家庭用電線路

1、模塊模塊1家庭用電線路家庭用電線路 n一、教學目標一、教學目標n終極教學目標：能對家庭用電電路進行終極教學目標：能對家庭用電電路進行設(shè)計、安裝。設(shè)計、安裝。n促成教學目標：促成教學目標：n1.能根據(jù)實際要求設(shè)計出電路圖能根據(jù)實際要求設(shè)計出電路圖n2.能根據(jù)電路圖正確地選擇測試儀器、能根據(jù)電路圖正確地選擇測試儀器、元器件及線材元器件及線材n3.能正確進行裝接能正確進行裝接二.工作任務(wù)設(shè)計、安裝家庭用電電路設(shè)計、安裝家庭用電電路三三.相關(guān)實踐知識相關(guān)實踐知識圖圖2.1 兩室一廳配電接線圖兩室一廳配電接線圖說明：按一定比例制作模型，元器件按實際規(guī)格選用：合計說明：按一定比例制作模型，元器件按實際規(guī)格

2、選用：合計五間小屋，分別為客廳、臥室五間小屋，分別為客廳、臥室1和和2、衛(wèi)生間、廚房。六路配、衛(wèi)生間、廚房。六路配線為：照明及吊扇、插座、客廳空調(diào)、臥室空調(diào)、熱水器和線為：照明及吊扇、插座、客廳空調(diào)、臥室空調(diào)、熱水器和備用。初步建立感性認識。備用。初步建立感性認識。表.元器件名細表 序序號號名稱名稱規(guī)格規(guī)格要求要求1電度表電度表單相電子式電度表單相電子式電度表DDS106 型（長壽命型）型（長壽命型）或或DDSY106型（預(yù)付費型（預(yù)付費型）型）設(shè)計使用功率設(shè)計使用功率11.5kw2漏電斷路器漏電斷路器或斷路器或斷路器DZ47LEDZ47LEC45N/1P16A除兩路空調(diào)外，其余均須除兩路空調(diào)

3、外，其余均須有漏電保護有漏電保護3燈開關(guān)燈開關(guān)按鈕式按鈕式4插座插座空調(diào)插座空調(diào)插座15A-20廚房插座廚房插座20A熱水器插熱水器插10A-15A其余插座其余插座10A空調(diào)插座距地面空調(diào)插座距地面1.8m廚房插座距地面廚房插座距地面1.3m熱水器插座距地面熱水器插座距地面2.2m其余插座距地面其余插座距地面0.3m5照明燈照明燈客廳客廳 有有LED變色的吊變色的吊燈燈臥室臥室 熒光吸頂燈熒光吸頂燈廚房和衛(wèi)生間廚房和衛(wèi)生間 防水燈防水燈照明燈功率照明燈功率20-40w6吊扇吊扇懸掛式吊扇懸掛式吊扇功率功率20 w7調(diào)速器調(diào)速器簡易調(diào)速器簡易調(diào)速器8導線導線進線進線BV-2 216+116+16

4、DG326DG32支線支線BV-3 32.5DG202.5DG201.元器件知識 問題:家用電路是由開關(guān)、斷路器、燈具等元器件組成，這些元器件的結(jié)構(gòu)和基本原理是怎樣的？1.1漏電斷路器近年來，大量的家用電器進入家庭，人們與電接觸的機會越來越多，為了人身與設(shè)備安全，漏電斷路器作為一項有效的電氣安全技術(shù)裝置已經(jīng)被廣泛使用。根據(jù)醫(yī)學研究，當人體接觸50Hz的交流電、觸電電流在30mA及以下時，可以承受幾分鐘的時間。這就界定了人體觸電安全電流，為設(shè)計和選用漏電保護裝置提供了科學依據(jù)。因此，在移動電器、潮濕場所的電器所在的電源支路設(shè)置漏電斷路器，是防止間接接觸觸電的有效措施。在國家標準 中明確除空調(diào)電源

5、插座外，其他電源插座回路應(yīng)設(shè)置漏電保護裝置。其漏電動作電流為30mA，動作時間為0.1s。圖2.24 DZ47LE漏電斷路器原理圖 目前，在住宅電氣線路中漏電保護開關(guān)的型號眾多，但基本原理大致相同。現(xiàn)以德力西生產(chǎn)的DZ47LE的漏電斷路器為例，分析其工作原理。從圖2.24中可知，此漏電斷路器由小型斷路器和漏電控制器(電子線路部分)組合而成。電流互感器TA其環(huán)狀鐵心上繞有二次線圈。電源相線經(jīng)開關(guān)QF后與零線從TA中穿過，構(gòu)成一次線圈。TA的作用是反映漏電電流信號的，構(gòu)成漏電控制器的檢測部分；VT為單向晶閘管，與整流橋構(gòu)成漏電控制器的比較部分；L為電感線圈，是漏電控制器的執(zhí)行元件。按鈕SB與電阻R

6、1為漏電斷路器的試驗裝置。RV為壓敏電阻。 工作過程工作過程在正常情況下，漏電斷路器所控制的電路沒有人身觸電及漏電接地等故障時，TA中相線和零線中電流相量為零，TA的二次線圈沒有感應(yīng)電勢輸出，漏電斷路器的比較控制部分及執(zhí)行元件不工作。當電路中發(fā)生觸電和漏電故障，相線對地產(chǎn)生漏電電流，導致TA中相線和零線中電流大小不同，因而TA中存在一定大小的磁通，其二次線圈輸出一感應(yīng)電勢，加在VT的控制極上，當其值大于VT控制極觸發(fā)電壓時，VT導通，電感線圈L中有直流電流流過，產(chǎn)生磁通吸引銜鐵，帶動脫口裝置使QF跳閘，負載側(cè)線路斷電，達到安全保護的目的。當按下SB使，TA中僅相線有電流流過而零線沒有，同樣使T

