電工技術(shù)項(xiàng)目四課件

1、電 工 技 術(shù)項(xiàng)目四 照明電路的安裝與維護(hù)任務(wù)一RLC串聯(lián)電路任務(wù)三日光燈電路的安裝與維護(hù)任務(wù)二單相交流電路的測(cè)量 1.了解正弦交流電的產(chǎn)生及其特征； 2.掌握正弦交流電的表示方法及單相交流電路的分析方法； 3.了解交流電路中的諧振現(xiàn)象； 4.掌握交流電路中元件參數(shù)的測(cè)試方法； 5.了解日光燈的工作原理，了解白熾燈電路的安裝過程及故障特點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)項(xiàng)目四 照明電路的安裝與維護(hù)任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路 日常生活中，電路中輸送電能和傳遞電信號(hào)的電流和電壓，就其按時(shí)間變化的規(guī)律來看，可分為兩大類：一類是直流電量，如干電池組成的照明電路；另一類是交流電量，如家庭用電電路。在交流電量中，正弦交流電量應(yīng)用最

2、為典型，也最為廣泛。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路一、正弦交流電的基本概念1.交流電的概念 直流電路中所討論的電壓和電流，其大小和方向(或極性)都是不隨時(shí)間變化的，其波形如圖4-1(a)所示，但是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活中廣泛應(yīng)用的是大小和方向均隨時(shí)間作周期性變化的電壓和電流。這種大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流或電壓稱為交流電。其中，隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的交流電稱為正弦交流電，其波形如圖4-1(b)所示。隨時(shí)間不按正弦規(guī)律變化的交流電，統(tǒng)稱為非正弦交流電，圖4-1(c)所示的電壓波形就是一種非正弦交流電壓。在交流電中，最常用的是正弦交流電。如果沒有特別說明，本項(xiàng)目所說的交流電都是指正弦交流電。任務(wù)一

3、 RLC串聯(lián)電路圖4-1 直流電和交流電波形圖任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路2.正弦交流電的產(chǎn)生 正弦交流電是通過單相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，交流發(fā)電機(jī)包括兩大部分：一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞(轉(zhuǎn)子)和一對(duì)固定的磁極(定子)。電樞上繞有線圈，線圈切割磁力線便可產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，穿過閉合回路的磁通發(fā)生變化時(shí)，回路中將出現(xiàn)感應(yīng)電流。交流電的產(chǎn)生就是利用了電磁感應(yīng)的原理。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路3.描述交流電的物理量 1)周期、頻率和角頻率 如果利用線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電，那么線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈所需要的時(shí)間便是交流電的周期。也就是說，交流電完成一次周期性變化所需要的時(shí)間稱為交流電的周期。周期通常用T表示

4、，單位是秒(s)。 2)幅值 交流電在每周變化過程中出現(xiàn)的最大瞬時(shí)值稱為幅值，也稱為最大值。交流電的幅值不隨時(shí)間的變化而變化。用帶下標(biāo)“m”的大寫字母表示，如用Im、Um、Em等來表示電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的最大值。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路 3)初相位 如果利用角度來表征交流電，那么t0時(shí)刻交流電對(duì)應(yīng)的角度被稱為初相位，簡(jiǎn)稱初相。初相表示交流電的初始狀態(tài)，單位為度()或者弧度(rad)。 4)瞬時(shí)值 交流電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)在某一時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的值稱為它們的瞬時(shí)值。瞬時(shí)值隨時(shí)間的變化而變化。不同時(shí)刻，瞬時(shí)值的大小和方向均不同。交流電的瞬時(shí)值取決于它的周期、幅值和初相位。用小寫字母表示，如用i、u、e分別表

5、示瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)等。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路4.相位差 以正弦交流電壓為例，其解析式為 : 式中，t+稱為交流電的相位角，簡(jiǎn)稱相位。當(dāng)t=0時(shí)的相位稱為初相位，簡(jiǎn)稱初相，用表示。初相決定交流電的起始狀態(tài)。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路5.交流電的有效值和平均值 交流電的有效值是根據(jù)它的熱效應(yīng)確定的。交流電流i通過電阻R在一個(gè)周期內(nèi)所產(chǎn)生的熱量和直流電流I通過同一電阻R在相同時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量相等,則這個(gè)直流電流I的數(shù)值叫做交流電流i的有效值。交流電的有效值用大寫字母表示,如I、U等。1)交流電的有效值任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路2)交流電的平均值 交流電半個(gè)周期內(nèi)所有瞬時(shí)

