《電工電子技術(shù)》課件 項目三 日光燈電路分析

日光燈電路分析目三項認(rèn)識交流電分析單一參數(shù)元件正弦交流電路任務(wù)1任務(wù)2目錄CONTENTS分析日光燈電路任務(wù)3任務(wù)1認(rèn)識交流電一、直流電和交流電

交流電與直流電的區(qū)別在于：直流電的方向不隨時間變化，而交流電的大小和方向隨時間作周期性變化，如果其變化按正弦規(guī)律進(jìn)行，則它在一個周期內(nèi)的平均值為零。二、正弦交流電的三要素瞬時值、最大值和有效值是反映交流電大小的物理量。1.瞬時值、最大值和有效值（1）瞬時值交流電在某一時刻的值稱為瞬時值。瞬時值用小寫字母表示，例如：、、分別表示電壓、電流、電動勢的瞬時值。（2）最大值瞬時值中最大的值稱為最大值，也稱為幅值、峰值或振幅。最大值用大寫字母加下標(biāo)m表示，例如：、、分別表示電壓、電流、電動勢的最大值。（3）有效值交流電的瞬時值是隨時間而變化的，不便于用它表示正弦量的大小。工程上常用有效值來計量正弦量的大小。有效值用大寫字母表示，例如：、、分別表示電壓、電流、電動勢的有效值。正弦交流電的有效值與最大值之間的關(guān)系如下正弦電動勢、電壓、電流的瞬時值表達(dá)式為2.周期、頻率和角頻率周期、頻率和角頻率是反映交流電變化快慢的物理量。（1）周期交流電完成一次周期性變化所需的時間稱為周期。用符號T表示，單位為秒（s）。（2）頻率交流電在單位時間（1s）內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)稱為頻率。用符號f表示，單位為赫茲（Hz）。周期與頻率的關(guān)系為互為倒數(shù)關(guān)系，即（3）角頻率交流電在單位時間（1s）內(nèi)角度的變化量稱為角頻率。用符號表示，單位為弧度/秒（）。角頻率、頻率和周期的關(guān)系（1）相位正弦交流電的表達(dá)式中稱為交流電的相位3.相位、初相位和相位差（3）相位差（2）初相位時，稱為初相位。單位為弧度（）或度（°）。初相可以為正、負(fù)或零。為了避免混亂，規(guī)定初相角的取值為。在交流電路中常引用“相位差”這個概念來描述兩個同頻正弦量之間的相位關(guān)系，即兩個同頻正弦量相位之差，用

表示。相位差的取值范圍也為。相位差也是它們的初相位之差，與時間無關(guān)。三、正弦交流電的表達(dá)形式1.解析法2.波形圖法3.旋轉(zhuǎn)矢量法用相量表示的加、減運(yùn)算可以按平行四邊形法則進(jìn)行運(yùn)算用相量表示的加、減運(yùn)算可以按平行四邊形法則進(jìn)行運(yùn)算有三個同頻率的正弦量為、、，請繪制它們的最大值相量圖。任務(wù)2分析單一參數(shù)元件正弦交流電路一、純電阻電路1.電壓與電流的關(guān)系只含有電阻元件的交流電路稱為純電阻電路，由白熾燈、電烙鐵、電阻器等組成的交流電路都可看成是純電阻電路。當(dāng)外加電壓一定時，在純電阻電路中影響電流大小的主要因素是電阻R。（1）相位關(guān)系設(shè)電流根據(jù)歐姆定律在純電阻電路中，電壓與電流是同頻率、同相位的正弦量。（2）數(shù)量關(guān)系最大值 有效值 或或2.電阻電路的功率（1）瞬時功率在任一瞬間電壓與電流瞬時值的乘積稱為瞬時功率，用p表示，即

結(jié)論：③

與成比例①

說明電阻為耗能元件②

隨時間變化（2）平均功率（有功功率）在工程上，常用平均功率表示電阻消耗功率的大小。瞬時功率在一個周期內(nèi)的積分稱為平均功率，又稱有功功率，用大寫字母P表示，即有功功率的單位為瓦特（W），簡稱瓦。常用單位還有千瓦（kW）和毫瓦（mW）。二、純電感電路由純電感組成的交流電路稱為純電感電路1.電壓與電流的關(guān)系（1）相位關(guān)系設(shè)電流電感元件上的電壓電流瞬時值關(guān)系為在純電感電路中，電壓與電流頻率相同，但在相位上電壓超前電流（2）數(shù)量關(guān)系最大值 有效值 或或令或得是表示電感線圈對交流電流阻礙作用大小的一個物理量，稱為感抗，單位為歐姆（Ω