7、A二次線圈輸出感應(yīng)電勢，QF跳閘。RV的作用是當回路中發(fā)生過壓故障時，對后續(xù)線路及設(shè)備進行保護。同時，漏電斷路器對線路中的過載和短路也能起保護作用。1.2開關(guān)與插座開關(guān)與插座燈開關(guān)的分類，按裝置方式分為：明裝式開關(guān)、暗轉(zhuǎn)式開關(guān)、懸燈開關(guān)的分類，按裝置方式分為：明裝式開關(guān)、暗轉(zhuǎn)式開關(guān)、懸掛式開關(guān)、附裝式開關(guān)；按操作方法分為：翹板式開關(guān)、倒板式掛式開關(guān)、附裝式開關(guān)；按操作方法分為：翹板式開關(guān)、倒板式開關(guān)、拉線式開關(guān)、按鈕式開關(guān)、推移式開關(guān)、旋轉(zhuǎn)式開關(guān)、觸開關(guān)、拉線式開關(guān)、按鈕式開關(guān)、推移式開關(guān)、旋轉(zhuǎn)式開關(guān)、觸摸式開關(guān)等；按接通方法分為：單聯(lián)、雙聯(lián)、雙控、雙路等。部摸式開關(guān)等；按接通方法分為：單聯(lián)、

8、雙聯(lián)、雙控、雙路等。部分樣圖如下。分樣圖如下。 多功能三極插座多功能三極插座 二位二極扁圓插座二位二極扁圓插座 二極帶多功能插座二極帶多功能插座雙聯(lián)電視插座雙聯(lián)電視插座 觸摸延時開關(guān)觸摸延時開關(guān) 聲光控延時開關(guān)聲光控延時開關(guān) 調(diào)光開關(guān)調(diào)光開關(guān) 插卡取電節(jié)能開關(guān)插卡取電節(jié)能開關(guān) 門鈴開關(guān)門鈴開關(guān)1.3照明燈具照明燈具照明燈具有白熾燈、熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈和金照明燈具有白熾燈、熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈等，按其發(fā)光原理又分為熱輻射光源和氣體屬鹵化物燈等，按其發(fā)光原理又分為熱輻射光源和氣體放電光源兩大類，如圖放電光源兩大類，如圖2.25所示。部分樣圖見課本。所示。部分樣圖見課本。

9、 LED在照明工程中的應(yīng)用在照明工程中的應(yīng)用 n過去過去10年來，年來，LED在顏色種類、亮度和功率都發(fā)生了極大的變化。在顏色種類、亮度和功率都發(fā)生了極大的變化。LED以其令人驚嘆而欣喜的應(yīng)用在城市室內(nèi)外照明中發(fā)揮著傳統(tǒng)以其令人驚嘆而欣喜的應(yīng)用在城市室內(nèi)外照明中發(fā)揮著傳統(tǒng)光源無可比擬的作用。光源無可比擬的作用。LED壽命長達壽命長達10萬小時，意味著每天工作萬小時，意味著每天工作8小時，可以有小時，可以有35年免維護的理論保障。低壓運行，幾乎可達到年免維護的理論保障。低壓運行，幾乎可達到100%的光輸出，調(diào)光時低到零輸出，可以組合出成千上萬種光的光輸出，調(diào)光時低到零輸出，可以組合出成千上萬種光

10、色，而發(fā)光面積可以很小，能制作成色，而發(fā)光面積可以很小，能制作成1平方毫米。經(jīng)過二次光學平方毫米。經(jīng)過二次光學設(shè)計，照明燈具達到理想的光強分布?？焖侔l(fā)展的設(shè)計，照明燈具達到理想的光強分布?？焖侔l(fā)展的LED技術(shù)將為技術(shù)將為照明設(shè)計與應(yīng)用帶來嶄新的可能性，這是許多傳統(tǒng)光源所不可能照明設(shè)計與應(yīng)用帶來嶄新的可能性，這是許多傳統(tǒng)光源所不可能實現(xiàn)的。實現(xiàn)的。LED燈 今天似乎全世界的目光都聚焦在今天似乎全世界的目光都聚焦在LED這個新型的這個新型的光源上，被譽為光源上，被譽為21世紀的綠色照明產(chǎn)品，甚至人們世紀的綠色照明產(chǎn)品，甚至人們預(yù)言未來會大部分取代傳統(tǒng)的光源。因為它具有壽預(yù)言未來會大部分取代傳統(tǒng)的光

11、源。因為它具有壽命長、啟動時間短、結(jié)構(gòu)牢固、節(jié)能、薄型燈具、命長、啟動時間短、結(jié)構(gòu)牢固、節(jié)能、薄型燈具、燈具材料選擇范圍大、不需要加發(fā)射器、低壓、沒燈具材料選擇范圍大、不需要加發(fā)射器、低壓、沒有紫外輻射、尤其在公共環(huán)境中使用更加安全等特有紫外輻射、尤其在公共環(huán)境中使用更加安全等特點。再加上點。再加上LED光源的生產(chǎn)可實現(xiàn)無汞化，對環(huán)境光源的生產(chǎn)可實現(xiàn)無汞化，對環(huán)境保護和節(jié)約能源更具有重要意義。傳統(tǒng)的保護和節(jié)約能源更具有重要意義。傳統(tǒng)的LED主要主要用于信號顯示領(lǐng)域、建筑物航空障礙燈、航標燈、用于信號顯示領(lǐng)域、建筑物航空障礙燈、航標燈、汽車信號燈、儀表背光照明，如今娛樂、建筑物室汽車信號燈、儀表

12、背光照明，如今娛樂、建筑物室內(nèi)外、城市美化、景觀照明中應(yīng)用也越來越廣泛。內(nèi)外、城市美化、景觀照明中應(yīng)用也越來越廣泛。 （1）LED的特點的特點（2）LED在照明工程中的應(yīng)用方向在照明工程中的應(yīng)用方向 建筑物外觀照明建筑物外觀照明 ；景觀照明；景觀照明 ；標識與指；標識與指示性照明示性照明 ；室內(nèi)空間展示照明；室內(nèi)空間展示照明 ；娛樂場所及；娛樂場所及舞臺照明等。世界上目前最有影響的舞臺照明等。世界上目前最有影響的LED顯示顯示屏，當屬美國曼哈頓時代廣場紐約證券交易所，屏，當屬美國曼哈頓時代廣場紐約證券交易所，總計使用了總計使用了18677760只只LED，面積為，面積為10736平方英尺。屏幕

