項(xiàng)目三單相交流電路課件

知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：任務(wù)一正弦交流電路的基本知識(shí)1.正弦交流電的瞬時(shí)值、最大值與有效值2.正弦交流電的周期、頻率和角頻率3.正弦交流電的初相角與相位差4.正弦交流電的相量表示法1.會(huì)使用信號(hào)發(fā)生器和示波器。2.認(rèn)識(shí)正弦交流電的四種表示形式及其相互轉(zhuǎn)換。3.會(huì)畫(huà)相量圖及作相量圖求相量的加減。知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：任務(wù)一正弦交流電路的基本知識(shí)1任務(wù)展示

我們教室里的照明電路使用的是正弦交流電源，用萬(wàn)用表測(cè)量的是正弦交流電的什么值呢？用示波器觀察到的單相正弦交流電的波形如圖3-1所示，這樣的電壓信號(hào)有哪些特點(diǎn)？怎樣表示？又如何描述？在工程上有沒(méi)有比波形圖更好的表示方法？圖3-1單相正弦交流電壓、電流波形

在前面討論的直流電路中，電動(dòng)勢(shì)、電流及電壓的大小和方向都不隨時(shí)間變化，這種恒定的電量稱為直流電。而交流電的電動(dòng)勢(shì)、電壓及電流的大小和方向都隨時(shí)間周期性變化。在實(shí)際生產(chǎn)和日常生活中廣泛使用的都是交流電。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。電動(dòng)勢(shì)、電壓及電流等的大小和方向都隨時(shí)間按正弦規(guī)律作周期性變化的物理量統(tǒng)稱為正弦量。本任務(wù)就是探究正弦交流電的變化規(guī)律，找到它的特征要素和表示方法。任務(wù)分析任務(wù)展示我們教室里的照明電路使用的是正弦交流實(shí)訓(xùn)5觀察單相正弦交流電的波形器材 1.雙蹤示波器1臺(tái)2.信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)目的 1.學(xué)會(huì)使用示波器，熟悉信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的單相正弦交流電信號(hào)，了解正弦交流電波形的特點(diǎn)2.會(huì)使用示波器測(cè)量單相正弦交流電，會(huì)看波形并求出正弦交流電的最大值（有效值）、頻率（周期）及初相角一、學(xué)習(xí)示波器的使用1.注意觀察示波器和信號(hào)發(fā)生器面板上各旋鈕的位置，給示波器和信號(hào)發(fā)生器接上電源2.調(diào)試示波器使屏幕出現(xiàn)機(jī)內(nèi)信號(hào)，即一個(gè)方波波形，體會(huì)調(diào)試幅度、頻率的變化,觀察峰-峰值和周期，并學(xué)會(huì)通過(guò)觀察波形,計(jì)算峰-峰值和周期的方法3.將信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)端與示波器的輸入信號(hào)端連接調(diào)試信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)使之成為頻率為50Hz、幅值為12V的正弦波4.調(diào)試使示波器的屏幕出現(xiàn)三個(gè)周期的信號(hào)波形

實(shí)訓(xùn)過(guò)程任務(wù)實(shí)施實(shí)訓(xùn)5觀察單相正弦交流電的波形器材 1.雙蹤示波器1二、觀察單相正弦交流電的波形1.用示波器觀察單相正弦交流電壓波形，畫(huà)出波形圖，在圖中標(biāo)出幅值、頻率2.求出其最大值（有效值）、頻率（周期）及初相角一、正弦交流電的三要素1.正弦交流電的瞬時(shí)值、最大值和有效值(1)瞬時(shí)值如圖3-1所示，正弦量在任一瞬間的值稱為瞬時(shí)值，用小寫(xiě)字母表示，如電流。i電壓u和電動(dòng)勢(shì)e圖3-1單相正弦交流電壓、電流波形

相關(guān)知識(shí)二、觀察單相正弦交流電的波形1.用示波器觀察單相正弦交流電(2)最大值(3)有效值

有效值的確定是根據(jù)交流電流和直流電流熱效應(yīng)相等的原則來(lái)規(guī)定的。假定在同一電阻上，在相等的時(shí)間內(nèi)分別通以正弦交流電流i和直流電流I，如果它們產(chǎn)生的總熱量相等，則這兩個(gè)電流量是等效的，則稱該直流電流I是該交流電流的有效值。理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)證明，正弦交流電壓的有效值為：

(3-1)(2)最大值(3)有效值有效值的確定是根據(jù)正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為：

(3-2)正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為：(3-3)一般所講的正弦交流電壓或電流的大小，如交流電壓380V，都是指它的有效值。在交流電路中，用交流電壓表、電流表測(cè)得的數(shù)據(jù)以及電器銘牌上的標(biāo)注值均為有效值。2.周期、頻率和角頻率(1)周期正弦量變化一次所需的時(shí)間稱為周期T,單位是秒（s）。正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為：(3-2)正弦交流電動(dòng)勢(shì)的(2)頻率指單位時(shí)間內(nèi)正弦量變化的循環(huán)次數(shù)，用f表示，單位是赫茲(Hz)。頻率是周期的倒數(shù)，即(3-4)我國(guó)和大多數(shù)國(guó)家都采用50Hz作為電力標(biāo)準(zhǔn)頻率，有的國(guó)家（如日本、美國(guó)等）采用60Hz。在不同的應(yīng)用場(chǎng)合也使用著不同的頻率，如音頻是20Hz～20kHz，航空工業(yè)用的交流電是400Hz，無(wú)線電廣播的中波段頻率是535～1650kHz等。(3)角頻率表示正弦量在1s內(nèi)所變化的電角度，單位是弧度/秒（rad/s）。因?yàn)橐恢芷趦?nèi)正弦信號(hào)經(jīng)歷了2弧度，所以角頻率為:(3-5)(2)頻率指單位時(shí)間內(nèi)正弦量變化的循環(huán)次數(shù)，用f表示，單位是我國(guó)工業(yè)和民用交流電源電壓的有效值為220V，頻率為50Hz，因而通常將這一交流電壓簡(jiǎn)稱為工頻電壓，頻率稱為工頻。3.相位、初相角和相位差(1)相位例如：稱為正弦量的相位角或相位，它反映出正弦量變化的過(guò)程。,（2）初相位當(dāng)時(shí)的相位角稱為初相位角或初相位，用表示。（3）相位差兩個(gè)同頻率正弦量的相位角之差，稱為相位差，用表示（與時(shí)間t無(wú)關(guān)）。設(shè),，則這兩個(gè)正弦量的相位差為：我國(guó)工業(yè)和民用交流電源電壓的有效值為220V，頻率為50H=(3-6)并規(guī)定用絕對(duì)值小于180°（或）的角度（或弧度）表示。當(dāng)＞0時(shí)，超前于，或滯后于，如圖3-2a所示。當(dāng)＝時(shí)，與為正交，如圖3-2b所示。當(dāng)＝0時(shí)，與為同相，如圖3-2c所示。當(dāng)＝時(shí)，與為反相，如圖3-2d所示。圖3-2相位關(guān)系波形圖=(3-6)并規(guī)定用絕對(duì)值小于180°（或）的角度（或弧度二、正弦交流電的表示方法1.波形表示法如圖3-1所示。2.函數(shù)表示法3.相量表示法（旋轉(zhuǎn)矢量法）設(shè)一正弦量，波形如圖3-3b所示，圖3-3a是以直角坐標(biāo)系的O為原點(diǎn)，取有向線段OA的長(zhǎng)度等于正弦量的最大值，它的初始位置與X軸正方向的夾角等于正弦量的初相角，并且以角頻率ω作逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。二、正弦交流電的表示方法1.波形表示法如圖3-1所示。2.由于這一旋轉(zhuǎn)的有向線段具有正弦量的三要素，故可用來(lái)表示正弦量。正弦量用有向線段表示，而有向線段又可以用復(fù)數(shù)表示，所以正弦量可用復(fù)數(shù)表示，用復(fù)數(shù)來(lái)表示的正弦量稱為相量，為了和一般的復(fù)數(shù)相區(qū)別，規(guī)定正弦量相量用上方加“?”的大寫(xiě)字母來(lái)表示。如：正弦交流電用相量表示后，正弦交流電路的分析和計(jì)算就可以用復(fù)數(shù)來(lái)進(jìn)行，直流電路中介紹過(guò)的分析方法、基本定律就可以全部應(yīng)用到正弦交流電路中，這種方法就是相量法。a）矢量圖b）波形圖圖3-3正弦交流電的矢量圖和波形圖由于這一旋轉(zhuǎn)的有向線段具有正弦量的三要素，故可用來(lái)表示正弦4.相量圖及相量的加、減(1)作相量圖作出V的相量圖如圖3-4所示。圖3-4相量圖圖3-5相量的加、減(2)相量的加、減兩相量相加減時(shí)，作出相量圖，用平行四邊形法則進(jìn)行相量合成。4.相量圖及相量的加、減(1)作相量圖作出V的相量圖如例3-1已知：V，V，求，并寫(xiě)出瞬時(shí)值和表達(dá)式。解：作出相量圖如圖3-5所示。由相量表達(dá)式得到瞬時(shí)值：做一做例3-1已知：V，V，求，并寫(xiě)出瞬時(shí)值和表達(dá)式。解任務(wù)二正弦交流純電阻、純電感、純電容電路知識(shí)點(diǎn)：1.純電阻電路電壓和電流的關(guān)系及其功率2.純電感電路電壓和電流的關(guān)系及其功率3.純電容電路電壓和電流的關(guān)系及其功率技能點(diǎn)：1.會(huì)計(jì)算純電阻電路、純電感電路和純電容電路中電壓、電流和功率2.會(huì)繪畫(huà)純電阻電路、純電感電路和純電容電路電壓、電流的相量圖任務(wù)二正弦交流純電阻、純電感、純電容電路知識(shí)點(diǎn)：1.任務(wù)展示：日常生活中常見(jiàn)的白熾燈、電爐、電烙鐵為什么消耗電能？日光燈為什么在開(kāi)關(guān)閉合后幾秒鐘燈管才亮？手機(jī)充電器在拔下的瞬間為什么電源指示燈并不是馬上熄滅？這些負(fù)載都有什么特點(diǎn)呢？任務(wù)分析：白熾燈、電爐、電烙鐵等元件是耗能元件，它們消耗電能主要轉(zhuǎn)化成光能和熱能。日光燈在開(kāi)關(guān)閉合后幾秒鐘燈管才亮，這是因?yàn)槿展鉄綦娐分邪ㄒ粋€(gè)由多匝線圈繞制而成的鎮(zhèn)流器，日光燈的啟動(dòng)過(guò)程正是利用了鎮(zhèn)流器線圈的特性。拔下充電器的瞬間電源指示燈沒(méi)有馬上熄滅，是因?yàn)槭謾C(jī)充電器電路中含有電容這種蓄能元件。任務(wù)展示：日常生活中常見(jiàn)的白熾燈、電爐、電在分析交流電路時(shí)，通常把各種實(shí)際的負(fù)載看成是電阻R、電感L、電容C三類理想的單一參數(shù)元件的不同組合。若正弦交流電源的負(fù)載只包含其中的一種元件，就把這種線性的單一參數(shù)電路稱為純電路。純電路有純電阻電路、純電感電路和純電容電路三種。本任務(wù)就是探究三種純電路的電壓、電流和功率的關(guān)系及各種功率的計(jì)算。相關(guān)知識(shí)：一、純電阻電路交流電路中若含有的元件只考慮其電阻性而不須考慮其電磁性，這類電路叫純電阻電路，如含有白熾燈、電爐、電烙鐵等的電路。純電阻電路如圖3-6所示。圖3－6純電阻電路在分析交流電路時(shí)，通常把各種實(shí)際的負(fù)載看成是電1.純電阻電路電壓與電流的相位關(guān)系在正弦交流電路中，電阻與電壓、電流的瞬時(shí)值之間的關(guān)系服從歐姆定律。設(shè)加在電阻R上的正弦交流電壓瞬時(shí)值為，則通過(guò)該電阻的電流瞬時(shí)值為：u與i的解析式表明：在純電阻電路中，u與i同頻率、同相位，其波形圖和相量圖分別如圖3－7、3－8所示。2．純電阻電路電壓與電流的大小關(guān)系由前述i的解析式可得：（3-7）1.純電阻電路電壓與電流的相位關(guān)系在正弦交流電式（3-7）中Im、分別為純電阻電路中電壓、電流的最大值。（3-8）式（3-8）中I、U分別為純電阻電路中電壓、電流的有效值。這說(shuō)明，純電阻電路中電壓與電流的最大值、有效值之間也滿足歐姆定律。圖3－7純電阻電路電壓、電流的波形圖圖3－8純電阻電路電壓、電流相量圖

