電工技術項目四課件

1、電 工 技 術項目四 照明電路的安裝與維護任務一RLC串聯電路任務三日光燈電路的安裝與維護任務二單相交流電路的測量 1.了解正弦交流電的產生及其特征； 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象； 4.掌握交流電路中元件參數的測試方法； 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。學習目標項目四 照明電路的安裝與維護任務一 RLC串聯電路 日常生活中，電路中輸送電能和傳遞電信號的電流和電壓，就其按時間變化的規(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，正弦交流電量應用最

2、為典型，也最為廣泛。任務一 RLC串聯電路一、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)都是不隨時間變化的，其波形如圖4-1(a)所示，但是在工農業(yè)生產、日常生活中廣泛應用的是大小和方向均隨時間作周期性變化的電壓和電流。這種大小和方向隨時間作周期性變化的電流或電壓稱為交流電。其中，隨時間按正弦規(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，本項目所說的交流電都是指正弦交流電。任務一

3、 RLC串聯電路圖4-1 直流電和交流電波形圖任務一 RLC串聯電路2.正弦交流電的產生 正弦交流電是通過單相交流發(fā)電機產生的，交流發(fā)電機包括兩大部分：一個可以自由轉動的電樞(轉子)和一對固定的磁極(定子)。電樞上繞有線圈，線圈切割磁力線便可產生感應電動勢。電磁感應現象中，穿過閉合回路的磁通發(fā)生變化時，回路中將出現感應電流。交流電的產生就是利用了電磁感應的原理。任務一 RLC串聯電路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磁場中轉動產生交流電，那么線圈轉動一圈所需要的時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的最大瞬時值稱為幅值，也稱為最大值。交流電的幅值不隨時間的變化而變化。用帶下標“m”的大寫字母表示，如用Im、Um、Em等來表示電流、電壓、電動勢的最大值。任務一 RLC串聯電路 3)初相位 如果利用角度來表征交流電，那么t0時刻交流電對應的角度被稱為初相位，簡稱初相。初相表示交流電的初始狀態(tài)，單位為度()或者弧度(rad)。 4)瞬時值 交流電流、電壓、電動勢在某一時刻所對應的值稱為它們的瞬時值。瞬時值隨時間的變化而變化。不同時刻，瞬時值的大小和方向均不同。交流電的瞬時值取決于它的周期、幅值和初相位。用小寫字母表示，如用i、u、e分別表

5、示瞬時電流、瞬時電壓、瞬時電動勢等。任務一 RLC串聯電路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，簡稱相位。當t=0時的相位稱為初相位，簡稱初相，用表示。初相決定交流電的起始狀態(tài)。任務一 RLC串聯電路5.交流電的有效值和平均值 交流電的有效值是根據它的熱效應確定的。交流電流i通過電阻R在一個周期內所產生的熱量和直流電流I通過同一電阻R在相同時間內所產生的熱量相等,則這個直流電流I的數值叫做交流電流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一 RLC串聯電路任務一 RLC串聯電路2)交流電的平均值 交流電半個周期內所有瞬時

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系是：任務一 RLC串聯電路二、正弦量的相量表示法 正弦交流電可用三角函數式（又稱為解析式）和波形圖表示，三角函數式是基本的表示方法，但運算繁瑣；波形圖直觀、形象，但不準確。為了便于分析計算正弦電路，常用相量（復數）法和相量圖表示法表示。后兩種方法是分析和計算交流電路常用的方法。它的優(yōu)點是：第一，把幾個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，復數運算法準確地解決了復雜交流電路的計算問題。任務一 RLC串聯電路圖4-6 旋轉矢量表示正弦量任務一 RLC串聯電路1.相量 相量的本質是復

7、數，用相量表示正弦量的基礎就是用復數表示正弦量。設有一正弦電壓u=Umsin(t+)，其波形如圖4-6所示，左邊是一旋轉有向線段A，在直角坐標系中，有向線段的長度代表正弦量的幅值Um，它的初始位置（t0時的位置）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針方向旋轉?？梢?，這一旋轉有向線段具有正弦量的三個特征，故可用來表示正弦量。正弦量在某時刻的瞬時值就是由這個旋轉有向線段于該瞬時在縱軸上的投影表示出來。任務一 RLC串聯電路任務一 RLC串聯電路2.相量圖 根據各個正弦量的大小和相位關系用初始位置的有向線段畫出的若干個相量的圖形，稱為相量圖。實際應用中可不畫坐標軸，參考相