13、可以劃分成多個畫面，而同時平方英尺。屏幕可以劃分成多個畫面，而同時顯示，將華爾街股市的行情一目了然呈現(xiàn)在公顯示，將華爾街股市的行情一目了然呈現(xiàn)在公眾面前。眾面前。（3）LED產(chǎn)品研發(fā)亟待解決的問題產(chǎn)品研發(fā)亟待解決的問題 LED是是21世紀最具發(fā)展前景的高技術(shù)照明領(lǐng)域。作為世紀最具發(fā)展前景的高技術(shù)照明領(lǐng)域。作為新型高效固體光源，具有壽命長、節(jié)能、環(huán)保等顯著新型高效固體光源，具有壽命長、節(jié)能、環(huán)保等顯著優(yōu)點，將是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈、高壓氣優(yōu)點，將是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈、高壓氣體放電燈的又一次飛躍。因此，在目前的情況下，對體放電燈的又一次飛躍。因此，在目前的情況下，對LED照明產(chǎn)品

14、開發(fā)與設(shè)計寄予以下希望：照明產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計寄予以下希望：A、 滿足人們對照明的個性化需求滿足人們對照明的個性化需求 LED的模塊化，為照明設(shè)計帶來了便利，通過設(shè)的模塊化，為照明設(shè)計帶來了便利，通過設(shè)計者充分合理的布局，使計者充分合理的布局，使LED處于良好的工作狀態(tài)。處于良好的工作狀態(tài)。LED的產(chǎn)品在滿足個性化照明方面是傳統(tǒng)光源相形見的產(chǎn)品在滿足個性化照明方面是傳統(tǒng)光源相形見絀的，絀的，LED產(chǎn)品形制的多樣化將達到前所未有的程度。產(chǎn)品形制的多樣化將達到前所未有的程度。B、面發(fā)光、面發(fā)光LED產(chǎn)品考慮建筑的模數(shù)化產(chǎn)品考慮建筑的模數(shù)化 面發(fā)光的面發(fā)光的LED必須與城市設(shè)計和建筑設(shè)計相結(jié)合，必須與城

15、市設(shè)計和建筑設(shè)計相結(jié)合，才能滿足設(shè)計者的需求。例如作為地面鋪裝的夜間裝才能滿足設(shè)計者的需求。例如作為地面鋪裝的夜間裝飾，產(chǎn)品的尺寸與地磚的尺寸相協(xié)調(diào)，即符合模數(shù)的飾，產(chǎn)品的尺寸與地磚的尺寸相協(xié)調(diào)，即符合模數(shù)的要求等。要求等。 C、小功率、小功率LED燈具設(shè)計燈具設(shè)計 城市夜景照明追求的不是亮度，而是藝術(shù)的創(chuàng)意設(shè)計，小功率的城市夜景照明追求的不是亮度，而是藝術(shù)的創(chuàng)意設(shè)計，小功率的LED產(chǎn)品應(yīng)該能夠找到他的用武之地。發(fā)光角度小的產(chǎn)品應(yīng)該能夠找到他的用武之地。發(fā)光角度小的LED方向性方向性強，可作局部重點照明。問題是要給設(shè)計師提供足夠大的選擇范強，可作局部重點照明。問題是要給設(shè)計師提供足夠大的選擇范

16、圍，外觀上也應(yīng)有美觀的要求?？梢钥隙ǖ卣f，圍，外觀上也應(yīng)有美觀的要求。可以肯定地說，LED將會在未來將會在未來引領(lǐng)照明的時尚與潮流。引領(lǐng)照明的時尚與潮流。D、大功率、高光效、高顯色性的白光、大功率、高光效、高顯色性的白光LED照明產(chǎn)品研發(fā)照明產(chǎn)品研發(fā) LED在照明領(lǐng)域的使用目前還受到技術(shù)水平和價格的限制，目前在照明領(lǐng)域的使用目前還受到技術(shù)水平和價格的限制，目前我國我國LED在照明領(lǐng)域應(yīng)用的困難是在照明領(lǐng)域應(yīng)用的困難是LED白光光效不高（白光光效不高（20Lm/W左右），功率不大（幾十豪瓦至一瓦）、價格貴。但是白光左右），功率不大（幾十豪瓦至一瓦）、價格貴。但是白光LED的發(fā)展前景看好，發(fā)光效率

17、將達到的發(fā)展前景看好，發(fā)光效率將達到125Lm/W，單顆的輸出功率，單顆的輸出功率達到達到10W，大功率、高亮度，大功率、高亮度LED集成封裝技術(shù)的研究，包括驅(qū)動集成封裝技術(shù)的研究，包括驅(qū)動電路及特種燈具的開發(fā)，無疑是電路及特種燈具的開發(fā)，無疑是LED最終走入照明領(lǐng)域的關(guān)鍵。最終走入照明領(lǐng)域的關(guān)鍵。一旦光效和價格問題得到解決，一旦光效和價格問題得到解決，LED將是未來照明的主體。將是未來照明的主體。2.測試儀表 問題：家庭用電器的安裝、檢測、調(diào)試和維護經(jīng)常要用到儀表，這些儀表如何使用？2.1電度表 能夠測量用電多少的儀表叫電能表，又稱電度表。當你打開電燈或其他用電器時，電能表里的圓盤便轉(zhuǎn)起來，

18、數(shù)字窗里的讀數(shù)也慢慢增加。月底的時候查看電能表里的數(shù)字，就能知道本月使用了多少電。 單相電子式電度表DDS106型 單相預(yù)付費電度表 2.2萬用表萬用表 高精度數(shù)字萬用表 2.3兆歐表兆歐表兆歐表 四四. .相關(guān)理論知識相關(guān)理論知識1家庭用電的電源家庭用電的電源問題問題: :模塊一中的交流電模塊一中的交流電, ,也就是我們生活中的交流電，是怎樣的也就是我們生活中的交流電，是怎樣的電源電源? ?它的大小、方向又是如何變化的？它的大小、方向又是如何變化的？1.1正弦交流電正弦交流電 1.1.1正弦電壓與電流的參考方向正弦電壓與電流的參考方向:交流電壓的交流電壓的極性和電流的方向本是隨時間而交變的，