式（3-7）中Im、分別為純電阻電路中電壓、電流的最大3．純電阻電路的功率(1)

瞬時(shí)功率（3-9）上式中pR0,說(shuō)明電阻始終在消耗功率，電阻R是耗能元件。圖3－9純電阻電路功率曲線圖3．純電阻電路的功率(1)瞬時(shí)功率（3-9）上式中pR(2)平均功率瞬時(shí)功率在一周期內(nèi)的平均值，稱為平均功率，又稱有功功率，用大寫(xiě)字母“PR”表示，單位是瓦（W）。平均功率反映了電阻所消耗功率的大小。電壓、電流用有效值表示時(shí)，平均功率PR的計(jì)算與直流電路相同，即:（3-10）二、純電感電路由多匝導(dǎo)線繞制而成的線圈就是一個(gè)電感元件，如圖3-10所示。當(dāng)線圈輸入變化的電流后，通過(guò)線圈的磁通也發(fā)生變化，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也叫自感電動(dòng)勢(shì)。電感產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的能力與線圈自身所用材料、匝數(shù)、幾何形狀以及線圈中的媒介質(zhì)等因素有關(guān)，這些因素的綜合作用用自感系數(shù)L來(lái)描述。圖3－10線圈(2)平均功率瞬時(shí)功率在一周期內(nèi)的平均值，稱由線圈組成的電路稱為感性電路，若線圈的電阻忽略不計(jì)，稱為純電感電路，如圖3-11所示。3－11純電感電路1.感抗純電感電路中通過(guò)正弦交流電流的時(shí)候，電感線圈對(duì)交流電流的阻礙作用稱為電感電抗，簡(jiǎn)稱感抗。感抗的單位是歐姆()。感抗的表達(dá)式為：（3-11）上式中，自感系數(shù)L的國(guó)際單位制是亨利(H)，常用的單位還有毫亨(mH)、微亨(H)，納亨(nH)等，1mH=103H，1H=106H，1nH=109H。直流電頻率為零，則，故電感在直流電路中相當(dāng)于短路。頻率越高，感抗越大；頻率越低，感抗越小。因此電感線圈具有“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”的性質(zhì)，從而被廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)中。由線圈組成的電路稱為感性電路，若線圈的電阻忽略不計(jì)，稱為純電如果線圈中不含有導(dǎo)磁介質(zhì)，則叫作空心電感或線性電感，線性電感L在電路中是一常數(shù)，與外加電壓或通電電流無(wú)關(guān)。如果線圈中含有導(dǎo)磁介質(zhì)時(shí)，則電感L將不是常數(shù)，而是與外加電壓或通電電流有關(guān)的量，這樣的電感叫做非線性電感，例如鐵心電感。2．純電感電路電流與電壓的相位關(guān)系當(dāng)電感線圈中通過(guò)交流電流其中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)eL。電流i、電動(dòng)勢(shì)eL和電壓u取參考方向一致，三者關(guān)系由電磁感應(yīng)定律確定，即：即u和i是同頻率的正弦量。其波形圖和相量圖分別如圖3-12a、b所示。圖中可直觀看到電感電壓比電流超前90(或/2)，或電感電流比電壓滯后90。a)波形圖b)相量圖圖3-12純電感電路電壓、電流的波形圖與相量圖如果線圈中不含有導(dǎo)磁介質(zhì)，則叫作空心電感或線性電感，線性電感3.純電感電路電流與電壓的大小關(guān)系由u的解析式可得，則：（3-11）（3-12）4．純電感電路的功率（1）瞬時(shí)功率p設(shè)純電感電路中通過(guò)交流電流，則那么：3.純電感電路電流與電壓的大小關(guān)系由u的解析式可得，則：瞬時(shí)功率的波形圖如圖3-13所示。圖3-13純電感電路瞬時(shí)功率的波形圖（2）平均功率（有功功率）P

