示(一般在輸入頻率較高時使用)。 (3) YA:單獨(dú)顯示YA通道信號波形(相當(dāng)于單蹤示波器)。 4YB:單獨(dú)顯示YB通道信號波形(相當(dāng)于單蹤示波器)。 工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路(5) YA+YB:顯示YA通道和YB通道疊加的信號波形 (6)斷續(xù):實(shí)現(xiàn)雙蹤交替顯示(一般在輸入頻率較低時使用)。 (7)極性YA開關(guān):按下時顯示YA通道的輸入波形，彈起時顯示倒相的YA通道信號波形。 8內(nèi)觸發(fā)開關(guān):內(nèi)觸發(fā)源選擇開關(guān)

4、，按下時用于單蹤顯示，彈起時可比較兩信號的時間和相位關(guān)系(9)V/div微調(diào)開關(guān):垂直輸入靈敏度選擇開關(guān)及微調(diào)開關(guān)，表示屏幕上Y軸方向每一小格代表的電壓信號幅度。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 3. X軸系統(tǒng) (1) t/ div微調(diào)開關(guān):掃描時間選擇開關(guān)。 (2)擴(kuò)展X10開關(guān):掃描擴(kuò)展開關(guān)。 (3)內(nèi)外開關(guān):觸發(fā)源選擇開關(guān)。 (4) AC、AC(H)、DC開關(guān):觸發(fā)信號藕合開關(guān)。 (5)高頻、觸發(fā)、自動開關(guān)：觸發(fā)方式開關(guān)，高頻在觀察高頻信號時使用，觸發(fā)在觀察脈沖信號時使用，自動在觀察低頻信號時使用。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路4.1.2 正弦交流電的三要素正弦

5、電壓信號也可以用一個正弦式來表式，即表示交流電的物理量:正弦交流電的三要素。(1)反響交流電大小(幅度)的物理量。 最大值-交流信號瞬間能到達(dá)的最大幅度. 瞬間值-任一時間交流信號的大小。 有效值-衡量交流電有效幅度的物理量。0sin()muUt工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路(2)反響交流電變化快、慢的物理量。 周期-一個完整的正弦波形所經(jīng)過的時間，符號為T，單位為秒(s)。 頻率-1s時間內(nèi)完成的正弦波個數(shù)，符號為f，單位為赫茲(Hz)。 角頻率- ，符號為.周期、頻率、角頻率三者關(guān)系為 T=1/f 2 f2f工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路(3)用以比較交流電變化

6、步調(diào)的物理量。 相位(或位相) -表達(dá)式中角度局部 ，單位為rad(弧度)。 初相位 -t=0時刻的相位。0t0工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路任務(wù)任務(wù)4.2 4.2 認(rèn)識單一參數(shù)正弦交流電路認(rèn)識單一參數(shù)正弦交流電路的規(guī)律的規(guī)律4.2.1 4.2.1 純電阻電路純電阻電路: :由交流電源和電阻由交流電源和電阻組成的電路組成的電路在純電阻組成的交流電路中，電在純電阻組成的交流電路中，電流和電壓的變化步調(diào)始終保持一流和電壓的變化步調(diào)始終保持一致，同時到達(dá)最大值、零值和最致，同時到達(dá)最大值、零值和最小值，二者同相位。小值，二者同相位。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路在純電阻的

7、交流電路中，無論是電流的瞬時值、最大值和有效值都滿足歐姆定律，設(shè)電阻兩端的電壓為 ，那么通過其中的電流為 電流、電壓的最大值、有效值也都符合歐姆定律。 2.功率 (1)瞬時功率p。在交流電路中，電壓和電流都是瞬時變化的。2sinRRuUt2sin2 sinRRRuuUtiItRR工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路任一瞬間，電壓與電流的瞬時值的乘積叫做瞬時功率，用小寫字母p表示，即 顯然，瞬時功率也是隨時間變化的。將電壓和電流瞬間數(shù)值逐點(diǎn)相乘，即可畫出純電阻電路的瞬時功率曲線。電阻元器件是一種耗能元器件。2sinsin2sin2 sin2sinRRRmmpu iUtItUtItUIt工

8、程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 (2)有功功率P。通常用瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值來衡量純電阻電路的功率大小，這個平均值稱為平均功率，它是電路中實(shí)際消耗的功率，又叫有功功率，用大寫字母P表示，單位是瓦特(W)。平均功率等于電流和電壓有效值的乘積，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 平時說某白熾燈的功率為40W、電阻爐的功率是1000W都是指平均功率。22RRUPIU I RR工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路4.2.2 純電感電路電阻和分布電容可以忽略不計的電感線圈作為交流負(fù)載的電路，稱為純電感電路。實(shí)際的電感線圈都有一定的電阻，只是電阻很小，與電感量比較可以忽略不計，可視為純電感電路。1