19、而極性和電流的方向本是隨時間而交變的，而在電路圖上只能標出一個方向，這就是參考在電路圖上只能標出一個方向，這就是參考方向。電壓和電流的參考方向是代表它們在方向。電壓和電流的參考方向是代表它們在正半周時的方向。在圖正半周時的方向。在圖2.2中，在電壓中，在電壓u 的正的正半周時，上端為正，電位高；下端為負，電半周時，上端為正，電位高；下端為負，電位低。這時電壓的參考方向與其實際方向位低。這時電壓的參考方向與其實際方向致，故電壓為正值。在電壓的負半周時，變致，故電壓為正值。在電壓的負半周時，變?yōu)樯县撓抡?，這時它的參考方向與其實際方為上負下正，這時它的參考方向與其實際方向相反，故為負值。向相反，故為

20、負值。 圖圖2.2 正弦交流電的方向正弦交流電的方向 電網(wǎng)電壓和正弦信號發(fā)生器電網(wǎng)電壓和正弦信號發(fā)生器輸出電壓的正弦波形可用示輸出電壓的正弦波形可用示波器觀察。波器觀察。1.1.2正弦量的三要素正弦量的三要素 1)正弦量正弦量快慢的要素：頻率快慢的要素：頻率f、周期、周期T和角頻率和角頻率表示正弦量變化的快表示正弦量變化的快慢。慢。 例如，已知例如，已知f=1000 Hz，則，則周期周期T正弦量變化一次所需的時間（單位：秒）正弦量變化一次所需的時間（單位：秒）頻率頻率f每秒正弦量變化的次數(shù)（單位：每秒正弦量變化的次數(shù)（單位： Hz）角頻率角頻率 ：每秒正弦量轉(zhuǎn)過的弧度（一個周期的弧度為每秒正弦

21、量轉(zhuǎn)過的弧度（一個周期的弧度為2）關(guān)系：關(guān)系：f=1/T中國電力標準頻率：中國電力標準頻率：50 Hz、美國：、美國：60 Hz 由于正弦量的平均值為零，需引入衡量其大小的物理量。有效由于正弦量的平均值為零，需引入衡量其大小的物理量。有效值、幅值和瞬時值是表示正弦量的大小量。值、幅值和瞬時值是表示正弦量的大小量。瞬時值瞬時值正弦量任意瞬間的值（用正弦量任意瞬間的值（用i、u、e表示）表示）幅幅 值值瞬時值之中的最大值（用瞬時值之中的最大值（用Im、Um、Em表示）表示）有效值有效值交流電流的有效值是從交流電流與直流電流具有相等的熱效交流電流的有效值是從交流電流與直流電流具有相等的熱效應(yīng)觀點引出

22、的。應(yīng)觀點引出的。 有效值為：有效值為： （這個式子適用于任何周期性變化量，但不能用于非周期量）。（這個式子適用于任何周期性變化量，但不能用于非周期量）。對正弦量來講：對正弦量來講：I (有效值有效值)=I m(幅值幅值)/1.4142)正弦量大小的要素正弦量大小的要素 t+ ：正弦波的相位角或相位；正弦波的相位角或相位； ： t = 0 時的相位，稱為初相位或初相角。時的相位，稱為初相位或初相角。初相位是指計時起點初相位是指計時起點O與周波起點與周波起點A（或（或B）的關(guān)系。計時起點（）的關(guān)系。計時起點（t=0）取得不同，初相位也就不同。取得不同，初相位也就不同。例如在圖例如在圖2.3中給出

23、了初相位為（中給出了初相位為（-120）和（）和（+120）兩個例子。）兩個例子。 圖圖2.3 正弦量的初相位正弦量的初相位 兩個同頻率正弦量的初相位之差，稱為相位差。它是不隨計時起點而兩個同頻率正弦量的初相位之差，稱為相位差。它是不隨計時起點而變的。比較兩個正弦量的相位，有超前和滯后等。變的。比較兩個正弦量的相位，有超前和滯后等。3)正弦量位置的要素：相位、初相位正弦量位置的要素：相位、初相位兩種正弦信號的相位關(guān)系兩種正弦信號的相位關(guān)系同同相相位位212i1i12t021 落后于落后于2i1i相相位位落落后后22it11i2i相相位位領(lǐng)領(lǐng)先先1i021領(lǐng)先領(lǐng)先于于1i2it12021與與1i

24、2i同相位同相位三相交流電路：三種電壓初相位各差三相交流電路：三種電壓初相位各差120。BuCuAu t例例 已知正弦量的波形圖如圖已知正弦量的波形圖如圖2.3所示，所示， 試寫出正弦量的解析式。試寫出正弦量的解析式。 VtuVtu)6sin(250)3sin(200211.2正弦交流電的相量表示法正弦交流電的相量表示法1.2.1 正弦波的表示方法：正弦波的表示方法：波形圖波形圖it 瞬時值表達式瞬時值表達式301000sinti相量相量前兩種不便于運算，重點介紹相量表示法。前兩種不便于運算，重點介紹相量表示法。概念概念 ：一個正弦量的瞬時值可以用一個旋轉(zhuǎn)的有向線一個正弦量的瞬時值可以用一個旋

25、轉(zhuǎn)的有向線段在縱軸上的投影值來表示。段在縱軸上的投影值來表示。 矢量長度矢量長度 = mU矢量與橫軸夾角矢量與橫軸夾角 = 初相位初相位矢量以角速度矢量以角速度 按逆時針方向旋轉(zhuǎn)按逆時針方向旋轉(zhuǎn)tUum sinmUt 1.2.2相量表示法相量表示法一個正弦量由幅值、初相位和頻率三個要素來確定。但一個正弦量由幅值、初相位和頻率三個要素來確定。但在家庭用電中，我們總是用的同一頻率的交流電源，且在家庭用電中，我們總是用的同一頻率的交流電源，且頻率是已知的工頻頻率是已知的工頻50HZ，可不必考慮。因此，一個正，可不必考慮。因此，一個正弦量由幅值（或有效值）和初相位就可確定。從而引出弦量由幅值（或有效值