由圖3-13可看出:一個(gè)周期內(nèi)的平均功率P=0，也就是電感元件上只有能量交換而不耗能，電感元件為儲(chǔ)能元件

瞬時(shí)功率的波形圖如圖3-13所示。圖3-13純電感電路瞬（3）無(wú)功功率QL

為了衡量電源與電感元件之間能量交換的規(guī)模，引入無(wú)功功率的概念。把瞬時(shí)功率的最大值叫做無(wú)功功率，用

表示，單位為乏爾（var）、千乏爾（kvar）。（3-13）

三、純電容電路1.電容器與電容電路中只含有電容元件，并且其導(dǎo)線電阻都忽略的這一類電路是純電容電路，如圖3-14所示。圖3-14純電容電路

圖3-15常見(jiàn)電容器

（3）無(wú)功功率QL為了衡量電源與電感元件之間兩塊彼此靠近又互相絕緣的導(dǎo)體組成的器件就是電容器，有時(shí)候也簡(jiǎn)稱為電容。電容的用途較廣，是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件，主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、隔直流等電路中。圖3-15所示為幾種常見(jiàn)電容器。電容量是衡量電容器儲(chǔ)存電荷能力大小的一個(gè)物理量，簡(jiǎn)稱電容。其大小與極板面積、形狀、極板間的距離和電介質(zhì)有關(guān)，通常用符號(hào)“C”表示。即：(3-14)

在國(guó)際單位制里，電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法（F），常用的電容單位有毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)(皮法又稱微微法)等，它們的換算關(guān)系是：1mF=103F1μF=106F1nF=109F1pF=1012F兩塊彼此靠近又互相絕緣的導(dǎo)體組成的器件就是電容器，有時(shí)候也簡(jiǎn)2.容抗反映電容對(duì)交流電流阻礙作用程度的參數(shù)叫做容抗，用表示，容抗的單位是歐姆()。即：（3-15）

頻率越高，容抗越小，；頻率越低，容抗越大。直流電的頻率

，相當(dāng)于斷路。因此，電容器有“通交流、隔直流；通高頻、阻低頻”的作用。

3．電容電流與電壓的相位關(guān)系

如圖3-14所示純電容電路中，設(shè)

，則電路中的電流為：

即i和u為同頻率的正弦量，其波形圖和相量圖分別如圖3-16a、b所示。圖中可直觀看到電容電流比電壓超前90(或/2)，或電容電壓比電流滯后90(或/2)。2.容抗反映電容對(duì)交流電流阻礙作用程度的參數(shù)叫做容抗，用表4.純電容電流與電壓的大小關(guān)系由i的解析式可得：（3-16）

（3-17）

a)波形圖

b)相量圖

圖3-16純電容電路電壓、電流的波形圖與相量圖

4.純電容電流與電壓的大小關(guān)系由i的解析式可得：（3-165．純電容電路的功率（1）瞬時(shí)功率p設(shè)純電容電路中通過(guò)交流電流

，則

，那么：

瞬時(shí)功率的波形圖如圖3-17所示。圖3-17純電容電路瞬時(shí)功率的波形圖5．純電容電路的功率（1）瞬時(shí)功率p設(shè)純電容電路中通過(guò)交流（2）平均功率（有功功率）P

由圖3-17可看出:一個(gè)周期內(nèi)的平均功率P=0，也就是電容元件上只有能量交換而不耗能，電容元件為儲(chǔ)能元件。

（3）無(wú)功功率QC

為了衡量電源與電容元件之間能量交換的規(guī)模，引入無(wú)功功率的概念。把瞬時(shí)功率的最大值叫做無(wú)功功率，用QC表示，單位為乏爾（var）、千乏爾（kvar）。

（3-18）

四、純電阻、純電感、純電容電路的比較（2）平均功率（有功功率）P由圖3-17可看出:一個(gè)周期內(nèi)

表3-2純電阻、純電感、純電容電路的比較表3-2純電阻、純電感、純電容電路的比1.例3-2如圖3-6所示的純電阻電路中，已知R=22，u=220

sin(314t+45)V

做一做1.例3-2如圖3-6所示的純電阻電路中，已知R=2（1）寫(xiě)出電流的瞬時(shí)值表達(dá)式；（2）畫(huà)出電壓、電流的相量圖；（3）求電阻消耗的功率。（1）寫(xiě)出電流的瞬時(shí)值表達(dá)式；項(xiàng)目三單相交流電路圖3-20例3-4相量圖圖3-20例3-4相量圖任務(wù)三RL串聯(lián)電路1.基爾霍夫定律的相量形式2.RL串聯(lián)電路模型及電流、電壓、阻抗、功率的關(guān)系3.RL串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性4.功率因數(shù)1.會(huì)計(jì)算RL串聯(lián)電路電壓、電流和功率2.了解RL串聯(lián)電路的應(yīng)用及功率因數(shù)在生產(chǎn)中的意義知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：任務(wù)三RL串聯(lián)電路1.基爾霍夫定律的相量形式1.會(huì)計(jì)變壓器和電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，如圖3-21所示。它們的繞組部分都包含有多匝線圈。通常工作一段時(shí)間后，變壓器和電動(dòng)機(jī)就會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象，如何解釋這一現(xiàn)象呢？繞制變壓器和電動(dòng)機(jī)的繞組的導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，電阻將較大，其值就不可忽略，變壓器和電動(dòng)機(jī)工作時(shí)就會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象。此時(shí)變壓器和電動(dòng)機(jī)的繞組就等效成了RL串聯(lián)電路。本任務(wù)就是研究正弦交流電下的RL串聯(lián)電路的工作特性。任務(wù)展示任務(wù)分析變壓器和電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，如圖3-2一、基爾霍夫定律的相量形式1．基爾霍夫電流定律（KCL）的相量形式在正弦交流電路中，任一時(shí)刻、任一節(jié)點(diǎn)，所有匯集于該節(jié)點(diǎn)的支路電流相量代數(shù)和為零。其表達(dá)式為:在應(yīng)用式（3-19）列寫(xiě)KCL方程時(shí)，一般流入節(jié)點(diǎn)的電流取“+”號(hào)，流出節(jié)點(diǎn)的電流取“-”號(hào)。(3-19)2．基爾霍夫電壓定律（KVL）的相量形式其表達(dá)式為:

在應(yīng)用式（3-20）列寫(xiě)KVL方程時(shí)，一般與回路繞行方向相同的電壓取“＋”號(hào)，相反的電壓取“－”號(hào)。

(3-20)在正弦交流電流電路中，沿任一回路繞行一周，各元件電壓相量的代數(shù)和為零。二、電路模型RL串聯(lián)電路的電路模型如圖3-22所示。相關(guān)知識(shí)一、基爾霍夫定律的相量形式1．基爾霍夫電流定律（KCL）的相三、分析電路1.RL串聯(lián)電路的電流、電壓與阻抗的關(guān)系（1）電壓三角形在圖3-22所示電路中，設(shè)電流為參考相量，即根據(jù)基爾霍夫電流定律的相量形式，則：

(3-21)圖3-23電壓三角形

（2）阻抗三角形由式(3-22)可知：三、分析電路1.RL串聯(lián)電路的電流、電壓與阻抗的關(guān)系（1）圖3-24阻抗三角形2.幅頻特性和相頻特性圖3-25幅頻特性曲線圖3-24阻抗三角形2.幅頻特性和相頻特性圖3-25幅頻3.RL串聯(lián)電路的功率在RL串聯(lián)電路中，既有耗能元件R，又有儲(chǔ)能元件L，故電路中既有有功功率，又有無(wú)功功率。3.RL串聯(lián)電路的功率在RL串聯(lián)電路中，既有耗能元件R，又（3）視在功率電源輸出的總電壓與總電流的乘積稱為視在功率。視在功率為電源提供的總功率，符號(hào)是S，單位是伏安（V·A），即：

(3-27)視在功率包含有功功率和無(wú)功功率兩部分，三者的關(guān)系構(gòu)成功率三角形，如圖3-27所示。圖3-27功率三角形

由功率三角形的關(guān)系可知：(3-28)RC串聯(lián)電路1.RC串聯(lián)電路分析作出電壓三角形、阻抗三角形、功率三角形如圖3-29所示。拓展知識(shí)（3）視在功率電源輸出的總電壓與總電流的乘積稱為視在功率。視2.RC串聯(lián)電路幅頻特性、相頻特性圖3-30RC串聯(lián)電路幅頻特性曲線

2.RC串聯(lián)電路幅頻特性、相頻特性圖3-30RC串聯(lián)電路做一做做一做

任務(wù)四日光燈電路及功率因數(shù)的提高1.日光燈電路的組成2.日光燈的工作原理3．提高功率因數(shù)的意義和方法1.會(huì)安裝日光燈電路2.會(huì)測(cè)量交流電壓、電流教室里的照明電路，通常都是日光燈電路，同學(xué)們天天都能看見(jiàn)，但大家是否了解日光燈電路的組成及主要部件的作用呢？如何安裝日光燈才能正常工作？知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：任務(wù)展示任務(wù)四日光燈電路及功率因數(shù)的提高1.日光燈電路的組成1

