電工基礎(chǔ)-項(xiàng)目二

1、項(xiàng)目二 正弦交流電路的分析與測(cè)試1目錄項(xiàng)目相關(guān)知識(shí)項(xiàng)目實(shí)施Part 1Part 2Part 3項(xiàng)目分析基礎(chǔ)訓(xùn)練Part 42Part 1Part 2Part 3Part 4項(xiàng)目相關(guān)知識(shí)項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目分析基礎(chǔ)訓(xùn)練34Part 1Part 2Part 3Part 4項(xiàng)目相關(guān)知識(shí)項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目分析基礎(chǔ)訓(xùn)練5交流電定義6交流電定義圖中哪些是交流電？哪些是直流電？（a）恒流電流（b）脈動(dòng)電流（c）正弦電流（d）方波電流7交流電定義在交流電路中，有電流通過(guò)的導(dǎo)線是相線（俗稱火線），用L表示；無(wú)電流通過(guò)的導(dǎo)線是零線，用N表示。所以當(dāng)測(cè)電筆觸及導(dǎo)線金屬芯時(shí)，如果氖管發(fā)亮，說(shuō)明該導(dǎo)線是相線；如果氖管不亮，說(shuō)明該導(dǎo)線

2、是零線，如圖所示。圖中的兩孔電源插座符合“左零右火”的要求。8正弦交流電三要素大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的交流電稱為正弦交流電，正弦電壓和正弦電流等物理量統(tǒng)稱為正弦量。圖中所示的電流波形為正弦波。式（2-1）為正弦交流電流的瞬時(shí)值表達(dá)式。角頻率、振幅、初相位確定以后，正弦交流電流就被唯一確定下來(lái)了。因此，角頻率（頻率或周期）、振幅（有效值）、初相稱為正弦交流電的三要素。9角頻率正弦交流電可用周期、頻率、角頻率來(lái)表示變化的速率（快慢）。正弦交流電流（或電壓）完成一次循環(huán)變化所用的時(shí)間稱為周期，用字母T表示，單位為秒（s）。顯然，正弦交流電流（或電壓）相鄰的兩個(gè)最大值（或相鄰的兩個(gè)最小值）之間

3、的時(shí)間間隔即為周期。正弦交流電流（或電壓）在單位時(shí)間內(nèi)作周期性循環(huán)變化的次數(shù)稱為頻率，用字母f表示，單位為赫茲（Hz）。根據(jù)定義，周期與頻率互為倒數(shù)。10角頻率11幅值我國(guó)工業(yè)和民用交流電源電壓的有效值為220 V，頻率為50 Hz，因而通常將這一交流電壓簡(jiǎn)稱為工頻電壓。美國(guó)工業(yè)和民用交流電源電壓的有效值也為220 V，頻率為60 Hz。12幅值如果正弦交流電流i通過(guò)電阻R在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量，與相同時(shí)間內(nèi)直流電流I通過(guò)電阻R產(chǎn)生的熱量相等，那么就把這一直流電流I的數(shù)值稱為交流電流i的有效值。正弦交流電流的有效值為：正弦交流電壓的有效值為：正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為：13初相(+)稱為正弦電流

4、的相位角，簡(jiǎn)稱相位，它能反映出正弦量變化的進(jìn)程。t=0時(shí)的相位角稱為初相位角，簡(jiǎn)稱初相位或初相。規(guī)定初相的絕對(duì)值不能超過(guò)。14初相已知某正弦交流電壓為u=311sin314t V，試求該電壓的最大值、頻率、角頻率和周期各為多少？解：由題可知，電壓的最大值為角頻率為 頻率為周期為 15相位差兩個(gè)相同頻率的正弦信號(hào)出現(xiàn)正值的時(shí)間有先有后，“步調(diào)”不完全一致，我們就認(rèn)為它們之間有相位差。相位差指兩個(gè)同頻率正弦信號(hào)的相位之差。16相位差17正弦量可以用振幅相量表示，即用正弦量的振幅值作為相量長(zhǎng)度，用初相角作為相量的幅角。18有效值相量表示法是用正弦量的有效值作為相量的長(zhǎng)度，仍用初相角作為相量的幅角。1