26、）和初相位就可確定。從而引出向量向量的概念。的概念。IU 、 3）相量符號相量符號 包含包含幅度幅度與與相位相位的的信息。信息。1）描述正弦量的有向線段稱為相量描述正弦量的有向線段稱為相量 。若。若其其 幅度用最大值表示幅度用最大值表示 ，則用符號：，則用符號：mmIU 、相量的書寫方式相量的書寫方式2）在實際應(yīng)用中，幅度更多采用有效值，則用符號：在實際應(yīng)用中，幅度更多采用有效值，則用符號：IU 、222111 sin2 sin2tUutUu1U12U22U 落后于落后于1U1U2U領(lǐng)先領(lǐng)先 落后落后？例例1：將：將 u1、u2 用相量表示用相量表示 相位：相位：幅度：幅度：相量大小相量大小1

27、2UU 12設(shè)：設(shè)：21UUU222111 sin2 sin2tUutUu同頻率正弦波的同頻率正弦波的相量畫在一起，相量畫在一起，構(gòu)成相量圖。構(gòu)成相量圖。例例2：同頻率同頻率正弦波相加正弦波相加 -平行四邊形法則平行四邊形法則U22U1U1注意注意 ： 1. 只有正弦量只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。才能用相量表示，非正弦量不可以。2. 只有只有同頻率同頻率的正弦量才能畫在一張相量圖上，的正弦量才能畫在一張相量圖上， 不同頻率不行。不同頻率不行。新問題新問題提出：提出： 平行四邊形法則可以用于相量運算，但不方便。平行四邊形法則可以用于相量運算，但不方便。故引入故引入相量的復數(shù)運算法。

28、相量的復數(shù)運算法。 相量相量 復數(shù)表示法復數(shù)表示法復數(shù)運算復數(shù)運算 sincosjUUjbaU相量的復數(shù)表示相量的復數(shù)表示abUUj+1將復數(shù)將復數(shù)U放到復平面上，可如下表示：放到復平面上，可如下表示：abtgbaU122 UeUjUjbaUj)sin(cos代數(shù)式代數(shù)式 指數(shù)式指數(shù)式 極坐標形式極坐標形式abUU jeUjbaU在第一象限在第一象限設(shè)設(shè)a、b為正實數(shù)為正實數(shù)jeUjbaU在第二象限在第二象限jeUjbaU在第三象限在第三象限在第四象限在第四象限jeUjbaU解解：A506 .86301003024 .141jIV5 .190110602206021 .311jU例例1:已知已

29、知: : V3314sin1 .311A6314sin4 .141tuti求：求： i 、u 的的相量相量 506 .86301003024 .141jI5 .190110602206021 .311jU2203/UI1006/AV相量圖相量圖求：求：21ii 、例例2：兩個頻率都為兩個頻率都為 1000 Hz 的正弦電流其相量形式為：的正弦電流其相量形式為：A10A601003021jeIIA )306280sin(210A )606280sin(210021titi解解：6280100022fsrad正弦波的四種表示法正弦波的四種表示法波形圖波形圖瞬時值瞬時值相量圖相量圖復數(shù)復數(shù)符號法符號

30、法UeUjbaUjtUum sin TmUt uUu正弦量的文字符號 瞬時值有效值幅值有效值相量幅值相量電壓uU電流iI2. 家庭用電的負載 問題:我們生活中的用電器就是電源的負載，負載有哪些種類，各種間有什么區(qū)別？2.1電阻性負載 :圖2.6 白熾燈電路 照明用的白熾燈是一個電阻性負載照明用的白熾燈是一個電阻性負載R 電爐、電飯鍋、電熱水器、烘箱等電爐、電飯鍋、電熱水器、烘箱等 uiR根據(jù)根據(jù) 歐姆定律歐姆定律 iRu tItRURuitUusin2sin2sin2 設(shè)設(shè)則則電阻元件的交流電路tItRURuitUusin2sin2sin21. 頻率相同頻率相同2. 相位相同相位相同3. 有效

31、值關(guān)系有效值關(guān)系：IRU 電阻電路電阻電路中電流、電壓的關(guān)系中電流、電壓的關(guān)系4. 相量關(guān)系相量關(guān)系：設(shè)設(shè)0UUUI 0RUI 則則 RIU或或電阻電路中的功率電阻電路中的功率)(sin2)(sin2tUutIiRuiRiup/22 uiR1. 瞬時功率瞬時功率 p：瞬時電壓與瞬時電流的乘積瞬時電壓與瞬時電流的乘積小寫小寫1. （耗能元件耗能元件）0p結(jié)論：結(jié)論：2. 隨時間變化隨時間變化p22iu 、3. 與與 成比例成比例pRuiRiup/22tuiptTTdtiuTdtpTP00112. 平均功率（有功功率）平均功率（有功功率）P P：一個周期內(nèi)的平均值：一個周期內(nèi)的平均值 UIdttU

32、ITdttUITTT002)2cos1 (1sin21大寫大寫IUPdtdiLu 基本基本關(guān)系式關(guān)系式：iuLtIisin2設(shè)設(shè))90sin(2)90sin(2cos2tUtLItLIdtdiLu則則2.22.2電感元件的交流電路電感元件的交流電路感性負載：空調(diào)、電動機、變壓器等感性負載：空調(diào)、電動機、變壓器等電感電路中電流、電壓的關(guān)系電感電路中電流、電壓的關(guān)系 1. 頻率相同頻率相同 2. 相位相差相位相差 90 （u 領(lǐng)先領(lǐng)先 i 90 ）)90sin(2)90sin(2tUtLIutIisin2iut90UILII設(shè)：設(shè)：3. 有效值有效值LIU 感抗感抗（）LXL定義：定義：)90si