生產(chǎn)實(shí)踐中感性負(fù)載很多，如變壓器、電動(dòng)機(jī)都是感性負(fù)載，日光燈電路也屬于感性負(fù)載。當(dāng)負(fù)載的端電壓一定時(shí)，輸送一定功率情況下，功率因數(shù)越低，輸電線路的電流就越大，引起線路上的壓降也越大，從而導(dǎo)致電能損耗增加，輸電效率降低，電源利用率降低。本任務(wù)，就是了解日光燈電路的組成及主要部件的作用，學(xué)會(huì)安裝日光燈電路，探究如何提高日光燈電路的功率因數(shù)。實(shí)訓(xùn)6安裝日光燈電路及測(cè)量電路中的電壓、電流實(shí)訓(xùn)器材

1.日光燈燈管1支、燈管支座1個(gè)2.鎮(zhèn)流器、起輝器各1個(gè)，電容器2個(gè)3.MF-47型萬(wàn)用表、交流電流表、電度表、數(shù)字功率鉗表各1個(gè)4.閘刀開(kāi)關(guān)、熔斷器、漏電保護(hù)器、單聯(lián)開(kāi)關(guān)各1個(gè)實(shí)訓(xùn)目的

1.了解日光燈的工作原理，學(xué)習(xí)日光燈的安裝方法。2.掌握提高功率因數(shù)的方法，理解提高功率因數(shù)的意義。3.熟悉交流儀表的使用方法。任務(wù)分析任務(wù)實(shí)施生產(chǎn)實(shí)踐中感性負(fù)載很多，如變壓器、電動(dòng)機(jī)都是感性負(fù)實(shí)訓(xùn)過(guò)程一、日光燈電路的安裝1.用萬(wàn)用表檢測(cè)各元件的好好。2.在照明電路板上按圖3-32所示布置和正確安裝各元件。3.按圖3-32正確完成各元件之間的接線。4.用萬(wàn)用表檢查所安裝線路是否正確。5.經(jīng)老師檢查合格后通電試驗(yàn)，觀察日光燈電路的工作情況圖3-32日光燈電路二、測(cè)量日光燈電路1.在圖3-32日光燈電路中添畫(huà)所要并聯(lián)的電容器。2.用鉗表測(cè)量電流，萬(wàn)用表測(cè)量電壓，其中UR為兩燈管兩端的電壓，UL為鎮(zhèn)流器兩端的電壓，U為電源兩端的電壓，把測(cè)量值填入下表中。3.將并聯(lián)電容支路接入，經(jīng)老師檢查合格后通電試驗(yàn)，如步驟2測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，體會(huì)提高功率因數(shù)的方法。實(shí)訓(xùn)過(guò)程一、日光燈電路的安裝1.用萬(wàn)用表檢測(cè)各元件的好好。三、注意事項(xiàng)注意安全用電，線路接好后，須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無(wú)誤后，再接通電源。一、日光燈電路的組成日光燈電路主要由日光燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器組成，電路圖如圖所示。1．日光燈管日光燈管是一支細(xì)長(zhǎng)的玻璃管，其內(nèi)壁涂有一層熒光粉薄膜，在日光燈管的兩端裝有鎢絲，鎢絲上涂有受熱后易發(fā)射電子的氧化物。日光燈管內(nèi)抽成真空后，充有一定量的惰性氣體和少量的汞氣（水銀蒸氣）。惰性氣體有利于日光燈的啟動(dòng)，并延長(zhǎng)燈管的使用壽命；水銀蒸氣作為主要的導(dǎo)電材料，在放電時(shí)產(chǎn)生紫外線激發(fā)日光燈管內(nèi)壁的熒光粉轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光。2．起輝器起輝器主要由輝光放電管和電容器組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。輝光放電管內(nèi)部的倒U形雙金屬片（動(dòng)觸片）是由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬片組成。通常情況下，動(dòng)觸片和靜觸片是分開(kāi)的。小容量的電容器主要是為了避免起輝器動(dòng)、靜觸片斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生火花燒壞觸片。相關(guān)知識(shí)三、注意事項(xiàng)注意安全用電，線路接好后，須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無(wú)誤后3．鎮(zhèn)流器

鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶有鐵心的電感線圈。它與起輝器配合產(chǎn)生瞬間高電壓使日光燈管導(dǎo)通，激發(fā)熒光粉發(fā)光，還可以限制和穩(wěn)定電路的工作電流。二、日光燈的工作原理燈絲因通過(guò)電流而發(fā)熱，從而使燈絲上的氧化物發(fā)射電子。與此同時(shí)，輝光放電管內(nèi)部的動(dòng)觸片與靜觸片接通時(shí)，觸片間電壓為零，輝光放電立即停止，動(dòng)觸片冷卻收縮而脫離靜觸片，導(dǎo)致鎮(zhèn)流器中的電流突然減小為零。于是，鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與電源電壓串聯(lián)疊加于燈管兩端，迫使燈管內(nèi)惰性氣體分子電離而產(chǎn)生弧光放電，日光燈管內(nèi)溫度逐漸升高，水銀蒸氣游離，并猛烈地撞擊惰性氣體分子而放電，同時(shí)輻射出不可見(jiàn)的紫外線激發(fā)燈管內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)出近似熒光的可見(jiàn)光。日光燈管發(fā)光后，其兩端的電壓不足以使起輝器輝光放電，這時(shí)，交流電源、鎮(zhèn)流器與日光燈管串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)電流通路，從而保證日光燈的正常工作。如圖所示，在日光燈電路接通電源后，電源電壓全部加在起輝器兩端，從而使輝光放電管內(nèi)部的動(dòng)觸片與靜觸片之間產(chǎn)生輝光放電，輝光放電產(chǎn)生的熱量使動(dòng)觸片受熱膨脹趨向伸直，與靜觸片接通。于是，日光燈管兩端的燈絲、輝光放電管內(nèi)部的觸片、鎮(zhèn)流器構(gòu)成一個(gè)回路。3．鎮(zhèn)流器鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶有鐵心的電感線圈。它與起輝器配合產(chǎn)三、提高功率因數(shù)的意義和方法1.功率因數(shù)低的不良后果（1）降低了供電設(shè)備的利用率（2）增加了供電設(shè)備和線路的損耗2.提高功率因數(shù)的意義（1）提高電路的功率因數(shù)可以提高供電設(shè)備的利用率。（2）提高電路的功率因數(shù)可以減少供電設(shè)備和輸出線路的功率損耗。

3.提高功率因數(shù)的方法（1）合理選用電器設(shè)備及其運(yùn)行方式a.合理選用電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)的容量與被拖動(dòng)的負(fù)載相匹配。b.合理選用變壓器，使變壓器的容量與用電器的視在功率相匹配。c.對(duì)負(fù)載有變化但經(jīng)常處于相對(duì)輕載運(yùn)行狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)（正常運(yùn)行為Δ形接線），重載時(shí)用Δ形聯(lián)結(jié)方式，輕載時(shí)用Y形聯(lián)結(jié)方式，同時(shí)采用自動(dòng)切換的控制方式。（2）在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器三、提高功率因數(shù)的意義和方法1.功率因數(shù)低的不良后果（1）一般在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，采用就地補(bǔ)償無(wú)功，從而減少電源與負(fù)載進(jìn)行能量交換，提高功率因數(shù)。

例3-6某日光燈實(shí)際功率為20W，接入電源電壓U=220V，f=50Hz的電路中，為提高功率因數(shù)在日光燈兩端并接一電容C，其簡(jiǎn)化電路如圖3-35a所示，為使功率因數(shù)從0.6提高到0.8需要并接一個(gè)多大的電容C？做一做一般在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器，采用就地補(bǔ)償無(wú)功，從而減少電源與任務(wù)五RLC串聯(lián)諧振電路1.產(chǎn)生諧振的條件2.諧振的特征1.諧振頻率的計(jì)算2.諧振電路的應(yīng)用在電視機(jī)、電腦互聯(lián)網(wǎng)等高度普及的今天，仍有無(wú)數(shù)廣播聽(tīng)眾，利用各種各樣的收音機(jī)，每天在收聽(tīng)著新聞廣播、時(shí)事報(bào)道、股市信息行情、知識(shí)講座等等，那么，收音機(jī)是怎樣選擇到不同電臺(tái)的節(jié)目呢？

收音機(jī)選擇不同電臺(tái)的過(guò)程稱為調(diào)諧。收音機(jī)的天線接收到許多不同頻率的已調(diào)波，由于電磁感應(yīng)的作用，將其轉(zhuǎn)變成相應(yīng)頻率的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。收音機(jī)的輸入回路其實(shí)是諧振電路，當(dāng)電路諧振時(shí)使得信號(hào)電平最高，衰耗最小，經(jīng)放大后輸出聲音最大，就抑制了噪聲，要收聽(tīng)的電臺(tái)就被選出來(lái)了。本任務(wù)就是討論RLC電路產(chǎn)生諧振的條件及特點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：任務(wù)展示任務(wù)分析任務(wù)五RLC串聯(lián)諧振電路1.產(chǎn)生諧振的條件1.諧振實(shí)訓(xùn)7認(rèn)知RLC串聯(lián)諧振電路實(shí)訓(xùn)器材