9、.電壓與電流的關(guān)系 工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 如下圖為純電感交流電路電壓與電流波形。從波形圖中可以得出以下結(jié)論。 (1)相位關(guān)系。在純電感的交流電路中，電壓與電流是同頻率的正弦交流電，電壓超前電流90，或者說電流滯后電壓90。假設(shè)設(shè)電感線圈中通過的電流為那么 2siniIt2sin()2LluUt工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路(2)數(shù)值關(guān)系。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，當(dāng)電感線圈中的電流發(fā)生變化時，線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢對抗電流的變化。實(shí)驗(yàn)說明，感抗 與電感L以及電源頻率f成正比，用公式表示為 在純電感電路中，線圈電壓和電流的最大值和有效值之間的關(guān)系也符合歐姆定律，即

10、2LXLfLLXImLmLUXILLUX工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 2.電路的功率 1)瞬時功率。電感上的電壓與電流的瞬時值的乘積稱為瞬時功率，即： 圖純電感電路的瞬時功率曲線。 LLpu i2sin()2sin2LUtIt2sincosLUItts in 2LUIt工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 (2)有功功率。從圖4-5中可以看出:瞬時 功率p以電流i或電壓u的2倍頻率變化。當(dāng)p=0時，電感從電源吸收電能轉(zhuǎn)化成磁場能儲存在電感中，當(dāng)p0時，電感中儲存的磁場能轉(zhuǎn)換成電能送回電源;瞬時功率p的波形在橫軸上、下的面積是相等的，所以電感不消耗能量，是個儲能元器件。因

11、此有功功率為0，即p=0。 (3)無功功率。把純電感電路中瞬時功率的最大值稱為無功功率。22LLLLLUQU IX IX工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 可以忽略電阻和分布電感的理想電容元器件與交流電驚連接組成的電路，稱為純電容電路。 1.電壓與電流的關(guān)系 (1)相位關(guān)系。在純電容交流電路中，電壓與電流同頻率的正弦交流電，電流超前電壓900，或者說電壓滯后電流900。 (2)數(shù)值關(guān)系。在交流電路中，電容對交流電有阻礙作用，用容抗表征，記為Xc，單位為。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路2.純電容電路的功率 (1)瞬時功率。設(shè)電流的初相角為0，電容的瞬時功率可寫成(2)無功

12、功率。瞬時功率p隨時間以電流i或電壓U的2倍頻率變化。(3)無功功率。純電容電路中瞬時功率的最大值稱為無功功率。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路任務(wù)任務(wù)4.3 4.3 認(rèn)識認(rèn)識RLRL串聯(lián)電路的規(guī)律串聯(lián)電路的規(guī)律4.3.1 RL4.3.1 RL串聯(lián)電路串聯(lián)電路電阻電阻R R與電感與電感L L串聯(lián)在交流電源上，組成串聯(lián)在交流電源上，組成RLRL串聯(lián)電路。串聯(lián)電路。1.1.電壓間的關(guān)系電壓間的關(guān)系 當(dāng)交流電通過電阻當(dāng)交流電通過電阻R R時，電流時，電流i i的相的相位與電阻兩端的電壓位與電阻兩端的電壓uRuR相位一致相位一致; ;通過通過電感時，其兩端電壓的相位比電流超前電感時，其兩端

13、電壓的相位比電流超前9090度。因此，計算度。因此，計算RLRL串聯(lián)電路的總電壓串聯(lián)電路的總電壓不能簡單地將各局部電壓的數(shù)值相加，不能簡單地將各局部電壓的數(shù)值相加，要通過矢量疊加的方式獲得。要通過矢量疊加的方式獲得。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路2. RL串聯(lián)電路的阻抗 將端電壓有效值U與電流有效值I的比值定義為交流電路的阻抗Z。 阻抗的根本單位是歐姆( )。 22LUZRXI電阻與電感串聯(lián)電路 RL串聯(lián)電路矢量圖工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路3.功率 在RL串聯(lián)電路中既有耗能的元器件(電阻).又有儲能元器件(電感).因此電源提供的功率一局部為有功功率，另一局部為無