6、值的平均值稱為交流電的平均值。理論分析表明，交流電的平均值與幅值之間的關(guān)系是：任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路二、正弦量的相量表示法 正弦交流電可用三角函數(shù)式（又稱為解析式）和波形圖表示，三角函數(shù)式是基本的表示方法，但運(yùn)算繁瑣；波形圖直觀、形象，但不準(zhǔn)確。為了便于分析計(jì)算正弦電路，常用相量（復(fù)數(shù)）法和相量圖表示法表示。后兩種方法是分析和計(jì)算交流電路常用的方法。它的優(yōu)點(diǎn)是：第一，把幾個(gè)同頻率的正弦量畫在同一相量圖上，可直觀快捷地解決一些特殊的交流電路分析問題；第二，復(fù)數(shù)運(yùn)算法準(zhǔn)確地解決了復(fù)雜交流電路的計(jì)算問題。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路圖4-6 旋轉(zhuǎn)矢量表示正弦量任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路1.相量 相量的本質(zhì)是復(fù)

7、數(shù)，用相量表示正弦量的基礎(chǔ)就是用復(fù)數(shù)表示正弦量。設(shè)有一正弦電壓u=Umsin(t+)，其波形如圖4-6所示，左邊是一旋轉(zhuǎn)有向線段A，在直角坐標(biāo)系中，有向線段的長(zhǎng)度代表正弦量的幅值Um，它的初始位置（t0時(shí)的位置）與橫軸正方向的夾角等于正弦量的初相位，并且以正弦量的角頻率作逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)?？梢?，這一旋轉(zhuǎn)有向線段具有正弦量的三個(gè)特征，故可用來表示正弦量。正弦量在某時(shí)刻的瞬時(shí)值就是由這個(gè)旋轉(zhuǎn)有向線段于該瞬時(shí)在縱軸上的投影表示出來。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路2.相量圖 根據(jù)各個(gè)正弦量的大小和相位關(guān)系用初始位置的有向線段畫出的若干個(gè)相量的圖形，稱為相量圖。實(shí)際應(yīng)用中可不畫坐標(biāo)軸，參考相

8、量畫在水平方向。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路三、電阻元件的交流電路 在交流電路中，電阻、電容、電感是實(shí)際中使用最廣泛的三種負(fù)載元件，電阻是耗能元件，電容、電感是儲(chǔ)能元件。在分析和計(jì)算交流電路時(shí)，首先討論最簡(jiǎn)單的交流電路，即只有電阻、電感或電容組成的單一參數(shù)電路。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路1.電阻元件上電壓與電流的關(guān)系 圖4-8(a)所示是一個(gè)線性電阻元件的交流電路。電壓和電流的正方向如圖所示，兩者關(guān)系由歐姆定律確定，即u=iR。 可以看出電壓u也是一個(gè)同頻率的正弦量。所以，在電阻元件的交流電路中，電流和電壓是同相的(相位差00)，二者的正弦波形如圖4-8 (b)所示。 此即歐姆定律的相量表示式，電壓和電

9、流的相量如圖4-8(c)所示。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路圖4-8 電阻元件交流電路任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路2.電阻元件的功率 知道了電壓和電流的變化規(guī)律和相互關(guān)系后，便可找出電路中的功率。在任意瞬間，電壓瞬時(shí)值u與電流瞬時(shí)值i的乘積稱為瞬時(shí)功率，用小寫字母p表示，即：任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路四、電感元件的交流電路 在直流電路中，電感元件可視為短路，電容元件則可視為開路。而在交流電路中，由于電壓、電流隨時(shí)間變化，在電感元件中磁場(chǎng)不斷變化，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)；在電容極板間的電壓不斷變化，引起電荷在與電容極板相連的導(dǎo)線中移動(dòng)形成電流。下面分別討論電感與電容在交流電路中各自的電特性。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路1.電感

10、元件上電壓與電流的關(guān)系 假設(shè)線圈只有電感L，而電阻R可以忽略不計(jì)，稱之為純電感，今后所說的電感如無特殊說明就是指純電感。當(dāng)電感線圈中通過交流電流i時(shí)，其中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)eL，設(shè)電流i、電動(dòng)勢(shì)eL和電壓u的正方向如圖4-9（a)所示。根據(jù)基爾霍夫電壓定律得出任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路圖4-9 電感元件交流電路任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路 即u和i也是一個(gè)同頻率的正弦量。表示電壓u和電流i的正弦波形如圖4-9(b)所示。 比較以上u，i兩式可知，在電感元件電路中，電流在相位上比電壓滯后90，且電壓與電流的有效值符合下式。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路 相量式也表示了電壓與電流的有效值關(guān)系以及相位關(guān)系，即電壓與電流的