）。與電感L和頻率f成正比。f→∞，則XL→∞，此時電感可視為開路（斷路）f=0（直流），則XL=0，此時電感可視為短路電感有“通直流，阻交流”和“通低頻、阻高頻”的特性。2.電感電路的功率（1）瞬時功率（2）平均功率（有功功率）以電流為正弦參考量，則電感兩端的電壓為由上式可知，電感元件的瞬時功率既可以為正，也可以為負(fù)。p>0，電感元件相當(dāng)于負(fù)載，從電源吸收電能，并轉(zhuǎn)化為磁場能儲存起來；p<0，電感元件又將儲存的磁場能釋放出來，轉(zhuǎn)換成電能。結(jié)論：純電感不消耗能量，只和電源進(jìn)行能量交換（能量的吞吐）。（3）無功功率電感元件雖不消耗功率，但與電源之間有能量交換，占用電源設(shè)備的容量。為了衡量這種能量交換的速度，引入無功功率，它是瞬時功率的最大值，用大寫字母Q表示，為了與有功功率相區(qū)別，無功功率的單位為乏（）或千乏（），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為“無功”的含義是“交換”而不是“消耗”，它是相對“有功”而言的，不能理解為“無用”。無功功率在生產(chǎn)實踐中占有很重要的地位，具有電感性質(zhì)的變壓器、電動機(jī)等設(shè)備都是靠電磁轉(zhuǎn)換工作的。三、純電容電路在交流電路中，如果只用電容器作負(fù)載，而且電容器的絕對電阻很大，介質(zhì)的損耗可以忽略，那么這個電路就稱為純電容電路1.電壓與電流的關(guān)系（1）相位關(guān)系設(shè)電壓電容元件上的電壓電流瞬時值關(guān)系為在純電容電路中，電壓與電流頻率相同，但在相位上電流超前電壓（2）數(shù)量關(guān)系最大值 有效值 或或令或得是表示電容器對交流電流阻礙作用大小的一個物理量，稱為容抗，單位為歐姆（Ω

）。與電容c和頻率f成反比。f→∞，則Xc→0，此時電容可視為短路；

f=0（直流），則Xc→∞，此時電路視為開路。電容元件具有“通高頻阻低頻”或“通交流隔直流”的作用。2.電容電路的功率（1）瞬時功率（2）平均功率（有功功率）以電壓為正弦參考量，則電容兩端的電流為由上式可知，電容元件的瞬時功率既可以為正，也可以為負(fù)。p>0，電容元件相當(dāng)于負(fù)載，從電源吸收電能，并轉(zhuǎn)化為電場能儲存起來；p<0，電容元件又將儲存的電場能釋放出來，轉(zhuǎn)換成電能。結(jié)論：純電容不消耗能量，只和電源進(jìn)行能量交換（能量的吞吐）。（3）無功功率任務(wù)3分析日光燈電路當(dāng)線圈的電阻不能忽略時，就構(gòu)成了由電阻R和電感L串聯(lián)的交流電路，簡稱RL串聯(lián)電路。工廠里常見的電動機(jī)、變壓器和日常生活中的日光燈等都可以看成是一個電阻與電感串聯(lián)的電路。

本項目要進(jìn)行分析的日光燈電路中，燈管視為電阻，鎮(zhèn)流器視為一個有電阻的電感元件，將鎮(zhèn)流器的電阻與燈管的電阻合為一個總電阻，鎮(zhèn)流器就可視為無電阻的電感元件，其電路圖可簡化為如圖所示，故日光燈電路經(jīng)簡化后為RL串聯(lián)電路。

一、電壓與電流關(guān)系1.相位關(guān)系以正弦電流為參考正弦值則電阻兩端電壓為電感線圈兩端的電壓為電路的總電壓為作出電流和電壓的相量圖、、構(gòu)成直角三角形，可以得到電壓間的數(shù)量關(guān)系為總電壓的相位超前電流2.數(shù)量關(guān)系在RL串聯(lián)電路中即則在RL串聯(lián)電中，電流與電壓的數(shù)量關(guān)系為令

Z稱為電路的阻抗，它表示電阻和電感串聯(lián)電路對交流電的總阻礙作用，單位為歐姆（Ω）。電阻R、感抗L和阻抗Z三者之間也構(gòu)成一個三角形，稱為阻抗三角形

二、RL串聯(lián)電路的功率1.有功功率由于電阻是耗能元件，而電感是儲能元件，因此在串聯(lián)電路中的功率既有有功功率，又有無功功率。由則2.無功功率由則視在功率定義為輸出的總電流與總電壓有效值的乘積，用S表示，單位為伏?安（V

?A

)或千伏?安（k

V?A

），即3.視在功率有功功率、無功功率與視在功率三者之間的關(guān)系也構(gòu)成一個三角形，稱為功率三角形4.功率因數(shù)由功率三角形可知，電源提供的功率不能被感性負(fù)載完全吸收。為了反映電源的利用率，常把有功功率與視在功率的比值稱為電路的功率因數(shù)，用λ

表示，即在電源提供的功率為定值時，電路的功率因數(shù)越大，則電路的有功功率就越大，兩者成正比，即電源所發(fā)出的電能轉(zhuǎn)換為熱能或機(jī)械能就越多，而電源與電感或電容之間相互交換的能量就越少，電源的利用率就越高。目前提高電路的功率因數(shù)常采用以下