33、n(2)90sin(2tUtLIuLXIU 則：則：UI4. 相量關(guān)系相量關(guān)系)90sin(2tUutIisin20 II設(shè)設(shè)：9090LIUU)(909090LjjXIeLIULIUIU則：則：感抗（感抗（XL =L ）是頻率的函數(shù)，是頻率的函數(shù)， 表示電感電路中電表示電感電路中電壓、電流有效值之間的關(guān)系，且只對正弦波有效壓、電流有效值之間的關(guān)系，且只對正弦波有效。XLLLXIU = 0 時時XL = 0關(guān)于感抗的討論關(guān)于感抗的討論e+_LR直流直流E+_R電感電路中的電感電路中的功率功率)90sin(2sin2tUutIitUIttUIuip2sincossin21. 瞬時功率瞬時功率 p

34、 ：iuL儲存儲存能量能量P 0P 0tuiuiuiuiuit 2. 平均功率平均功率 P （有功功率）（有功功率）0)2(sin1100dttIUTdtpTPTT結(jié)論：結(jié)論：純電感不消耗能量純電感不消耗能量，只和電源進行，只和電源進行能量能量 交換交換（能量的吞吐）。（能量的吞吐）。tUIuip2sin3. 3. 無功功率無功功率 QLLXUXIIUQ22Q 的單位：乏、千乏的單位：乏、千乏 (var(var、kvarkvar) ) Q 的定義：電感的定義：電感瞬時功率瞬時功率所能達到的所能達到的最大值最大值。用。用 以衡量電感電路中能量交換的規(guī)模。以衡量電感電路中能量交換的規(guī)模。tUIui

35、p2sin基本關(guān)系式基本關(guān)系式:dtduCi 設(shè)設(shè)：tUusin2uiC)90sin(2cos2tCUtUCdtduCi則：則： 2.3 2.3電容元件的交流電路電容元件的交流電路容性負載：補償電容柜容性負載：補償電容柜 1. 頻率相同頻率相同2. 相位相差相位相差 90 （u 落后落后 i 90 ）)90sin(2tCUitUusin2電容電路電容電路中電流、電壓的關(guān)系中電流、電壓的關(guān)系iut90ICUUU3. 有效值有效值或或CUI ICU1 容抗容抗（）CXC1定義：定義：CXIU 則：則： 4. 相量關(guān)系相量關(guān)系設(shè)設(shè)：0UU9090CUIIIU)90sin(2tCUitUusin290

36、1CIU則：則：CXI jCIU901E+-CXc1e+-關(guān)于容抗的討論關(guān)于容抗的討論直流直流 是頻率的函數(shù)，是頻率的函數(shù)， 表示電容表示電容電路中電壓、電流有效值之間的關(guān)系，且只對正弦電路中電壓、電流有效值之間的關(guān)系，且只對正弦波有效波有效。容抗容抗）（CXC10 時時 cXC斷路斷路電容電路中的功率電容電路中的功率ui)90sin(2sin2tUutIitIUuip2sin1. 瞬時功率瞬時功率 ptIUuip2sin充電充電p放電放電放電放電P 0儲存儲存能量能量uiuiuiuiiuttTTtIUTdtPTP0002sin11 2. 平均功率平均功率 PtIUuip2sin瞬時功率達到的

37、最大值（吞吐規(guī)模）瞬時功率達到的最大值（吞吐規(guī)模）3. 無功功率無功功率 Q（電容性無功取負值）（電容性無功取負值）UIQtUIp2sin已知：已知： C 1F)6314sin(27 .70tu求：求：I 、i例例uiC解：解：318010314116CXC電流有效值電流有效值mA2.2231807 .70CXUI求電容電路中的電流求電容電路中的電流mA)3314sin(2 .222)26314sin(2 .222tti瞬時值瞬時值i 領(lǐng)先于領(lǐng)先于 u 90電流有效值電流有效值mA2.2231807 .70CXUIUI63相量圖相量圖R R、L L、C C電路的比較電路的比較電路電路參數(shù)參數(shù)電

38、路圖電路圖（正方向）（正方向）復數(shù)復數(shù)阻抗阻抗電壓、電流關(guān)系電壓、電流關(guān)系瞬時值瞬時值有效值有效值相量圖相量圖相量式相量式功率功率有功功率有功功率 無功功率無功功率RiuiRuR設(shè)設(shè)則則tUusin2tIisin2IRU RIUUIu、 i 同相同相UI0LiudtdiLu CiudtduCi LjjXLcjCjjXC11設(shè)設(shè)則則tIisin2)90sin( 2tLIu設(shè)設(shè)則則tUusin2)90sin( 12tCUiLXIXULLCXIXUCC1UIu領(lǐng)先領(lǐng)先 i 90UIu落后落后i 90LjXIUCjXIU00LXIUI2CXIUI2基本基本關(guān)系關(guān)系* 電壓、電流瞬時值的關(guān)系符合歐姆定律

39、、克氏定律。電壓、電流瞬時值的關(guān)系符合歐姆定律、克氏定律。dtdiLiRuuuLRuLiuRuRL2.42.4簡單正弦交流電路的關(guān)系簡單正弦交流電路的關(guān)系( (以以R-LR-L電路為例）電路為例）* 電流、電壓相量符合相量形式的歐姆定律、克氏定律電流、電壓相量符合相量形式的歐姆定律、克氏定律UILURU) LLRLLRjXRIUUUjXIURIU（、RLIURULURX| Z |Z為阻抗由電阻R和電抗X合成， 它們之間符合阻抗三角形的關(guān)系。RXXRZarctan22 電壓有效值與電流有效值的關(guān)系： 阻抗三角形阻抗三角形電壓三角形電壓三角形*阻抗三角形、電壓三角形阻抗三角形、電壓三角形電感性負載