1.信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)，鉗表和萬(wàn)用表各1臺(tái)（或交流電壓表2臺(tái)、電流表1臺(tái)）2.白熾燈、電感器、電容器、開(kāi)關(guān)各1只3.導(dǎo)線若干實(shí)訓(xùn)目的

1.認(rèn)識(shí)RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振的條件、特點(diǎn)2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解品質(zhì)因數(shù)Q對(duì)諧振曲線的影響實(shí)訓(xùn)過(guò)程1.完成電路接線按原理圖3-36完成實(shí)驗(yàn)電路接線圖3-36RLC串聯(lián)電路原理接線圖任務(wù)實(shí)施實(shí)訓(xùn)7認(rèn)知RLC串聯(lián)諧振電路實(shí)訓(xùn)器材1.信號(hào)4.保持諧振頻率

（1）改變電阻R，將燈泡功率變?yōu)?0W，其他值保持不變，計(jì)算出阻值R=______，同樣，保持輸出電壓不變，改變頻率，在表中記錄并計(jì)算數(shù)據(jù)。不變，更改功率因數(shù)Q值。（2）保持LC的乘積不變，例如：L=1H，C=1μF，重復(fù)以上步驟，在表中記錄并計(jì)算數(shù)據(jù)。4.保持諧振頻率不變，更改功率因數(shù)Q值。（2）保持LC的乘

一、諧振的條件和諧振頻率1.分析電路a)電路圖b)相量圖c)電壓三角形d)阻抗三角形e)功率三角形圖3-38RLC串聯(lián)電路相關(guān)知識(shí)一、諧振的條件和諧振頻率1.分析電路a)電路圖b)2.諧振的條件通過(guò)調(diào)節(jié)電路參數(shù)（L、C）或改變外加電壓頻率，使=0時(shí)，電路發(fā)生諧振。即：2.諧振的條件通過(guò)調(diào)節(jié)電路參數(shù)（L、C）或改變外加(3-32)3.諧振頻率二、諧振的特征(3-32)3.諧振頻率二、諧振的特征三、諧振電路的應(yīng)用1.利用串聯(lián)諧振電路來(lái)選擇電臺(tái)的信號(hào)。圖3－39所示為收音機(jī)輸入電路，a圖為輸入回路，b圖為等效電路。通過(guò)改變電容器的電容C，從而改變諧振頻率來(lái)選擇所需的電臺(tái)。圖3－39收音機(jī)輸入電路

2.工程中常用含有電阻和電感參數(shù)的線圈與電容器并聯(lián)的諧振電路。電路如圖3－40所示。該電路發(fā)生諧振時(shí)，諧振頻率為：

圖3－40RL和C并聯(lián)的諧振電路諧振的特征為：（1）諧振時(shí)電路性質(zhì)為純電阻，阻抗為最大值，呈現(xiàn)高阻抗特性。（2）諧振時(shí)，輸入總電流最小，且與電壓同相位。（3）品質(zhì)因數(shù)Q與串聯(lián)諧振的表示式相同。說(shuō)明并聯(lián)諧振時(shí)，通過(guò)電感和電容支路的電流是總電流的Q倍。所以并聯(lián)諧振又稱為電流諧振。（4）諧振時(shí)，有功功率等于視在功率，無(wú)功功率等于零，即諧振電路只從電源吸收少量電能就能維持電感與電容間的電磁振蕩，而與電源間沒(méi)有能量交換。三、諧振電路的應(yīng)用1.利用串聯(lián)諧振電路來(lái)選擇電臺(tái)的信號(hào)。圖

例3-7如圖3-39所示，某收音機(jī)輸入回路的電感L=310μH，欲收聽(tīng)載波為540kHz的電臺(tái)，應(yīng)該選擇多大的調(diào)諧電容？做一做例3-7如圖3-39所示，某收音機(jī)輸入回路的電感L=3知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：任務(wù)一正弦交流電路的基本知識(shí)1.正弦交流電的瞬時(shí)值、最大值與有效值2.正弦交流電的周期、頻率和角頻率3.正弦交流電的初相角與相位差4.正弦交流電的相量表示法1.會(huì)使用信號(hào)發(fā)生器和示波器。2.認(rèn)識(shí)正弦交流電的四種表示形式及其相互轉(zhuǎn)換。3.會(huì)畫(huà)相量圖及作相量圖求相量的加減。知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：任務(wù)一正弦交流電路的基本知識(shí)1任務(wù)展示

我們教室里的照明電路使用的是正弦交流電源，用萬(wàn)用表測(cè)量的是正弦交流電的什么值呢？用示波器觀察到的單相正弦交流電的波形如圖3-1所示，這樣的電壓信號(hào)有哪些特點(diǎn)？怎樣表示？又如何描述？在工程上有沒(méi)有比波形圖更好的表示方法？圖3-1單相正弦交流電壓、電流波形

在前面討論的直流電路中，電動(dòng)勢(shì)、電流及電壓的大小和方向都不隨時(shí)間變化，這種恒定的電量稱為直流電。而交流電的電動(dòng)勢(shì)、電壓及電流的大小和方向都隨時(shí)間周期性變化。在實(shí)際生產(chǎn)和日常生活中廣泛使用的都是交流電。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。電動(dòng)勢(shì)、電壓及電流等的大小和方向都隨時(shí)間按正弦規(guī)律作周期性變化的物理量統(tǒng)稱為正弦量。本任務(wù)就是探究正弦交流電的變化規(guī)律，找到它的特征要素和表示方法。任務(wù)分析任務(wù)展示我們教室里的照明電路使用的是正弦交流實(shí)訓(xùn)5觀察單相正弦交流電的波形器材 1.雙蹤示波器1臺(tái)2.信號(hào)發(fā)生器1臺(tái)目的 1.學(xué)會(huì)使用示波器，熟悉信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的單相正弦交流電信號(hào)，了解正弦交流電波形的特點(diǎn)2.會(huì)使用示波器測(cè)量單相正弦交流電，會(huì)看波形并求出正弦交流電的最大值（有效值）、頻率（周期）及初相角一、學(xué)習(xí)示波器的使用1.注意觀察示波器和信號(hào)發(fā)生器面板上各旋鈕的位置，給示波器和信號(hào)發(fā)生器接上電源2.調(diào)試示波器使屏幕出現(xiàn)機(jī)內(nèi)信號(hào)，即一個(gè)方波波形，體會(huì)調(diào)試幅度、頻率的變化,觀察峰-峰值和周期，并學(xué)會(huì)通過(guò)觀察波形,計(jì)算峰-峰值和周期的方法3.將信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)端與示波器的輸入信號(hào)端連接調(diào)試信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)使之成為頻率為50Hz、幅值為12V的正弦波4.調(diào)試使示波器的屏幕出現(xiàn)三個(gè)周期的信號(hào)波形

實(shí)訓(xùn)過(guò)程任務(wù)實(shí)施實(shí)訓(xùn)5觀察單相正弦交流電的波形器材 1.雙蹤示波器1二、觀察單相正弦交流電的波形1.用示波器觀察單相正弦交流電壓波形，畫(huà)出波形圖，在圖中標(biāo)出幅值、頻率2.求出其最大值（有效值）、頻率（周期）及初相角一、正弦交流電的三要素1.正弦交流電的瞬時(shí)值、最大值和有效值(1)瞬時(shí)值如圖3-1所示，正弦量在任一瞬間的值稱為瞬時(shí)值，用小寫(xiě)字母表示，如電流。i電壓u和電動(dòng)勢(shì)e圖3-1單相正弦交流電壓、電流波形

相關(guān)知識(shí)二、觀察單相正弦交流電的波形1.用示波器觀察單相正弦交流電(2)最大值(3)有效值

有效值的確定是根據(jù)交流電流和直流電流熱效應(yīng)相等的原則來(lái)規(guī)定的。假定在同一電阻上，在相等的時(shí)間內(nèi)分別通以正弦交流電流i和直流電流I，如果它們產(chǎn)生的總熱量相等，則這兩個(gè)電流量是等效的，則稱該直流電流I是該交流電流的有效值。理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)證明，正弦交流電壓的有效值為：

(3-1)(2)最大值(3)有效值有效值的確定是根據(jù)正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為：