5、920純電阻電路是最簡(jiǎn)單的交流電路，在日常生活和工作中接觸到的白熾燈、電爐、電烙鐵等，都屬于電阻性負(fù)載，它們與交流電源連接組成純電阻電路。在純電阻電路中，電壓與電流的關(guān)系可以用瞬時(shí)值、波形圖和相量表示。21（1）瞬時(shí)值表示22（2）波形圖表示在純電阻電路中，電阻元件的電壓與電流的波形圖如圖所示。23（3）相量表示在純電阻電路中，用相量表示電壓與電流的關(guān)系為：電阻元件的電壓與電流的相量圖如圖所示。2425變壓器和電機(jī)的線圈、日光燈的整流器等都是電感線圈，當(dāng)它們的電阻值非常小，可以忽略不計(jì)時(shí)，可以認(rèn)為它們是純電感線圈。純電感線圈與交流電源連接組成純電感電路，26（1）瞬時(shí)值表示27（2）波形圖表示

6、電感對(duì)交流電流起阻礙作用的能力稱為感抗，用XL表示，單位為，其表達(dá)式為：28（3）相量表示用相量表示電壓與電流的關(guān)系為：29純電容元件是理想化的電容器，即忽略電容器的漏電現(xiàn)象，也不考慮介質(zhì)的損耗。純電容元件與交流電源連接組成純電容電路，在純電容電路中，電壓與電流的關(guān)系可以用瞬時(shí)值、波形圖和相量表示。30（1）瞬時(shí)值表示比較電壓和電流的關(guān)系式可見(jiàn)：電容兩端的電壓u和電流i也是同頻率的正弦量，電流的相位超前電壓90。31（2）波形圖表示電壓與電流在數(shù)值上滿足關(guān)系式： 32（2）波形圖表示電容對(duì)交流電流起阻礙作用的能力稱為容抗，用XC表示，單位為，其表達(dá)式為：33（3）相量表示用相量表示電壓與電流的

7、關(guān)系為：34特性名稱電阻R電感L電容C阻抗特性阻抗電阻R感抗XL = L容抗XC = 1/(C)直流特性呈現(xiàn)一定的阻礙作用通直流，阻交流（相當(dāng)于短路）通交流，隔直流（相當(dāng)于開(kāi)路）交流特性呈現(xiàn)一定的阻礙作用通低頻，阻高頻通高頻，阻低頻伏安關(guān)系大小關(guān)系UR = RIRUL = XLILUC = XCIC相位關(guān)系（電壓與電流相位差） = 0 = 90 = 90353637由電壓相量所組成的直角三角形，稱為電壓三角形。利用這個(gè)電壓三角形，可求得電源電壓的有效值。38394041由KCL定律得出電流的相量形式為：42RLC并聯(lián)電路的復(fù)導(dǎo)納為：復(fù)導(dǎo)納的模為：復(fù)導(dǎo)納的導(dǎo)納角為：4344內(nèi)容RLC串聯(lián)電路RL

8、C并聯(lián)電路等效阻抗阻抗大小阻抗角電壓或電流關(guān)系大小關(guān)系電路性質(zhì)感性電路容性電路諧振電路45負(fù)載的瞬時(shí)功率是隨時(shí)間變化的。可以看出瞬時(shí)功率有時(shí)為正，有時(shí)為負(fù)。當(dāng)負(fù)載功率為正值時(shí)，表示負(fù)載從電源吸收能量；當(dāng)負(fù)載功率為負(fù)值時(shí)，表示從負(fù)載中的儲(chǔ)能元件（如電感、電容）中釋放出能量送回電源。瞬時(shí)功率的單位為瓦特（W）。46瞬時(shí)功率的平均值稱為平均功率，也叫有功功率，它是電路能源消耗的表現(xiàn)，4748由于電路中有儲(chǔ)能元件電感和電容，它們雖不消耗功率，但與電源之間要進(jìn)行能量交換，這種能量交換的規(guī)模用無(wú)功功率Q表示，對(duì)于任意一個(gè)無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)，其無(wú)功功率可定義為：49在電路中既有電感元件又有電容元件時(shí)，無(wú)功功率相互