40、的特點是總電壓的相位超前電流一個角度?？梢酝ㄟ^示波器觀察電壓與電流的相位關(guān)系。*功率三角形及功率因數(shù)功率三角形及功率因數(shù)電阻R: 消耗的有功功率P= IR 或 P=URI 單位為瓦（W）。電感L: 純電感是不消耗能量的，所以電感上的P=0；電感上的無功功率為Q=IXL ， 單位為乏（VAR）。 S為視在功率：S=IU （VA）可見S一定時，角的大小直接影響到有功功率與無功功率的大小的分配，為此把它稱為功率因數(shù)角，而COS稱為功率因數(shù)功率因數(shù)。 功率三角形功率三角形)90sin()1(2)90sin()(2sin2tcItLItIRutIisin2若若則則CLRuuuu電流、電壓的關(guān)系：電流、電

41、壓的關(guān)系：uRLCRuLuCui（一）（一）2.5R-L-C2.5R-L-C串聯(lián)正弦交流電路串聯(lián)正弦交流電路CLCLXXjRIjXIjXIRIU總電壓與總電流總電壓與總電流的關(guān)系式的關(guān)系式CLRUUUU相量方程式：相量方程式：則則CCLLRjXIUjXIURIU 相量模型相量模型RLCRULUCUIU0II設(shè)設(shè)（參考相量）（參考相量）R-L-C串聯(lián)交流電路串聯(lián)交流電路 - - 相量圖相量圖先畫出參先畫出參考相量考相量CLXXjRIU相量表達式：相量表達式：CLUURLCRULUCUIUCUULUIRU電壓三角形電壓三角形RCL1UUUtgZ：復數(shù)阻抗：復數(shù)阻抗實部為阻實部為阻虛部為抗虛部為抗容

42、抗容抗感抗感抗CLXXjRIUCLXXjRZ令令則則ZIUR-L-C串聯(lián)交流電路中的串聯(lián)交流電路中的 復數(shù)形式歐姆定律復數(shù)形式歐姆定律復數(shù)形式的復數(shù)形式的歐姆定律歐姆定律RLCRULUCUIU在正弦交流電路中，只要物理量用相量表示在正弦交流電路中，只要物理量用相量表示, 元件參數(shù)用復數(shù)阻抗表示，則電路方程式的形元件參數(shù)用復數(shù)阻抗表示，則電路方程式的形式與直流電路相似。式與直流電路相似。 是一個復數(shù)，但并不是正弦交流是一個復數(shù)，但并不是正弦交流量，上面量，上面不能加點不能加點。Z在方程式中只在方程式中只是一個運算工具是一個運算工具。 Z Z說明：說明：CLXXjRZ ZIU RLCRULUCUI

43、U關(guān)于復數(shù)阻抗關(guān)于復數(shù)阻抗 Z Z 的討論的討論iuiuIUZIUIUZZIU由復數(shù)形式的歐姆定律由復數(shù)形式的歐姆定律可得：可得：結(jié)論：結(jié)論：的模為電路總電壓和總電流有效值之比，的模為電路總電壓和總電流有效值之比，而而的幅角則為的幅角則為總電壓和總電流的相位差?？傠妷汉涂傠娏鞯南辔徊?。iuIUZ（二）（二）（）（）Z和總電流、總電壓的關(guān)系和總電流、總電壓的關(guān)系（）（） Z Z 和電路性質(zhì)的關(guān)系和電路性質(zhì)的關(guān)系CLXXjRZZ一定時電一定時電路性質(zhì)由參路性質(zhì)由參數(shù)決定數(shù)決定 RXXtgCLiu1當當 時時， 表示表示 u 領(lǐng)先領(lǐng)先 i 電路呈電路呈感性感性CLXX 0CLXX 0當當 時，時，

44、表示表示 u 、i同相同相 電路呈電路呈電阻性電阻性CLXX 0當當 時時， 表示表示 u 落后落后 i 電路呈電路呈容性容性阻抗角阻抗角（）阻抗（）阻抗（Z Z）三角形）三角形RXXtgXXRZCLCL122)(ZXXjRZCL)(ZRCLXXX阻抗阻抗三角形三角形（）（）阻抗三角形和電壓三角形的關(guān)系阻抗三角形和電壓三角形的關(guān)系電壓三電壓三角形角形阻抗三阻抗三角形角形相相似似CLCLRXXjRIUUUUCLXXjRZZRCLXXXCURUULUCLUUI（三）（三）R、L、C 串聯(lián)電路中的功率計算串聯(lián)電路中的功率計算CLRpppiup1. 瞬時功率瞬時功率 2. 平均功率平均功率 P （有功

45、功率）（有功功率） RIIUPdtpppTpdtTPRRTCLRT200)(11uRLCRuLuCui總電壓總電壓總電流總電流u 與與 i 的夾角的夾角IUPR平均功率平均功率P與總電壓與總電壓U、總電流、總電流 I 間的關(guān)系：間的關(guān)系： RUUCLUUCOS- 功率因數(shù)功率因數(shù) cosUUR其中：其中：cosUIP 在在 R、L、C 串聯(lián)的電路中，串聯(lián)的電路中，儲能元件儲能元件 R、L、C 雖然不消耗能量雖然不消耗能量，但存在能量吞吐，但存在能量吞吐， 吞吐的規(guī)模吞吐的規(guī)模用用無功功率來表示。其大小為：無功功率來表示。其大小為： sinIUIUUIUIUQQQCLCLCL）（）（3. 無功功

46、率無功功率 Q：RUUCLUU4. 視在功率視在功率 S： 電路中總電壓與總電流有效值的乘積。電路中總電壓與總電流有效值的乘積。UIS 單位：伏安、千伏安單位：伏安、千伏安PQS注：注： SU I 用來用來衡量發(fā)電機可能提供的最大功衡量發(fā)電機可能提供的最大功率率（額定電壓（額定電壓額定電流）額定電流） 視在功率視在功率UIS 5. 功率三角形：功率三角形：sinUIQ 無功功率無功功率cosUIP 有功功率有功功率RUUCLUU電壓三角形SQP功率三角形CLXXZR阻抗三角形阻抗三角形RLCRULUCUIU（一）（一） 簡單串并聯(lián)電路簡單串并聯(lián)電路Z1Z2IiUoUoiOuUZZZU212iZ

