《電工電子》課件項(xiàng)目一 日光燈照明電路的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目一日光燈照明電路的設(shè)計(jì)《電工電子技術(shù)項(xiàng)目化教程》任務(wù)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)：使學(xué)生進(jìn)一步掌握電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法相關(guān)理論知識(shí)，進(jìn)一步提高實(shí)際動(dòng)手能力，熟悉電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法及過程，強(qiáng)化分析問題與解決問題能力。能力目標(biāo)：提高創(chuàng)新意識(shí)的，逐步成為具有電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)能力的實(shí)踐應(yīng)用型人才。任務(wù)分析從電子產(chǎn)品的概念出發(fā)，闡述了電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原則和步驟，重點(diǎn)學(xué)習(xí)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。任務(wù)1.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法概述1.1.1相關(guān)概念1.電子信息產(chǎn)品2.電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)1.1.2電子產(chǎn)品概述從二十世紀(jì)九十年代后期開始，融合了計(jì)算機(jī)、信息與通信、消費(fèi)類電子三大領(lǐng)域的信息家電開始廣泛地深入家庭生活，它具有視聽、信息處理、雙向網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件（如顯示卡、存儲(chǔ)介質(zhì)、IC卡或信用卡的讀取設(shè)備）、嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用層的軟件包組成。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，已往的電子產(chǎn)品向著智能化發(fā)展。任務(wù)1.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法概述1.1.3電子產(chǎn)品的分類1.按功能分類2.按使用人群分類3.根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)分類1.1.4產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則1.科學(xué)性原則2.實(shí)用性原則、美觀性原則3.技術(shù)規(guī)范性原則4.可持續(xù)發(fā)展性原則5.經(jīng)濟(jì)性原則6.創(chuàng)新性原則7.求適性概念任務(wù)1.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法概述1.1.5電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素1.1.6電子產(chǎn)品的要求及步驟1.電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求1）可靠性2）安全性3）實(shí)用性4）經(jīng)濟(jì)性5）工藝性6）標(biāo)準(zhǔn)化7）延續(xù)性任務(wù)1.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法概述2.電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般步驟任務(wù)1.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法概述4.產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般方法1）頂層設(shè)計(jì)法任務(wù)1.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法概述圖1-2頂層設(shè)計(jì)法的圖示2）底層設(shè)計(jì)法3）頂層與底層綜合設(shè)計(jì)任務(wù)1.1電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法概述圖1-3底層設(shè)計(jì)法的一般步驟任務(wù)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)三種電路基本元件伏安關(guān)系的相量形式及其功率；學(xué)習(xí)正弦交流信號(hào)激勵(lì)下的RLC電路特性；了解諧振電路的分析方法；掌握正弦交流電路中的功率的計(jì)算。能力目標(biāo)：掌握日光燈照明電路的設(shè)計(jì)方法任務(wù)分析在日常生活用電負(fù)載中，大多數(shù)都是感性負(fù)載，為了提高功率因數(shù)，通常并聯(lián)電容器補(bǔ)償。通過日光燈照明電路的設(shè)計(jì)，理解提高功率因數(shù)的意義。任務(wù)1.2日光燈照明電路的設(shè)計(jì)1.2.1電阻、電感與電容元件串聯(lián)的交流電路上圖為電阻、電感和電容的串聯(lián)電路，電路的各元件通過同一電流。電流和各個(gè)電壓的參考方向如圖中所示。任務(wù)1.2日光燈照明電路的設(shè)計(jì)根據(jù)基爾霍夫電壓定律可列出如用相量表示電壓與電流的關(guān)系，則為此式即為基爾霍夫電壓定律的相量表示式。將上式寫成

任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)式中

稱為電路的阻抗，用大寫的Z代表。即在上式中

是阻抗的模，稱為阻抗模，即

阻抗的單位也是歐姆，也具有對(duì)電流起阻礙作用的性質(zhì)。任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)稱為阻抗的輻角，即為電流與電壓之間的相位差。設(shè)電流

為參考正弦量，則電壓

，右圖是電流與各個(gè)電壓的相量圖，阻抗的實(shí)部為“阻”，虛部為“抗”，它表示了電路的電壓和電流之間的關(guān)系，既表示了大小關(guān)系（反映在阻抗模

上）又表示了相位關(guān)系（反映在輻角

上）。任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)對(duì)電感性電路（

），

為正；對(duì)電容性電路（

），

為負(fù)。當(dāng)然，也可以使

，即

，則為電阻性電路。因此，

角的正負(fù)和大小是由電路（負(fù)載）的參數(shù)決定的。1.2.2

功率的計(jì)算電阻、電感和電容元件串聯(lián)的交流電路的瞬時(shí)功率為并可推導(dǎo)出任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)由于電阻元件上要消耗電能，相應(yīng)的平均功率為從相量圖可得出,于是