11、有效值符合歐姆定律（U=IXL），相位上電壓超前電流90。因電流相量i乘上j后即向前旋轉(zhuǎn)90，所以稱jXL為復(fù)感抗。電壓和電流的相量圖如圖4-9(c)所示。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路2.電感元件的功率與儲(chǔ)能 知道了電壓u和電流i的變化規(guī)律和相互關(guān)系后，便可找出瞬時(shí)功率的變化規(guī)律，即：任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路五、電容元件的交流電路1.電容元件上電流與電壓關(guān)系任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路2.交流電路中電容元件上的功率任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路六、RLC串聯(lián)交流電路1.RLC串聯(lián)交流電路中電流與電壓的關(guān)系 電阻、電感與電容元件串聯(lián)的交流電路如圖4-12（a)所示，注意在電路中的各元件通過同一電流i。圖4-12 RL

12、C串聯(lián)的交流電路任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路根據(jù)基爾霍夫電壓定律可列出：任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路2.電流電壓關(guān)系與電壓三角形、阻抗與阻抗三角形 因?yàn)殡娐分懈髟想娏飨嗤?，故以電流為參考相量，作出電路的電流與電壓相量圖，如圖4-12（c)所示。在相量圖上，各元件電壓uR,uL,uC的相量R、L、C相加即可得出電源電壓u的相量，由于電壓相量、R及(L+ C)組成了一個(gè)直角三角形，故稱這個(gè)三角形為電壓三角形。利用電壓三角形，便可求出電源電壓的有效值，即任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路3.電路的性質(zhì) （1）如果XLXC，則在相位上電流i比電壓u滯后，0，這種電路是電感性的，簡(jiǎn)稱為感性電路。 （2） 如果XLXC，則在

13、相位上電流i比電壓u超前,0，這種電路是電容性的，簡(jiǎn)稱為容性電路。 （3） 當(dāng)XL=XC，即=0時(shí)，則電流i與電壓u同相，這種電路是電阻性的，稱之為諧振電路。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路七、阻抗的串聯(lián)與并聯(lián)1.阻抗的串聯(lián) 由前面討論可知，如果 R、L、C 串聯(lián)，則如圖4-14所示，其電路等效復(fù)阻抗為 Z=R+jXL+(jXC) 即R、L、C串聯(lián)電路的等效復(fù)阻抗為各元件的復(fù)阻抗之和。 圖4-15（a）所示為兩復(fù)阻抗串聯(lián)電路，則由基爾霍夫電壓定律可得任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路圖4-14 RLC串聯(lián)電路的復(fù)阻抗任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路2.阻抗的并聯(lián)任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路圖4-16 阻抗的并聯(lián)任務(wù)一 RLC串聯(lián)電

14、路八、功率因數(shù)的提高1.正弦交流電路的功率4321視在功率無功功率有功功率和功率因數(shù)瞬時(shí)功率任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路2.功率因數(shù) 由前面內(nèi)容分析可知，R、L、C混合電路中負(fù)載取用的功率不僅與發(fā)電機(jī)的輸出電壓及輸出電流的有效值的乘積有關(guān)，而且還與電路(負(fù)載)的參數(shù)有關(guān)。電路所具有的參數(shù)不同，電壓與電流之間的相位差也就不同，在同樣的電壓U和電流I下，電路的有功功率和無功功率也就不同。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路3.功率因數(shù)提高的方法圖4-21 功率因數(shù)的提高任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路九、電路的諧振1.RLC串聯(lián)諧振的條件與諧振頻率 圖4-22所示的RLC串聯(lián)電路中,當(dāng)XL=XC時(shí)，Z=R+jXL+(jXC)=

15、R，電路呈純電阻性，此時(shí)，電流i與電壓u同相，稱電路發(fā)生了串聯(lián)諧振。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路圖4-22 RLC串聯(lián)諧振電路與相量圖任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路九、電路的諧振2.電感與電容并聯(lián)諧振 把一個(gè)電感線圈和一個(gè)電容器并聯(lián)起來組成一個(gè)電路，當(dāng)該電路的復(fù)阻抗為純電阻性時(shí)，稱該電路發(fā)生了并聯(lián)諧振。這是一種常見的、應(yīng)用非常廣泛的諧振電路，如圖4-26所示。任務(wù)一 RLC串聯(lián)電路任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量一、常用電工儀表及使用方法（一）電工測(cè)量?jī)x表的分類 4.其他電工儀表2.數(shù)字式儀表3.比較儀表1.指示儀表任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量（二）常用電工儀表的符號(hào)及型號(hào)1.常用電工儀表的符號(hào) 在實(shí)踐中選用或使用