8、量畫在水平方向。任務一 RLC串聯電路三、電阻元件的交流電路 在交流電路中，電阻、電容、電感是實際中使用最廣泛的三種負載元件，電阻是耗能元件，電容、電感是儲能元件。在分析和計算交流電路時，首先討論最簡單的交流電路，即只有電阻、電感或電容組成的單一參數電路。任務一 RLC串聯電路1.電阻元件上電壓與電流的關系 圖4-8(a)所示是一個線性電阻元件的交流電路。電壓和電流的正方向如圖所示，兩者關系由歐姆定律確定，即u=iR。 可以看出電壓u也是一個同頻率的正弦量。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。任務一 RLC串聯電路圖4-8 電阻元件交流電路任務一 RLC串聯電路2.電阻元件的功率 知道了電壓和電流的變化規(guī)律和相互關系后，便可找出電路中的功率。在任意瞬間，電壓瞬時值u與電流瞬時值i的乘積稱為瞬時功率，用小寫字母p表示，即：任務一 RLC串聯電路四、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、電流隨時間變化，在電感元件中磁場不斷變化，產生感生電動勢；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線中移動形成電流。下面分別討論電感與電容在交流電路中各自的電特性。任務一 RLC串聯電路1.電感

10、元件上電壓與電流的關系 假設線圈只有電感L，而電阻R可以忽略不計，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。當電感線圈中通過交流電流i時，其中產生自感電動勢eL，設電流i、電動勢eL和電壓u的正方向如圖4-9（a)所示。根據基爾霍夫電壓定律得出任務一 RLC串聯電路圖4-9 電感元件交流電路任務一 RLC串聯電路 即u和i也是一個同頻率的正弦量。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。任務一 RLC串聯電路 相量式也表示了電壓與電流的有效值關系以及相位關系，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90，所以稱jXL為復感抗。電壓和電流的相量圖如圖4-9(c)所示。任務一 RLC串聯電路2.電感元件的功率與儲能 知道了電壓u和電流i的變化規(guī)律和相互關系后，便可找出瞬時功率的變化規(guī)律，即：任務一 RLC串聯電路五、電容元件的交流電路1.電容元件上電流與電壓關系任務一 RLC串聯電路2.交流電路中電容元件上的功率任務一 RLC串聯電路六、RLC串聯交流電路1.RLC串聯交流電路中電流與電壓的關系 電阻、電感與電容元件串聯的交流電路如圖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串聯的交流電路任務一 RLC串聯電路根據基爾霍夫電壓定律可列出：任務一 RLC串聯電路2.電流電壓關系與電壓三角形、阻抗與阻抗三角形 因為電路中各元件上電流相同，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)組成了一個直角三角形，故稱這個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，即任務一 RLC串聯電路3.電路的性質 （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，簡稱為容性電路。 （3） 當XL=XC，即=0時，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。任務一 RLC串聯電路七、阻抗的串聯與并聯1.阻抗的串聯 由前面討論可知，如果 R、L、C 串聯，則如圖4-14所示，其電路等效復阻抗為 Z=R+jXL+(jXC) 即R、L、C串聯電路的等效復阻抗為各元件的復阻抗之和。 圖4-15（a）所示為兩復阻抗串聯電路，則由基爾霍夫電壓定律可得任務一 RLC串聯電路圖4-14 RLC串聯電路的復阻抗任務一 RLC串聯電路2.阻抗的并聯任務一 RLC串聯電路圖4-16 阻抗的并聯任務一 RLC串聯電

14、路八、功率因數的提高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瞬時功率任務一 RLC串聯電路2.功率因數 由前面內容分析可知，R、L、C混合電路中負載取用的功率不僅與發(fā)電機的輸出電壓及輸出電流的有效值的乘積有關，而且還與電路(負載)的參數有關。電路所具有的參數不同，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。任務一 RLC串聯電路3.功率因數提高的方法圖4-21 功率因數的提高任務一 RLC串聯電路九、電路的諧振1.RLC串聯諧振的條件與諧振頻率 圖4-22所示的RLC串聯電路中,當XL=XC時，Z=R+jXL+(jXC)=