14、功功率。電壓三角形與功率三角形 (1)有功功率。它是電阻消耗的功率，數(shù)值上等于電阻兩端電壓UR與電路中電流I的乘積。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路2)無功功率。電路中的電感不消耗能量，它與電源之間不停地進(jìn)行能量交換。 (3)視在功率。視在功率表示電源提供總功率的能力，即交流電源的容量。視在功率用S表示，它等于總電壓的有效值U與電流有效值I的乘積，即S = UI 4.功率因數(shù) 有功功率和視在功率的比值叫做功率因數(shù)，用符號表示，即PS工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路4.3.2 安裝日光燈電路 日光燈電路就是典型的RL串聯(lián)電路的應(yīng)用。 (1)日光燈管由玻璃管、燈絲、引腳等組

15、成，管內(nèi)抽真空后充入少量惰性氣體，燈內(nèi)壁涂有熒光粉。 (2)鎮(zhèn)流器是含有鐵芯的電感線圈。 (3)啟輝器主要由氖泡和與之并聯(lián)的電容器構(gòu)成。氖泡內(nèi)包含一只雙金屬動觸片和一個靜觸片，同時氖泡內(nèi)充有氖氣。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 2.工作過程 L為鎮(zhèn)流器的電感，R為日光燈燈管等效電阻+鎮(zhèn)流器線圈電阻。這是R與L串聯(lián)的電路，習(xí)慣上稱為RL串聯(lián)電路。 工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路任務(wù)任務(wù)4.4 4.4 模擬安裝家庭照明電路模擬安裝家庭照明電路4.4.1 單相電能表 電能表是利用電壓和電流在鋁盤上產(chǎn)生的渦流與交變磁通相互作用產(chǎn)生電磁力，使鋁盤轉(zhuǎn)動，同時引入制動力矩，使鋁盤

16、轉(zhuǎn)動與負(fù)載功率成正比，通過軸向齒輪轉(zhuǎn)動，由計度器計算出轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)而測出電能。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路1.單相電能表的接線 單相電能表接線盒里共有四個接線樁，從左至右按1、2、3、4編號。直接接線方法是按編號1、3接進(jìn)線1接相線，3接零線)，2、4接出線(2接相線，4接零線)，如圖4-12所示為單相電能表的接線。2.電能表的安裝要點(diǎn) (1)電能表應(yīng)安裝在箱體內(nèi)或涂有防潮漆的木制底盤、塑料底盤上。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 (2)為確保電能表的精度，安裝時表的位置必須與地面保持垂直，其垂直方向的偏移不大于1。表箱的下沿離地高度應(yīng)在1. 7-2m之間，暗式表箱下沿

17、離地1.5m左右。 (3)單相電能表一般應(yīng)裝在配電盤的左邊或上方，而開關(guān)應(yīng)裝在右邊或下方。與上、 下進(jìn)線間的距離大約為80mm，與其他儀表左右距離大約為60mm。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路(4)電能表的安裝部位，一般應(yīng)在走廊、門廳、屋檐下，切忌安裝在潮濕或有腐蝕性氣體的地方。 (5)電能表的進(jìn)線和出線應(yīng)使用銅芯絕緣線，線芯截面不得小于1.5mm。接線要牢固，但不可焊接，裸露的線頭局部不可露出接線盒。 (6)由供電部門直接收取電費(fèi)的電能表，一般由其指定部門驗(yàn)表，然后由驗(yàn)表部門在表頭盒上封鉛封或塑料封，安裝完后，再由供電局直接在接線樁頭蓋或計量柜門上封上鉛封或塑料封。未經(jīng)允許，不

18、得拆掉鉛封。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路4.4.2 照明設(shè)備的安裝 照明電路的組成包括電源的引入、單相電能表、漏電保護(hù)器、熔斷器、插座、燈頭、開關(guān)、照明燈具和各類電線及配件輔料。 1.照明開關(guān)和插座的接線 (1)照明開關(guān)是控制燈具的電氣元器件，起控制照明電燈的亮與滅的作用(即接通或斷開照明線路)。開關(guān)有明裝和暗裝之分，現(xiàn)家庭中一般是暗裝開關(guān)。注意:相線(火線)進(jìn)開關(guān)。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路(2)根據(jù)電源電壓的不同，插座可分為三相四孔插座和單相三孔或二孔插座;家庭一般是單相插座，實(shí)驗(yàn)室一般要安裝三相插座。接線原那么是左零右相;豎裝時，接線原那么是上相下零;單