47、1Z2iuou2.62.6簡單的正弦交流電路分析簡單的正弦交流電路分析Z1Z2I2IiU1IiZ1Z2iu1i2iYUYYUI）（21Y1、Y2 - 導納導納）（21212111ZZUZUZUIIIY1Y2五.相關(guān)的擴展知識問題：當我們使用的功率較大，或在工程中使用問題：當我們使用的功率較大，或在工程中使用的動力電一般是三相交流電路，它又是什么電的動力電一般是三相交流電路，它又是什么電源？與單相交流電又有什么聯(lián)系？源？與單相交流電又有什么聯(lián)系？1.1.三相電源三相電源三相電動勢的特征：三相電動勢的特征： 大小相等，頻率相同，相位互差大小相等，頻率相同，相位互差120240sin120sinsi

48、ntEetEetEemZCmYBmXA)120sin(tEmAEBECE三相電動勢的相量關(guān)系：三相電動勢的相量關(guān)系：0CBAEEE1201200EEEEEECBAEm BeAeCe t1.1 1.1 三相交流電源的聯(lián)接三相交流電源的聯(lián)接（1）星形（）星形（Y）接法）接法Ce（中線）（中線）（火線）（火線）（火線）（火線）（火線）（火線）ceBeAXYCBZNAe三相四線三相四線制供電制供電火線（相線）火線（相線）:ABC中線（零線）：中線（零線）：N 三相電源三相電源星形接法的兩組電壓星形接法的兩組電壓相電壓相電壓：火線火線對對零線零線間的電壓。間的電壓。2401200PCPBPAUUUUUU

49、CeceBeACBNAe120 120 120 AUBUCUAuBuCu線電壓線電壓：火線火線與與火線火線間的電壓。間的電壓。ACCACBBCBAABUUUUUUUUUABuBCuCAuCABN線電壓線電壓和和相電壓相電壓的關(guān)系的關(guān)系BUBUABUAUCU30 BABAABUUUUU303AABUU30 330 3CACCABCBBCUUUUUUUU 同理：同理：BUAUCUABUBCUCAU30 30 30 CZCABYBCAXABUUUUUU plUU（2）三角形（）三角形（）接法）接法ACAuAXYCBZABuBCuBC特點：特點：線電壓線電壓=相電壓相電壓短路短路+E三個電源串接三個電

50、源串接能否造成短路？能否造成短路？直流電源行嗎？直流電源行嗎？AAeCeBeXYZBC問題討論問題討論1+-EEE直流電源串接不行，直流電源串接不行，三相交流電源可以，三相交流電源可以， 為什么？為什么？EmAeBeCe三相交流電源中三個電源可以串接的原因在于：三相交流電源中三個電源可以串接的原因在于： 三個電源的電壓任何瞬間相加均為零。三個電源的電壓任何瞬間相加均為零。我們學校使用的電是什么樣的交流電?問題討論問題討論2100星形接法星形接法ACB NZZZ三角形接法三角形接法ACBZZZ2. 2. 三相負載三相負載AiCiBiaicibi相電流相電流(負載負載上的電流上的電流)：cbaII

51、I 、線電流線電流(火線火線上的電流上的電流)：CBAIII 、2.1 負載星形（負載星形（Y）聯(lián)接的三相電路）聯(lián)接的三相電路ACBNZZZAuBuCuNilpII cCbBaAIIIIIIAiCiBiaicibi星形接法特點:相電流=線電流* cbaNIIIINI: 中線電流中線電流ACBNZZZNiN*線電壓線電壓=相電壓相電壓 3, 線電壓線電壓領(lǐng)先于領(lǐng)先于相電壓相電壓30。ACBNZZZAUABUCUBUCAUBCU30 330 3CCABBCUUUU303AABUUBUAUCUABUBCUCAU30 30 30 0CBANIIII)(ZZZZCBA負載對稱時負載對稱時問題及討論問題及

52、討論零線是否可零線是否可以取消？以取消？答：三相負載完全對稱時，答：三相負載完全對稱時，零線可以取消零線可以取消。供電方式為供電方式為三相三線制。三相三線制。ceACBZZZCeBeAe應(yīng)用實例應(yīng)用實例-照明電路照明電路ACB.一層樓一層樓二層樓二層樓三層樓三層樓N 正確接法正確接法:每層樓的燈相互每層樓的燈相互并并聯(lián)聯(lián),然后分別接至然后分別接至各相電壓上。設(shè)電各相電壓上。設(shè)電源電壓為：源電壓為：V220380PlUU則每盞燈上都可則每盞燈上都可得到額定的工作電壓得到額定的工作電壓220V。照明電路的一般畫法照明電路的一般畫法零線上不能加零線上不能加刀閘和保險刀閘和保險ABCN. . . .

53、. . .一一層層二二層層三三層層討論討論照明電路照明電路能否采用三相三線制能否采用三相三線制供電方式？供電方式？ACB.一層樓一層樓二層樓二層樓三層樓三層樓N不加零線不加零線會不會出會不會出現(xiàn)問題現(xiàn)問題? 設(shè)線電壓為設(shè)線電壓為380V。A相斷開后相斷開后，B、C 兩相兩相串連，電壓串連，電壓UBC （380V）加在加在B、C負載上。如果負載上。如果兩相負載對稱，則每相負兩相負載對稱，則每相負載上的電壓為載上的電壓為190V。問題問題1：若一樓全部斷開，二、三樓仍然接通若一樓全部斷開，二、三樓仍然接通, 情況如何情況如何?ACB.一層樓一層樓二層樓二層樓三層樓三層樓分析：分析：結(jié)果：結(jié)果：二、三樓電燈全部變暗，不能正常工作。二、三樓電燈全部變暗，不能正常工作。 問題問題2：若一樓斷開，二、三樓接通。但兩層樓若一樓斷開，二、三樓接通。但兩層樓 燈的數(shù)量不等（設(shè)二樓燈的數(shù)量為三層的燈的數(shù)量不等