15、R，電路呈純電阻性，此時，電流i與電壓u同相，稱電路發(fā)生了串聯諧振。任務一 RLC串聯電路圖4-22 RLC串聯諧振電路與相量圖任務一 RLC串聯電路九、電路的諧振2.電感與電容并聯諧振 把一個電感線圈和一個電容器并聯起來組成一個電路，當該電路的復阻抗為純電阻性時，稱該電路發(fā)生了并聯諧振。這是一種常見的、應用非常廣泛的諧振電路，如圖4-26所示。任務一 RLC串聯電路任務二 單相交流電路的測量一、常用電工儀表及使用方法（一）電工測量儀表的分類 4.其他電工儀表2.數字式儀表3.比較儀表1.指示儀表任務二 單相交流電路的測量（二）常用電工儀表的符號及型號1.常用電工儀表的符號 在實踐中選用或使用

16、電工儀表時，首先會看到在儀表的表盤上及外殼上有各種符號。這些符號表明了電工儀表的基本結構特點、準確度、工作條件等。常用電工儀表的符號見表4-6。任務二 單相交流電路的測量2.電工儀表的型號 電工儀表的產品型號可以反映出儀表的用途和原理。電工儀表的產品型號，是按主管部門制定的電工儀表型號編制法，經生產單位申請，并由主管部門登記頒發(fā)的。對安裝式和可攜式指示儀表的型號，規(guī)定有不同的編號規(guī)則。 安裝式指示儀表型號的組成如圖4-30所示。任務二 單相交流電路的測量圖4-30 安裝式指示儀表型號組成任務二 單相交流電路的測量（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、有標度尺和有關

17、符號的面板、測量線路、表頭、電磁系統(tǒng)、指針、阻尼器、轉軸、軸承、游絲、零位調整器等組成。任務二 單相交流電路的測量2.電工儀表的工作原理 磁電式儀表的原理結構如圖4-31所示，它的永久磁鐵置于可動線圈外面，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部分，整個可動部分被支承在軸承上?？蓜泳€圈位于永久磁鐵磁場中，當被測電流通過線圈時，線圈受到磁場力的作用產生電磁轉矩而繞中心軸轉動，帶動指針偏轉，指針偏轉時又帶動游絲運動而發(fā)生彈性形變。當線圈偏轉的電磁力矩與游絲形變的反作用力矩相平衡時，指針便停留在相應位置，并在面板刻度尺上指

18、出被測數據。任務二 單相交流電路的測量圖4-31 磁電式儀表的原理結構任務二 單相交流電路的測量 電磁式儀表的原理結構如圖4-32所示，在固定線圈內裝著固定鐵片和可動鐵片，可動鐵片與轉動軸固定在一起，轉動軸上固定有指針、游絲與零位調整裝置。當線圈內有被測電流通過時，線圈電流的磁場使兩塊鐵片同時磁化，且獲得相同極性而互相排斥。靜鐵片推動動鐵片運動，動鐵片通過傳動軸帶動指針偏轉，被測電流越大，指針偏轉角也越大，當電磁偏轉力矩與游絲形變的反作用力矩平衡時，指針停轉，在面板上指出所測數值。任務二 單相交流電路的測量圖4-32 電磁式儀表的原理結構任務二 單相交流電路的測量（四）電工儀表的測量誤差及消除

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）儀表經長期工作后，其準確度會發(fā)生變化，因此，要根據電氣計量部門的規(guī)定，定期進行校驗和維修。任務二 單相交流電路的測量2.測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任務二 單相交流電路的測量二、常用電參數的測量1.電流的測量2.電壓的測量3.功率的測量任務二 單相交流電路的測量三、單相調壓器的使用方法 實驗室中常用的調壓器就是一種可改變二次繞組匝數的特殊自耦變壓器，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(又稱為單相調壓器)的外形和電路原理圖。它的結構特點是：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，還有電的聯系。實際使用中，除了單相自耦變壓器之外，還有三相自耦變壓器。任務二 單相交流電路的測量圖4-40 單相自耦變壓器的外形和電路原理圖任務三 日光燈電路的安裝