9、補(bǔ)償，它們?cè)陔娐穬?nèi)部先相互交換一部分能量后，不足部分再與電源進(jìn)行交換，則無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功功率為：無(wú)源二端網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功功率是電感元件的無(wú)功功率與電容元件的無(wú)功功率的代數(shù)和。QL為正值，QC為負(fù)值，Q為一代數(shù)量，可正可負(fù)，單位為乏（var）。50在交流電路中，端電壓與電流有效值的乘積稱為視在功率，用S表示，即：視在功率的單位為伏安（VA）或千伏安（kVA）。51視在功率S通常用來(lái)表示電氣設(shè)備的容量，說(shuō)明電氣設(shè)備可能轉(zhuǎn)換的最大功率。由于電源設(shè)備（如變壓器、發(fā)電機(jī)等）所發(fā)出的有功功率隨負(fù)載的功率因數(shù)變化，不是一個(gè)常數(shù)，因此電源設(shè)備通常只用視在功率表示其容量，而不是用有功功率表示。52有功功率P、無(wú)功功

10、率Q、視在功率S之間存在如下關(guān)系S，P，Q構(gòu)成一個(gè)直角三角形，稱為功率三角形。53在如圖所示的RLC串聯(lián)電路中，電阻為30 W，電感為127 mH，電容為40 F，電路兩端的電壓u=311sin314t V。試求（1）電路的阻抗值；（2）電流的有效值；（3）各元件兩端電壓的有效值；（4）電路的有功功率、無(wú)功功率、視在功率。54在如圖所示的RLC串聯(lián)電路中，電阻為30 W，電感為127 mH，電容為40 F，電路兩端的電壓u=311sin314t V。試求（1）電路的阻抗值；（2）電流的有效值；（3）各元件兩端電壓的有效值；（4）電路的有功功率、無(wú)功功率、視在功率。55在如圖所示的RLC串聯(lián)電路

11、中，電阻為30 W，電感為127 mH，電容為40 F，電路兩端的電壓u=311sin314t V。試求（1）電路的阻抗值；（2）電流的有效值；（3）各元件兩端電壓的有效值；（4）電路的有功功率、無(wú)功功率、視在功率。56在電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠發(fā)出有功功率的同時(shí)也輸出著無(wú)功功率。二者在總功率中各占多少不是取決于發(fā)電機(jī)，而是取決于負(fù)載的功率因數(shù)。負(fù)載功率因數(shù)的大小是由負(fù)載的性質(zhì)決定的。電力系統(tǒng)中的大多數(shù)負(fù)載，如異步電動(dòng)機(jī)、日光燈等都是感性負(fù)載，功率因數(shù)較低，會(huì)引起下述兩方面問(wèn)題。57提高功率因數(shù)即在不改變?cè)?fù)載工作狀態(tài)的條件下，設(shè)法減小線路電流。提高功率因數(shù)的方法很多，由于生產(chǎn)實(shí)際中大多數(shù)負(fù)載都是感

12、性的，所以往往采用在負(fù)載兩端并聯(lián)合適的電容元件補(bǔ)償?shù)姆椒ǎㄈ菪载?fù)載一般采用并聯(lián)電感補(bǔ)償）。585960提示功率表的電壓量程和電流量程根據(jù)被測(cè)負(fù)載的電壓和電流來(lái)確定，要大于被測(cè)電路的電壓、電流值。只有保證電壓線圈和電流線圈都不過(guò)載，測(cè)量的功率值才準(zhǔn)確，功率表也不會(huì)被燒壞。61下圖（a）所示為D34-W型功率表面板圖，該表有四個(gè)電壓接線柱，其中一個(gè)帶有“*”標(biāo)的接線柱為公共端，另外三個(gè)是電壓量程選擇端，有25 V，50 V，100 V量程。四個(gè)電流接線柱，沒(méi)有標(biāo)明量程，需要通過(guò)對(duì)四個(gè)接線柱的不同連接方式改變量程，即：通過(guò)活動(dòng)連接片使兩個(gè)0.25 A的電流線圈串聯(lián)，得到0.25 A的量程，如圖（b）