而電感元件與電容元件要儲(chǔ)放能量，即它們與電源之間要進(jìn)行能量互換，相應(yīng)的無功功率可以計(jì)算出.任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)由上述可知，一個(gè)交流發(fā)電機(jī)輸出的功率不僅與發(fā)電機(jī)的端電壓及其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，則電壓與電流間的相位差

就不同，在同樣電壓U和電流I之下，這時(shí)電路的有功功率和無功功率也就不同。其中稱為功率因數(shù)。

在交流電路中，平均功率一般不等于電壓和電流有效值的乘積，如將兩者的有效值相乘，則得出所謂視在功率S，

即任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)交流電氣設(shè)備是按照規(guī)定了的額定電壓UN和額定電流IN來設(shè)計(jì)和使用的，變壓器的容量就是額定電壓和額定電流的乘積，即所謂額定視在功率

來表示的。視在功率的單位是伏·安（V·A）或千伏·安（kV·A）。由于平均功率P、無功功率Q和視在功率S三者所代表的意義不同，為了區(qū)別起見，各采用不同的單位。這三個(gè)功率之間有一定的關(guān)系，即任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)顯然，它們可以用一個(gè)直角三角形——功率三角形來表示。另外，

，

，

三者之間的關(guān)系以及

，

，

三者之間關(guān)系也都可以用直角三角形表示，它們分別成為阻抗三角形和電壓三角形。功率、電壓和阻抗三角形是相似的，現(xiàn)在把它們同時(shí)表示在圖中。可見，將電壓三角形的有效值同除I得到阻抗三角形，將電壓三角形的有效值同乘I便得到功率三角形。任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意：功率和阻抗不是正弦量，所以不能用相量表示。于是，功率因數(shù)為交流電路中電壓與電流的關(guān)系（大小和相位）有一定的規(guī)律性，是容易掌握的?，F(xiàn)將幾種正弦交流電路中電壓和電流的關(guān)系列入表1-1中，以幫助讀者總結(jié)和記憶。任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)1.2.3阻抗的串聯(lián)與并聯(lián)1.3.1阻抗的串聯(lián)電路任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)(a)阻抗的串聯(lián)(b)等效電路根據(jù)KVL兩邊除以電流則得這就是說，串聯(lián)的阻抗

和

可以用一個(gè)等效的阻抗Z來代替。在多個(gè)阻抗串聯(lián)時(shí)，等效阻抗任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)2阻抗的并聯(lián)電路任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)(a)阻抗的并聯(lián)(b)等效電路根據(jù)基爾霍夫電流定律可寫出它的相量表示式兩個(gè)并聯(lián)的阻抗也可用一個(gè)等效阻抗Z來代替。比較上列兩式，則得或

由此可見，只有等效阻抗的倒數(shù)才等于各個(gè)并聯(lián)阻抗的倒數(shù)之和。任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)1.2.4電路的諧振含有電感和電容元件的無源二端網(wǎng)絡(luò)，在一定條件下，電路呈現(xiàn)電阻性，即電路的等效阻抗為Z0=R，網(wǎng)絡(luò)總電壓u與總電流i同相位，這種工作狀態(tài)就稱為諧振。工作在諧振狀態(tài)下的電路稱為諧振電路，諧振電路在電子技術(shù)與工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。按發(fā)生諧振的電路的不同，諧振現(xiàn)象可分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)1.串聯(lián)諧振在R，L，C元件串聯(lián)的電路中，當(dāng)或

時(shí)，有即電源電壓u與電路中電流i同相，這時(shí)電路中發(fā)生串聯(lián)諧振。式

是發(fā)生串聯(lián)諧振的條件，并由此得出諧振頻率任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)可見只要調(diào)節(jié)L、C或電源頻率f都能使電路發(fā)生諧振。串聯(lián)諧振具有下列特征：(1)電路的阻抗模，其值最小。因此，在電源電壓U不變的情況下，電路中的電流將在諧振時(shí)達(dá)到最大值，即。(2)由于電源電壓與電路中電流同相，因此電路對(duì)電源呈現(xiàn)電阻性。任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)(3)由于XL＝XC，于是UL＝UC

。而

與

相位相反，互相抵消，對(duì)整個(gè)電路不起作用，因此電源電壓

。當(dāng)XL＝XC＞R時(shí)，UL和UC都高于電源電壓U。如果電壓過高時(shí)，可能會(huì)擊穿線圈和電容器的絕緣。因此，在電力工程中一般應(yīng)避免發(fā)生串聯(lián)諧振。但在無線電工程中則常利用串聯(lián)諧振以獲得較高電壓，電容或電感元件上的電壓常高于電源電壓幾十倍或幾百倍。任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)2并聯(lián)諧振圖(a)是線圈RL與電容器C并聯(lián)的電路。當(dāng)發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，電壓u與電流i同相，相量圖如圖(b)所示。任務(wù)一

日光燈照明電路的設(shè)計(jì)(a)電路圖(b)相量