19、相三孔插座的接線原那么是左零右相上接地。L端接相線，N端接零線，E端接地線。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路注意:根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，相線(火線)是紅色的，零線(中性線)是黑色的，接地線是黃綠雙色線。2.照明開關(guān)和插座的安裝 首先在準(zhǔn)備安裝開關(guān)和插座的地方鉆孔，然后按照開關(guān)和插座的尺寸安裝線盒，接著按接線要求，將盒內(nèi)甩出的導(dǎo)線與開關(guān)、插座的面板連接好，將開關(guān)或插座推入盒內(nèi)對正盒眼，用螺釘固定。固定時要使面板端正，并與墻面平齊。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路3.燈座(燈頭)的安裝 插口燈座上的兩個接線端子，可任意連接零線和來自開關(guān)的相線;但是螺口燈座上的接線端子，必須把零線連

20、接在連通螺紋圈的接線端子上，把來自開關(guān)的相線連接在連通中心銅簧片的接線端子上。 安裝好的開關(guān) 安裝好的插座 燈座的接線工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路4.漏電保護(hù)器(漏電斷路器)的接線與安裝 漏電保護(hù)器對電氣設(shè)備的漏電電流極為敏感。當(dāng)人體接觸了漏電的用電器時，產(chǎn)生的漏電電流只要到達(dá)1O-30mA，就能使漏電保護(hù)器在極短的時間內(nèi)跳閘，切斷電源，有效地防止了觸電事故的發(fā)生。 電源進(jìn)線必須接在漏電保護(hù)器的正上方，即外殼上標(biāo)有電源或進(jìn)線端;出線均接在下方，即標(biāo)有負(fù)載或出線端。倘假設(shè)把進(jìn)線、出線接反了，將會導(dǎo)致保護(hù)器動作后燒毀線圈或影響保護(hù)器的接通、分?jǐn)嗄芰Α９こ坦こ? 單相正弦交流電路單相

21、正弦交流電路(1)漏電保護(hù)器應(yīng)安裝在進(jìn)戶線截面較小的配電盤上或照明配電箱內(nèi)。裝在電度表之后，熔斷器之前。(2)所有照明線路導(dǎo)線(包括中性線在內(nèi))，均必須通過漏電保護(hù)器，且中性線必須與地絕緣。(3)應(yīng)垂直安裝，傾斜度不得超過50度。 工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路4.4.3 照明電路安裝的技術(shù)要求 (1)燈具安裝的高度，室外一般不低于3m，室內(nèi)一般不低于2.5m。 (2)照明電路應(yīng)有短路保護(hù)。照明燈具的相線必須經(jīng)開關(guān)控制，螺口燈頭中心觸片應(yīng)接相線，螺口局部與零線連接。不準(zhǔn)將電線直接焊在燈泡的接點(diǎn)上使用。絕緣損壞的螺口燈頭不得使用。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 (3)

22、室內(nèi)照明開關(guān)一般安裝在門邊便于操作的位置，拉線開關(guān)一般應(yīng)離地2-3m，暗裝翹板開關(guān)一般離地1.3m，與門框的距離一般為0.15-0.20m。 (4)明裝插座的安裝高度一般應(yīng)離地1.3-1.5m。暗裝插座一般應(yīng)離地0.3m，同一場所暗裝的插座高度應(yīng)一致，其高度相差一般應(yīng)不大于5mm，多個插座成排安裝時，其高度差應(yīng)不大于2mm。 (5)照明裝置的接線必須牢固，接觸良好，接線時，相線和零線要嚴(yán)格區(qū)別，將零線接燈頭上，相線須經(jīng)過開關(guān)再接到燈頭。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 (6)應(yīng)采用保護(hù)接地(接零)的燈具金屬外殼，要與保護(hù)接地(接零)干線連接完好。 (7)燈具安裝應(yīng)牢固，燈具質(zhì)量超過3kg時，必須固定在預(yù)埋的吊鉤或螺栓上。軟線吊燈的重量限于1kg以下，超過時應(yīng)加裝吊鏈。固定燈具須用接線盒及木臺等配件。 (8)照明燈具須用平安電壓時，應(yīng)采用雙圈變壓器或平安隔離變壓器，嚴(yán)禁使用自藕 (單圈)變壓器。平安電壓額定值的等級為42V、36V、24V、12V，6V。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路 (9)燈架及管內(nèi)不允許有接頭。 (10)導(dǎo)線在引入燈具處應(yīng)有絕緣保護(hù)，以免磨損導(dǎo)線的絕緣，也不應(yīng)使其承受額外的拉力;導(dǎo)線的分支及連接處應(yīng)便于檢查。工程工程4 單相正弦交流電路單相正弦交流電路任務(wù)任務(wù)4.5 4.5 拓展與訓(xùn)練拓展與訓(xùn)練4.5