13、所示。通過(guò)活動(dòng)連接片使兩個(gè)0.25 A的電流線圈并聯(lián)，得到0.5 A的量程，如圖（c）所示。（a）功率表面板圖 （b）兩電流線圈串聯(lián) （c）兩電流線圈并聯(lián)62提示用功率表測(cè)量功率時(shí)，需使用四個(gè)接線柱，兩個(gè)電壓線圈接線柱和兩個(gè)電流線圈接線柱，電壓線圈要并聯(lián)接入被測(cè)電路，電流線圈要串聯(lián)接入被測(cè)電路。通常情況下，電壓線圈和電流線圈的帶有“*”標(biāo)端應(yīng)短接在一起，否則功率表除反偏外，還有可能損壞。當(dāng)根據(jù)電路參數(shù)，選擇電壓量程為50V，電流量程為0.25 A時(shí)，功率表的實(shí)際連線如圖所示。6364提示（1）功率表在使用過(guò)程中應(yīng)水平放置。（2）儀表指針如不在零位時(shí)，可利用表蓋上零位調(diào)整器調(diào)整。（3）測(cè)量時(shí)，如

14、遇儀表指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)，應(yīng)改變儀表面板上的“+”、 “”換向開(kāi)關(guān)極性，勿互換電壓接線，以免使儀表產(chǎn)生誤差。（4）功率表與其他指示儀表不同，指針偏轉(zhuǎn)大小只表明功率值，并不顯示儀表本身是否過(guò)栽，有時(shí)表針雖未達(dá)到滿度，只要U或I之一超過(guò)該表的量程就會(huì)損壞儀表。故在使用功率表時(shí)，通常需接入電壓表和電流表進(jìn)行監(jiān)控。（5）功率表所測(cè)功率值包括了其本身電流線圈的功率損耗，所以在作準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)，應(yīng)從測(cè)得的功率中減去電流線圈消耗的功率，才是所求負(fù)載消耗的功率。65（6）D34-W型、D51型功率表量程、內(nèi)阻、每格所代表的功率值見(jiàn)下表。D34-W型功率表D51型功率表電壓量程內(nèi)阻電壓量程內(nèi)阻25 V50 V100 V7

15、5 V150 V300 V600 V電流量程0.25 A0.01 W0.02 W0.04 W0.25 W0.50 W1.00 W2.00 W0.5 A0.02 W0.04 W0.08 W0.50 W1.00 W2.00 W4.00 W66Part 1Part 2Part 3Part 4項(xiàng)目相關(guān)知識(shí)項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目分析基礎(chǔ)訓(xùn)練6768序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1雙蹤示波器12低頻脈沖信號(hào)發(fā)生器13交流毫伏表0600 V14頻率計(jì)169正弦交流信號(hào)和方波脈沖信號(hào)是常用的電激勵(lì)信號(hào)，可分別由低頻信號(hào)發(fā)生器和脈沖信號(hào)發(fā)生器提供。正弦信號(hào)的波形參數(shù)是幅值Um、周期T（或頻率f ）和初相；脈沖信號(hào)的波形參數(shù)是

16、幅值Um、周期T及脈寬tk。本任務(wù)器材能提供頻率范圍為20 Hz50 kHz的正弦波及方波，并有6位LED數(shù)碼管顯示信號(hào)的頻率。正弦波的幅度值在05 V之間連續(xù)可調(diào)，方波的幅度為13.8 V可調(diào)。70電子示波器是一種信號(hào)圖形觀測(cè)儀器，可測(cè)出電信號(hào)的波形參數(shù)。從熒光屏的Y軸刻度尺并結(jié)合其量程分擋（Y軸輸入電壓靈敏度V/div分擋）選擇開(kāi)關(guān)讀得電信號(hào)的幅值；從熒光屏的X軸刻度尺并結(jié)合其量程分擋（時(shí)間掃描速度t/div分擋）選擇開(kāi)關(guān)，讀得電信號(hào)的周期、脈寬、相位差等參數(shù)。一臺(tái)雙蹤示波器可以同時(shí)觀察和測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)的波形和參數(shù)。71（1）雙蹤示波器的自檢72（2）正弦波信號(hào)的觀測(cè)73頻率計(jì)讀數(shù)所測(cè)項(xiàng)目正