(3-2)正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為：(3-3)一般所講的正弦交流電壓或電流的大小，如交流電壓380V，都是指它的有效值。在交流電路中，用交流電壓表、電流表測(cè)得的數(shù)據(jù)以及電器銘牌上的標(biāo)注值均為有效值。2.周期、頻率和角頻率(1)周期正弦量變化一次所需的時(shí)間稱為周期T,單位是秒（s）。正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為：(3-2)正弦交流電動(dòng)勢(shì)的(2)頻率指單位時(shí)間內(nèi)正弦量變化的循環(huán)次數(shù)，用f表示，單位是赫茲(Hz)。頻率是周期的倒數(shù)，即(3-4)我國(guó)和大多數(shù)國(guó)家都采用50Hz作為電力標(biāo)準(zhǔn)頻率，有的國(guó)家（如日本、美國(guó)等）采用60Hz。在不同的應(yīng)用場(chǎng)合也使用著不同的頻率，如音頻是20Hz～20kHz，航空工業(yè)用的交流電是400Hz，無(wú)線電廣播的中波段頻率是535～1650kHz等。(3)角頻率表示正弦量在1s內(nèi)所變化的電角度，單位是弧度/秒（rad/s）。因?yàn)橐恢芷趦?nèi)正弦信號(hào)經(jīng)歷了2弧度，所以角頻率為:(3-5)(2)頻率指單位時(shí)間內(nèi)正弦量變化的循環(huán)次數(shù)，用f表示，單位是我國(guó)工業(yè)和民用交流電源電壓的有效值為220V，頻率為50Hz，因而通常將這一交流電壓簡(jiǎn)稱為工頻電壓，頻率稱為工頻。3.相位、初相角和相位差(1)相位例如：稱為正弦量的相位角或相位，它反映出正弦量變化的過(guò)程。,（2）初相位當(dāng)時(shí)的相位角稱為初相位角或初相位，用表示。（3）相位差兩個(gè)同頻率正弦量的相位角之差，稱為相位差，用表示（與時(shí)間t無(wú)關(guān)）。設(shè),，則這兩個(gè)正弦量的相位差為：我國(guó)工業(yè)和民用交流電源電壓的有效值為220V，頻率為50H=(3-6)并規(guī)定用絕對(duì)值小于180°（或）的角度（或弧度）表示。當(dāng)＞0時(shí)，超前于，或滯后于，如圖3-2a所示。當(dāng)＝時(shí)，與為正交，如圖3-2b所示。當(dāng)＝0時(shí)，與為同相，如圖3-2c所示。當(dāng)＝時(shí)，與為反相，如圖3-2d所示。圖3-2相位關(guān)系波形圖=(3-6)并規(guī)定用絕對(duì)值小于180°（或）的角度（或弧度二、正弦交流電的表示方法1.波形表示法如圖3-1所示。2.函數(shù)表示法3.相量表示法（旋轉(zhuǎn)矢量法）設(shè)一正弦量，波形如圖3-3b所示，圖3-3a是以直角坐標(biāo)系的O為原點(diǎn)，取有向線段OA的長(zhǎng)度等于正弦量的最大值，它的初始位置與X軸正方向的夾角等于正弦量的初相角，并且以角頻率ω作逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。二、正弦交流電的表示方法1.波形表示法如圖3-1所示。2.由于這一旋轉(zhuǎn)的有向線段具有正弦量的三要素，故可用來(lái)表示正弦量。正弦量用有向線段表示，而有向線段又可以用復(fù)數(shù)表示，所以正弦量可用復(fù)數(shù)表示，用復(fù)數(shù)來(lái)表示的正弦量稱為相量，為了和一般的復(fù)數(shù)相區(qū)別，規(guī)定正弦量相量用上方加“?”的大寫(xiě)字母來(lái)表示。如：正弦交流電用相量表示后，正弦交流電路的分析和計(jì)算就可以用復(fù)數(shù)來(lái)進(jìn)行，直流電路中介紹過(guò)的分析方法、基本定律就可以全部應(yīng)用到正弦交流電路中，這種方法就是相量法。a）矢量圖b）波形圖圖3-3正弦交流電的矢量圖和波形圖由于這一旋轉(zhuǎn)的有向線段具有正弦量的三要素，故可用來(lái)表示正弦4.相量圖及相量的加、減(1)作相量圖作出V的相量圖如圖3-4所示。圖3-4相量圖圖3-5相量的加、減(2)相量的加、減兩相量相加減時(shí)，作出相量圖，用平行四邊形法則進(jìn)行相量合成。4.相量圖及相量的加、減(1)作相量圖作出V的相量圖如例3-1已知：V，V，求，并寫(xiě)出瞬時(shí)值和表達(dá)式。解：作出相量圖如圖3-5所示。由相量表達(dá)式得到瞬時(shí)值：做一做例3-1已知：V，V，求，并寫(xiě)出瞬時(shí)值和表達(dá)式。解任務(wù)二正弦交流純電阻、純電感、純電容電路知識(shí)點(diǎn)：1.純電阻電路電壓和電流的關(guān)系及其功率2.純電感電路電壓和電流的關(guān)系及其功率3.純電容電路電壓和電流的關(guān)系及其功率技能點(diǎn)：1.會(huì)計(jì)算純電阻電路、純電感電路和純電容電路中電壓、電流和功率2.會(huì)繪畫(huà)純電阻電路、純電感電路和純電容電路電壓、電流的相量圖任務(wù)二正弦交流純電阻、純電感、純電容電路知識(shí)點(diǎn)：1.任務(wù)展示：日常生活中常見(jiàn)的白熾燈、電爐、電烙鐵為什么消耗電能？日光燈為什么在開(kāi)關(guān)閉合后幾秒鐘燈管才亮？手機(jī)充電器在拔下的瞬間為什么電源指示燈并不是馬上熄滅？這些負(fù)載都有什么特點(diǎn)呢？任務(wù)分析：白熾燈、電爐、電烙鐵等元件是耗能元件，它們消耗電能主要轉(zhuǎn)化成光能和熱能。日光燈在開(kāi)關(guān)閉合后幾秒鐘燈管才亮，這是因?yàn)槿展鉄綦娐分邪ㄒ粋€(gè)由多匝線圈繞制而成的鎮(zhèn)流器，日光燈的啟動(dòng)過(guò)程正是利用了鎮(zhèn)流器線圈的特性。拔下充電器的瞬間電源指示燈沒(méi)有馬上熄滅，是因?yàn)槭謾C(jī)充電器電路中含有電容這種蓄能元件。任務(wù)展示：日常生活中常見(jiàn)的白熾燈、電爐、電在分析交流電路時(shí)，通常把各種實(shí)際的負(fù)載看成是電阻R、電感L、電容C三類理想的單一參數(shù)元件的不同組合。若正弦交流電源的負(fù)載只包含其中的一種元件，就把這種線性的單一參數(shù)電路稱為純電路。純電路有純電阻電路、純電感電路和純電容電路三種。本任務(wù)就是探究三種純電路的電壓、電流和功率的關(guān)系及各種功率的計(jì)算。相關(guān)知識(shí)：一、純電阻電路交流電路中若含有的元件只考慮其電阻性而不須考慮其電磁性，這類電路叫純電阻電路，如含有白熾燈、電爐、電烙鐵等的電路。純電阻電路如圖3-6所示。圖3－6純電阻電路在分析交流電路時(shí)，通常把各種實(shí)際的負(fù)載看成是電1.純電阻電路電壓與電流的相位關(guān)系在正弦交流電路中，電阻與電壓、電流的瞬時(shí)值之間的關(guān)系服從歐姆定律。設(shè)加在電阻R上的正弦交流電壓瞬時(shí)值為，則通過(guò)該電阻的電流瞬時(shí)值為：u與i的解析式表明：在純電阻電路中，u與i同頻率、同相位，其波形圖和相量圖分別如圖3－7、3－8所示。2．純電阻電路電壓與電流的大小關(guān)系由前述i的解析式可得：（3-7）1.純電阻電路電壓與電流的相位關(guān)系在正弦交流電式（3-7）中Im、分別為純電阻電路中電壓、電流的最大值。（3-8）式（3-8）中I、U分別為純電阻電路中電壓、電流的有效值。這說(shuō)明，純電阻電路中電壓與電流的最大值、有效值之間也滿足歐姆定律。圖3－7純電阻電路電壓、電流的波形圖圖3－8純電阻電路電壓、電流相量圖

式（3-7）中Im、分別為純電阻電路中電壓、電流的最大3．純電阻電路的功率(1)