16、電工儀表時(shí)，首先會(huì)看到在儀表的表盤上及外殼上有各種符號(hào)。這些符號(hào)表明了電工儀表的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、準(zhǔn)確度、工作條件等。常用電工儀表的符號(hào)見表4-6。任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量2.電工儀表的型號(hào) 電工儀表的產(chǎn)品型號(hào)可以反映出儀表的用途和原理。電工儀表的產(chǎn)品型號(hào)，是按主管部門制定的電工儀表型號(hào)編制法，經(jīng)生產(chǎn)單位申請(qǐng)，并由主管部門登記頒發(fā)的。對(duì)安裝式和可攜式指示儀表的型號(hào)，規(guī)定有不同的編號(hào)規(guī)則。 安裝式指示儀表型號(hào)的組成如圖4-30所示。任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量圖4-30 安裝式指示儀表型號(hào)組成任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量（三）電工儀表的工作原理1.電工儀表的組成 常用電工儀表主要由外殼、有標(biāo)度尺和有關(guān)

17、符號(hào)的面板、測(cè)量線路、表頭、電磁系統(tǒng)、指針、阻尼器、轉(zhuǎn)軸、軸承、游絲、零位調(diào)整器等組成。任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量2.電工儀表的工作原理 磁電式儀表的原理結(jié)構(gòu)如圖4-31所示，它的永久磁鐵置于可動(dòng)線圈外面，由永久磁鐵、極靴和圓柱形鐵心組成儀表的固定部分；繞在鋁框上的線圈、線圈兩端的軸、指針、平衡重物、游絲等組成儀表的可動(dòng)部分，整個(gè)可動(dòng)部分被支承在軸承上?？蓜?dòng)線圈位于永久磁鐵磁場(chǎng)中，當(dāng)被測(cè)電流通過線圈時(shí)，線圈受到磁場(chǎng)力的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，指針偏轉(zhuǎn)時(shí)又帶動(dòng)游絲運(yùn)動(dòng)而發(fā)生彈性形變。當(dāng)線圈偏轉(zhuǎn)的電磁力矩與游絲形變的反作用力矩相平衡時(shí)，指針便停留在相應(yīng)位置，并在面板刻度尺上指

18、出被測(cè)數(shù)據(jù)。任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量圖4-31 磁電式儀表的原理結(jié)構(gòu)任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量 電磁式儀表的原理結(jié)構(gòu)如圖4-32所示，在固定線圈內(nèi)裝著固定鐵片和可動(dòng)鐵片，可動(dòng)鐵片與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在一起，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上固定有指針、游絲與零位調(diào)整裝置。當(dāng)線圈內(nèi)有被測(cè)電流通過時(shí)，線圈電流的磁場(chǎng)使兩塊鐵片同時(shí)磁化，且獲得相同極性而互相排斥。靜鐵片推動(dòng)動(dòng)鐵片運(yùn)動(dòng)，動(dòng)鐵片通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，被測(cè)電流越大，指針偏轉(zhuǎn)角也越大，當(dāng)電磁偏轉(zhuǎn)力矩與游絲形變的反作用力矩平衡時(shí)，指針停轉(zhuǎn)，在面板上指出所測(cè)數(shù)值。任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量圖4-32 電磁式儀表的原理結(jié)構(gòu)任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量（四）電工儀表的測(cè)量誤差及消除

19、1.電工指示儀表的選擇（1）要考慮工作條件 （2）要正確選擇儀表的量限 （3）儀表經(jīng)長(zhǎng)期工作后，其準(zhǔn)確度會(huì)發(fā)生變化，因此，要根據(jù)電氣計(jì)量部門的規(guī)定，定期進(jìn)行校驗(yàn)和維修。任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量2.測(cè)量誤差及其消除方法 3）疏失誤差 2）偶然誤差 1）系統(tǒng)誤差I(lǐng)任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量二、常用電參數(shù)的測(cè)量1.電流的測(cè)量2.電壓的測(cè)量3.功率的測(cè)量任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量三、單相調(diào)壓器的使用方法 實(shí)驗(yàn)室中常用的調(diào)壓器就是一種可改變二次繞組匝數(shù)的特殊自耦變壓器，它可以均勻地改變輸出電壓。圖4-40所示就是單相自耦變壓器(又稱為單相調(diào)壓器)的外形和電路原理圖。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：二次繞組是一次繞組的一部分，而且一、二次繞組不僅有磁的耦合，還有電的聯(lián)系。實(shí)際使用中，除了單相自耦變壓器之外，還有三相自耦變壓器。任務(wù)二 單相交流電路的測(cè)量圖4-40 單相自耦變壓器的外形和電路原理圖任務(wù)三 日光燈電路的安裝