17、弦波信號(hào)頻率的測(cè)定50 Hz1 500 Hz20 000 Hz示波器“t/div”旋鈕位置一個(gè)周期占有的格數(shù)信號(hào)周期（s）計(jì)算所得頻率（Hz）交流毫伏表讀數(shù)所測(cè)項(xiàng)目正弦波信號(hào)幅值的測(cè)定0.1 V1 V3 V示波器“V/div”位置峰-峰值波形格數(shù)峰-峰值計(jì)算所得有效值74（3）方波脈沖信號(hào)的觀察和測(cè)定75提示（1）示波器的輝度不要過(guò)亮。（2）調(diào)節(jié)儀器旋鈕時(shí)，動(dòng)作不要過(guò)快、過(guò)猛。（3）調(diào)節(jié)示波器時(shí)，要注意觸發(fā)開(kāi)關(guān)和電平調(diào)節(jié)旋鈕的配合使用，以使顯示的波形穩(wěn)定。（4）做定量測(cè)定時(shí)，“t/div”和“V/div”的微調(diào)旋鈕應(yīng)旋置“標(biāo)準(zhǔn)”位置。76提示（5）為防止外界干擾，信號(hào)發(fā)生器的接地端與示波器的接

18、地端要相連（稱共地）。（6）不同品牌的示波器，各旋鈕、功能的標(biāo)注不盡相同，任務(wù)實(shí)施前請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀所用示波器的說(shuō)明書(shū)。（7）任務(wù)實(shí)施前應(yīng)認(rèn)真閱讀信號(hào)發(fā)生器的使用說(shuō)明書(shū)。77787980序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1低頻信號(hào)發(fā)生器12交流毫伏表0600 V13雙蹤示波器1自備4頻率計(jì)15試驗(yàn)線路元件16電阻30 181在正弦交變信號(hào)的作用下，R，L，C電路元件在電路中的抗流作用與信號(hào)的頻率有關(guān)。R，L，C元件阻抗頻率特性的測(cè)定電路如右圖所示。圖中的r是提供測(cè)量回路電流用的標(biāo)準(zhǔn)小電阻，由于r的阻值遠(yuǎn)小于被測(cè)元件的阻抗值，因此可以認(rèn)為AB之間的電壓就是被測(cè)元件R，L或C兩端的電壓，流過(guò)被測(cè)元件的電流則可由

19、r兩端的電壓除以r得到。82838485提示（1）交流毫伏表屬于高阻抗電表，測(cè)量前必須先調(diào)零。（2）測(cè)量時(shí)，示波器的“V/div”和“t/div”的微調(diào)旋鈕應(yīng)旋置“校準(zhǔn)”位置。86878889序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量備注1單相交流電源0220 V2三相自耦調(diào)壓器3交流電壓表4交流電流表5單相功率表6萬(wàn)用表7鎮(zhèn)流器220 V/30 W8啟輝器與30 W燈管配用9日光燈管220 V/30 W10電容器1 F，2.2 F，4.7 F311電流插座若干12功率因數(shù)表113功率因數(shù)提高試驗(yàn)線路板190日光燈電路由燈管、鎮(zhèn)流器及啟輝器三部分組成。燈管在工作時(shí)可認(rèn)為是一個(gè)電阻負(fù)載R。鎮(zhèn)流器是一個(gè)交流鐵芯線圈，可

20、等效為一個(gè)電感很大的感性負(fù)載（r，L串聯(lián)）。燈亮后，啟輝器就不起作用了。因此，日光燈電路實(shí)際上是一個(gè)R，L串聯(lián)電路，等效電路如右圖所示。91當(dāng)接通220 V交流電源時(shí)，電源電壓通過(guò)鎮(zhèn)流器施加于啟輝器兩電極上，使極間氣體導(dǎo)電，可動(dòng)電極（雙金屬片）與固定電極接觸。由于兩電極接觸不再產(chǎn)生熱量，雙金屬片冷卻復(fù)原使電路突然斷開(kāi)，此時(shí)鎮(zhèn)流器產(chǎn)生一較高的自感電動(dòng)勢(shì)經(jīng)回路施加于燈管兩端，而使燈管迅速起燃，電流經(jīng)鎮(zhèn)流器、燈管而流通。燈管起燃后，兩端壓降較低，啟輝器不工作，日光燈正常工作。9293（1）按圖所示的試驗(yàn)電路接線，電源電壓取自試驗(yàn)裝置配電屏上的220 V電源端，功率因數(shù)表的接線方式與功率表相同，電流線圈串入電路中，電壓線圈并入電路（圖中未畫(huà)出）。接線完畢經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后，方可接通市電電源。94（