瞬時(shí)功率（3-9）上式中pR0,說(shuō)明電阻始終在消耗功率，電阻R是耗能元件。圖3－9純電阻電路功率曲線圖3．純電阻電路的功率(1)瞬時(shí)功率（3-9）上式中pR(2)平均功率瞬時(shí)功率在一周期內(nèi)的平均值，稱為平均功率，又稱有功功率，用大寫(xiě)字母“PR”表示，單位是瓦（W）。平均功率反映了電阻所消耗功率的大小。電壓、電流用有效值表示時(shí)，平均功率PR的計(jì)算與直流電路相同，即:（3-10）二、純電感電路由多匝導(dǎo)線繞制而成的線圈就是一個(gè)電感元件，如圖3-10所示。當(dāng)線圈輸入變化的電流后，通過(guò)線圈的磁通也發(fā)生變化，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也叫自感電動(dòng)勢(shì)。電感產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的能力與線圈自身所用材料、匝數(shù)、幾何形狀以及線圈中的媒介質(zhì)等因素有關(guān)，這些因素的綜合作用用自感系數(shù)L來(lái)描述。圖3－10線圈(2)平均功率瞬時(shí)功率在一周期內(nèi)的平均值，稱由線圈組成的電路稱為感性電路，若線圈的電阻忽略不計(jì)，稱為純電感電路，如圖3-11所示。3－11純電感電路1.感抗純電感電路中通過(guò)正弦交流電流的時(shí)候，電感線圈對(duì)交流電流的阻礙作用稱為電感電抗，簡(jiǎn)稱感抗。感抗的單位是歐姆()。感抗的表達(dá)式為：（3-11）上式中，自感系數(shù)L的國(guó)際單位制是亨利(H)，常用的單位還有毫亨(mH)、微亨(H)，納亨(nH)等，1mH=103H，1H=106H，1nH=109H。直流電頻率為零，則，故電感在直流電路中相當(dāng)于短路。頻率越高，感抗越大；頻率越低，感抗越小。因此電感線圈具有“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”的性質(zhì)，從而被廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)中。由線圈組成的電路稱為感性電路，若線圈的電阻忽略不計(jì)，稱為純電如果線圈中不含有導(dǎo)磁介質(zhì)，則叫作空心電感或線性電感，線性電感L在電路中是一常數(shù)，與外加電壓或通電電流無(wú)關(guān)。如果線圈中含有導(dǎo)磁介質(zhì)時(shí)，則電感L將不是常數(shù)，而是與外加電壓或通電電流有關(guān)的量，這樣的電感叫做非線性電感，例如鐵心電感。2．純電感電路電流與電壓的相位關(guān)系當(dāng)電感線圈中通過(guò)交流電流其中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)eL。電流i、電動(dòng)勢(shì)eL和電壓u取參考方向一致，三者關(guān)系由電磁感應(yīng)定律確定，即：即u和i是同頻率的正弦量。其波形圖和相量圖分別如圖3-12a、b所示。圖中可直觀看到電感電壓比電流超前90(或/2)，或電感電流比電壓滯后90。a)波形圖b)相量圖圖3-12純電感電路電壓、電流的波形圖與相量圖如果線圈中不含有導(dǎo)磁介質(zhì)，則叫作空心電感或線性電感，線性電感3.純電感電路電流與電壓的大小關(guān)系由u的解析式可得，則：（3-11）（3-12）4．純電感電路的功率（1）瞬時(shí)功率p設(shè)純電感電路中通過(guò)交流電流，則那么：3.純電感電路電流與電壓的大小關(guān)系由u的解析式可得，則：瞬時(shí)功率的波形圖如圖3-13所示。圖3-13純電感電路瞬時(shí)功率的波形圖（2）平均功率（有功功率）P

由圖3-13可看出:一個(gè)周期內(nèi)的平均功率P=0，也就是電感元件上只有能量交換而不耗能，電感元件為儲(chǔ)能元件

瞬時(shí)功率的波形圖如圖3-13所示。圖3-13純電感電路瞬（3）無(wú)功功率QL

為了衡量電源與電感元件之間能量交換的規(guī)模，引入無(wú)功功率的概念。把瞬時(shí)功率的最大值叫做無(wú)功功率，用

表示，單位為乏爾（var）、千乏爾（kvar）。（3-13）

三、純電容電路1.電容器與電容電路中只含有電容元件，并且其導(dǎo)線電阻都忽略的這一類電路是純電容電路，如圖3-14所示。圖3-14純電容電路

圖3-15常見(jiàn)電容器

（3）無(wú)功功率QL為了衡量電源與電感元件之間兩塊彼此靠近又互相絕緣的導(dǎo)體組成的器件就是電容器，有時(shí)候也簡(jiǎn)稱為電容。電容的用途較廣，是電子、電力領(lǐng)域中不可缺少的電子元件，主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、隔直流等電路中。圖3-15所示為幾種常見(jiàn)電容器。電容量是衡量電容器儲(chǔ)存電荷能力大小的一個(gè)物理量，簡(jiǎn)稱電容。其大小與極板面積、形狀、極板間的距離和電介質(zhì)有關(guān)，通常用符號(hào)“C”表示。即：(3-14)

在國(guó)際單位制里，電容的單位是法拉，簡(jiǎn)稱法（F），常用的電容單位有毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)(皮法又稱微微法)等，它們的換算關(guān)系是：1mF=103F1μF=106F1nF=109F1pF=1012F兩塊彼此靠近又互相絕緣的導(dǎo)體組成的器件就是電容器，有時(shí)候也簡(jiǎn)2.容抗反映電容對(duì)交流電流阻礙作用程度的參數(shù)叫做容抗，用表示，容抗的單位是歐姆()。即：（3-15）

頻率越高，容抗越小，；頻率越低，容抗越大。直流電的頻率

，相當(dāng)于斷路。因此，電容器有“通交流、隔直流；通高頻、阻低頻”的作用。

3．電容電流與電壓的相位關(guān)系

如圖3-14所示純電容電路中，設(shè)

，則電路中的電流為：

即i和u為同頻率的正弦量，其波形圖和相量圖分別如圖3-16a、b所示。圖中可直觀看到電容電流比電壓超前90(或/2)，或電容電壓比電流滯后90(或/2)。2.容抗反映電容對(duì)交流電流阻礙作用程度的參數(shù)叫做容抗，用表4.純電容電流與電壓的大小關(guān)系由i的解析式可得：（3-16）

（3-17）

a)波形圖

b)相量圖

圖3-16純電容電路電壓、電流的波形圖與相量圖

4.純電容電流與電壓的大小關(guān)系由i的解析式可得：（3-165．純電容電路的功率（1）瞬時(shí)功率p設(shè)純電容電路中通過(guò)交流電流

，則

，那么：

瞬時(shí)功率的波形圖如圖3-17所示。圖3-17純電容電路瞬時(shí)功率的波形圖5．純電容電路的功率（1）瞬時(shí)功率p設(shè)純電容電路中通過(guò)交流（2）平均功率（有功功率）P

由圖3-17可看出:一個(gè)周期內(nèi)的平均功率P=0，也就是電容元件上只有能量交換而不耗能，電容元件為儲(chǔ)能元件。

（3）無(wú)功功率QC

為了衡量電源與電容元件之間能量交換的規(guī)模，引入無(wú)功功率的概念。把瞬時(shí)功率的最大值叫做無(wú)功功率，用QC表示，單位為乏爾（var）、千乏爾（kvar）。

（3-18）

四、純電阻、純電感、純電容電路的比較（2）平均功率（有功功率）P由圖3-17可看出:一個(gè)周期內(nèi)

表3-2純電阻、純電感、純電容電路的比較表3-2純電阻、純電感、純電容電路的比1.例3-2如圖3-6所示的純電阻電路中，已知R=22，u=220

sin(314t+45)V

做一做1.例3-2如圖3-6所示的純電阻電路中，已知R=2（1）寫(xiě)出電流的瞬時(shí)值表達(dá)式；（2）畫(huà)出電壓、電流的相量圖；（3）求電阻消耗的功率。（1）寫(xiě)出電流的瞬時(shí)值表達(dá)式；項(xiàng)目三單相交流電路圖3-20例3-4相量圖圖3-20例3-4相量圖任務(wù)三RL串聯(lián)電路1.基爾霍夫定律的相量形式2.RL串聯(lián)電路模型及電流、電壓、阻抗、功率的關(guān)系3.RL串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性4.功率因數(shù)1.會(huì)計(jì)算RL串聯(lián)電路電壓、電流和功率2.了解RL串聯(lián)電路的應(yīng)用及功率因數(shù)在生產(chǎn)中的意義知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：任務(wù)三RL串聯(lián)電路1.基爾霍夫定律的相量形式1.會(huì)計(jì)變壓器和電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，如圖3-21所示。它們的繞組部分都包含有多匝線圈。通常工作一段時(shí)間后，變壓器和電動(dòng)機(jī)就會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象，如何解釋這一現(xiàn)象呢？繞制變壓器和電動(dòng)機(jī)的繞組的導(dǎo)線較長(zhǎng)時(shí)，電阻將較大，其值就不可忽略，變壓器和電動(dòng)機(jī)工作時(shí)就會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象。此時(shí)變壓器和電動(dòng)機(jī)的繞組就等效成了RL串聯(lián)電路。本任務(wù)就是研究正弦交流電下的RL串聯(lián)電路的工作特性。任務(wù)展示任務(wù)分析變壓器和電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，如圖3-2一、基爾霍夫定律的相量形式1．基爾霍夫電流定律（KCL）的相量形式在正弦交流電路中，任一時(shí)刻、任一節(jié)點(diǎn)，所有匯集于該節(jié)點(diǎn)的支路電流相量代數(shù)和為零。其表達(dá)式為:在應(yīng)用式（3-19）列寫(xiě)KCL方程時(shí)，一般流入節(jié)點(diǎn)的電流取“+”號(hào)，流出節(jié)點(diǎn)的電流取“-”號(hào)。(3-19)2．基爾霍夫電壓定律（KVL）的相量形式其表達(dá)式為:

在應(yīng)用式（3-20）列寫(xiě)KVL方程時(shí)，一般與回路繞行方向相同的電壓取“＋”號(hào)，相反的電壓取“－”號(hào)。

(3-20)在正弦交流電流電路中，沿任一回路繞行一周，各元件電壓相量的代數(shù)和為零。二、電路模型RL串聯(lián)電路的電路模型如圖3-22所示。相關(guān)知識(shí)一、基爾霍夫定律的相量形式1．基爾霍夫電流定律（KCL）的相三、分析電路1.RL串聯(lián)電路的電流、電壓與阻抗的關(guān)系（1）電壓三角形在圖3-22所示電路中，設(shè)電流為參考相量，即根據(jù)基爾霍夫電流定律的相量形式，則：

(3-21)圖3-23電壓三角形

（2）阻抗三角形由式(3-22)可知：三、分析電路1.RL串聯(lián)電路的電流、電壓與阻抗的關(guān)系（1）圖3-24阻抗三角形2.幅頻特性和相頻特性圖3-25幅頻特性曲線圖3-24阻抗三角形2.幅頻特性和相頻特性圖3-25幅頻3.RL串聯(lián)電路的功率在RL串聯(lián)電路中，既有耗能元件R，又有儲(chǔ)能元件L，故電路中既有有功功率，又有無(wú)功功率。3.RL串聯(lián)電路的功率在RL串聯(lián)電路中，既有耗能元件R，又（3）視在功率電源輸出的總電壓與總電流的乘積稱為視在功率。視在功率為電源提供的總功率，符號(hào)是S，單位是伏安（V·A），即：

(3-27)視在功率包含有功功率和無(wú)功功率兩部分，三者的關(guān)系構(gòu)成功率三角形，如圖3-27所示。圖3-27功率三角形

由功率三角形的關(guān)系可知：(3-28)RC串聯(lián)電路1.RC串聯(lián)電路分析作出電壓三角形、阻抗三角形、功率三角形如圖3-29所示。拓展知識(shí)（3）視在功率電源輸出的總電壓與總電流的乘積稱為視在功率。視2.RC串聯(lián)電路幅頻特性、相頻特性圖3-30RC串聯(lián)電路幅頻特性曲線

2.RC串聯(lián)電路幅頻特性、相頻特性圖3-30RC串聯(lián)電路做一做做一做

任務(wù)四日光燈電路及功率因數(shù)的提高1.日光燈電路的組成2.日光燈的工作原理3．提高功率因數(shù)的意義和方法1.會(huì)安裝日光燈電路2.會(huì)測(cè)量交流電壓、電流教室里的照明電路，通常都是日光燈電路，同學(xué)們天天都能看見(jiàn)，但大家是否了解日光燈電路的組成及主要部件的作用呢？如何安裝日光燈才能正常工作？知識(shí)點(diǎn)：技能點(diǎn)：任務(wù)展示任務(wù)四日光燈電路及功率因數(shù)的提高1.日光燈電路的組成1

生產(chǎn)實(shí)踐中感性負(fù)載很多，如變壓器、電動(dòng)機(jī)都是感性負(fù)載，日光燈電路也屬于感性負(fù)載。當(dāng)負(fù)載的端電壓一定時(shí)，輸送一定功率情況下，功率因數(shù)越低，輸電線路的電流就越大，引起線路上的壓降也越大，從而導(dǎo)致電能損耗增加，輸電效率降低，電源利用率降低。本任務(wù)，就是了解日光燈電路的組成及主要部件的作用，學(xué)會(huì)安裝日光燈電路，探究如何提高日光燈電路的功率因數(shù)。實(shí)訓(xùn)6安裝日光燈電路及測(cè)量電路中的電壓、電流實(shí)訓(xùn)器材

1.日光燈燈管1支、燈管支座1個(gè)2.鎮(zhèn)流器、起輝器各1個(gè)，電容器2個(gè)3.MF-47型萬(wàn)用表、交流電流表、電度表、數(shù)字功率鉗表各1個(gè)4.閘刀開(kāi)關(guān)、熔斷器、漏電保護(hù)器、單聯(lián)開(kāi)關(guān)各1個(gè)實(shí)訓(xùn)目的

1.了解日光燈的工作原理，學(xué)習(xí)日光燈的安裝方法。2.掌握提高功率因數(shù)的方法，理解提高功率因數(shù)的意義。3.熟悉交流儀表的使用方法。任務(wù)分析任務(wù)實(shí)施生產(chǎn)實(shí)踐中感性負(fù)載很多，如變壓器、電動(dòng)機(jī)都是感性負(fù)實(shí)訓(xùn)過(guò)程一、日光燈電路的安裝1.用萬(wàn)用表檢測(cè)各元件的好好。2.在照明電路板上按圖3-32所示布置和正確安裝各元件。3.按圖3-32正確完成各元件之間的接線。4.用萬(wàn)用表檢查所安裝線路是否正確。5.經(jīng)老師檢查合格后通電試驗(yàn)，觀察日光燈電路的工作情況圖3-32日光燈電路二、測(cè)量日光燈電路1.在圖3-32日光燈電路中添畫(huà)所要并聯(lián)的電容器。2.用鉗表測(cè)量電流，萬(wàn)用表測(cè)量電壓，其中UR為兩燈管兩端的電壓，UL為鎮(zhèn)流器兩端的電壓，U為電源兩端的電壓，把測(cè)量值填入下表中。3.將并聯(lián)電容支路接入，經(jīng)老師檢查合格后通電試驗(yàn)，如步驟2測(cè)量，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，體會(huì)提高功率因數(shù)的方法。實(shí)訓(xùn)過(guò)程一、日光燈電路的安裝1.用萬(wàn)用表檢測(cè)各元件的好好。三、注意事項(xiàng)注意安全用電，線路接好后，須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無(wú)誤后，再接通電源。一、日光燈電路的組成日光燈電路主要由日光燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器組成，電路圖如圖所示。1．日光燈管日光燈管是一支細(xì)長(zhǎng)的玻璃管，其內(nèi)壁涂有一層熒光粉薄膜，在日光燈管的兩端裝有鎢絲，鎢絲上涂有受熱后易發(fā)射電子的氧化物。日光燈管內(nèi)抽成真空后，充有一定量的惰性氣體和少量的汞氣（水銀蒸氣）。惰性氣體有利于日光燈的啟動(dòng)，并延長(zhǎng)燈管的使用壽命；水銀蒸氣作為主要的導(dǎo)電材料，在放電時(shí)產(chǎn)生紫外線激發(fā)日光燈管內(nèi)壁的熒光粉轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光。2．起輝器起輝器主要由輝光放電管和電容器組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。輝光放電管內(nèi)部的倒U形雙金屬片（動(dòng)觸片）是由兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬片組成。通常情況下，動(dòng)觸片和靜觸片是分開(kāi)的。小容量的電容器主要是為了避免起輝器動(dòng)、靜觸片斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生火花燒壞觸片。相關(guān)知識(shí)三、注意事項(xiàng)注意安全用電，線路接好后，須經(jīng)指導(dǎo)教師檢查無(wú)誤后3．鎮(zhèn)流器

鎮(zhèn)流器是一個(gè)帶有鐵心的電感線圈。它與起輝器配合產(chǎn)生瞬間高電壓使日光燈管導(dǎo)通，激發(fā)熒光粉發(fā)光，還可以限制和穩(wěn)定電路的工作電流。二