電子課件-《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)(第二版)》-B01-1319-第二章

1、課題一 認(rèn)識(shí)單相正弦交流電 了解電能的生產(chǎn)、 變換與輸送過程了解交流電的主要參數(shù)掌握交流電的基本性質(zhì)任務(wù)一 認(rèn)識(shí)交流電一、 2 2 0V正弦交流電干電池、 蓄電池等提供的是恒定電流, 即大小和方向都不隨時(shí)間變化的電流, 被稱為直流電 (DC)。 而 供 電 系 統(tǒng)向 用 戶 提 供 的 是 交 流 電(AC)。 交流電 的 大 小 和 方 向 是 隨 時(shí) 間 而 變 化 的。若按正弦規(guī)律變化, 稱其為正弦交流電。 如果不作特別說明, 通常所說的交流電都是指正弦交流電,用符號(hào) “” 表示。 由圖可以看出, 輸送到用戶的交流電的電壓是按正弦規(guī)律變化的。若按正弦規(guī)律變化, 稱其為正弦交流電。 如果不

2、作特別說明, 通常所說的交流電都是指正弦交流電,用符號(hào) “” 表示。 圖23 示波器顯示的正弦交流電電壓波形1 . 周期、 頻率、 角頻率 (1) 周期。 交流電每重復(fù)變化一次所需時(shí)間稱為周期, 用符號(hào)T 表示, 單位是秒 (S)。從圖24中可以看出, 輸送到用戶的單相正弦交流電的周期為0 .0 2S。 二、 正弦交流電的三要素圖24 正弦交流電波形(2) 頻率。 交流電在 1s內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)稱為頻率, 用符號(hào) f 表示, 單位是赫茲(Hz)。 根據(jù)定義可知, 周期和頻率互為倒數(shù), 即 (3) 角頻率。 正弦交流電隨時(shí)間的變化關(guān)系也可以用一個(gè)在直角坐標(biāo)系中繞原點(diǎn)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的相量表示,

3、如圖25所示。 交流電每秒變化的角度 (電角度) 稱為角頻率,用符號(hào) 表示, 單位是圖25 用旋轉(zhuǎn)相量表示交流電 2 . 瞬時(shí)值、 最大值和有效值 (1) 瞬時(shí)值。 交流電在某一時(shí)刻的值稱為在這一時(shí)刻交流電的瞬時(shí)值。 分析圖25可知, t=0.005s時(shí), u=220 2V; t=0.01s時(shí), u=0V。 (2) 最大值。交流電在一個(gè)周期所能達(dá)到的最大瞬時(shí)值稱為正弦交流電的最大值, 用Um 表示。 分析圖25可知, 該交流電的最大值為 (3) 有效值。 因?yàn)榻涣麟妷旱拇笮∈请S時(shí)間變化的,所以在研究交流電時(shí), 通常用有效值表示。 有效值規(guī)定為:使交流電和直流電加在同樣阻值的電阻上, 如果在相同

4、時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等, 就把這一直流電的大小叫作相應(yīng)交流電的有效值 (見圖26), 交流電壓的有效值用U 表示。 理論計(jì)算表明, 交流電壓的有效值和最大值之間的關(guān)系為3 . 相位 正弦交流 電 壓 在 任 意 時(shí) 刻 的 電 角 度 稱 為 相 位 角 （或 相 位）, 數(shù) 學(xué) 表 達(dá) 式 為 當(dāng) =0時(shí)的相位稱為初相位。 圖27 初相位為1 2 0 的電壓波形 三、 正弦交流電的常用表示方法在分析和計(jì)算正弦交流電路時(shí), 通常用解析式、 波形圖、 相量圖等幾種方法來表示一個(gè)正弦交流電。 相量圖的具體畫法。 使用相量圖的注意事項(xiàng)。 任務(wù)二 認(rèn)識(shí)單相正弦交流電路 了解三種純電路的概念 了解 RL串

5、聯(lián)電路的特點(diǎn)掌握純電路中電壓與電流的關(guān)系、 功率大小能進(jìn)行純電路的簡(jiǎn)單計(jì)算 一、 純電阻正弦交流電路 如圖28所示的白熾燈電路, 只需考慮電阻 的 作 用, 這種 交 流 電 路 稱 為 純 電 阻 電路。 圖28 白熾燈電路 1. 電流與電壓的相位關(guān)系和數(shù)量關(guān)系 在純電阻電路中, 當(dāng)外電壓已確定時(shí), 影響電流大小的主要因素是電阻, 實(shí)驗(yàn)證明, 在任一瞬間通過電阻的電流i仍然符合歐姆定律, 即 2. 功率 在任一瞬間, 電阻中電流的瞬時(shí)值與同一瞬間電阻兩端電壓的瞬時(shí)值的乘積稱為電阻獲得的瞬時(shí)功率, 用pR 表示, 即 圖29 白熾燈電路的電流、 電壓和功率 a) 相量圖 b) 波形圖 c) 功

6、率曲線圖 如圖21 0所示為常見的幾種電感線圈。 如果將圖28中的白熾燈換成一個(gè)電感線圈,那么就組成了純電感電路, 如圖21 1所示。 二、 純電感正弦交流電路 圖21 0 電感線圈 圖21 1 純電感電路 圖21 2 電感線圈接通電源 圖21 3 電感線圈斷開電源 感抗是用來表示電感線圈對(duì)交流電流起阻礙作用的一個(gè)物理量。 電感線圈的感抗可用下式計(jì)算 式中 正弦交流電的角頻率;L 線圈的電感, 單位是亨利。 1. 電流與電壓的相位關(guān)系與數(shù)量關(guān)系 在純電感電路中, 電流和電壓的有效值之間仍然符合歐姆定律, 即 2. 功率 純電感電路的瞬時(shí)功率為 圖21 4 純電感電路的電流、 電壓和功率 a)

7、電流、 電壓波形圖 b) 電流、 電壓相量圖 c) 功率曲線圖 兩個(gè)互相絕緣而又靠得很近的導(dǎo)體就組成了電容器, 如圖21 5所示為電解電容器結(jié)構(gòu)圖。 三、 純電容正弦交流電路 圖21 5 電解電容器的結(jié)構(gòu) 圖21 6 純電容電路 電容器的容抗可用下式計(jì)算: 1. 電流與電壓的相位關(guān)系和數(shù)量關(guān)系 計(jì)算公式為 純電容電路中, 電流與電壓的有效值之間也符合歐姆定律, 即 2. 功率 純電容電路的瞬時(shí)功率為 任務(wù)三 驗(yàn)電筆和萬用表的使用 掌握火線、 零線和地線的概念掌握墻壁插座的接線方法能用驗(yàn)電筆檢測(cè)墻壁插座能用萬用表測(cè)交流電壓 在住宅、 賓館、 辦公室、 教室等場(chǎng)合都要安裝墻壁插座(見圖22 1),

8、 用于連接電視、 洗衣機(jī)、 計(jì)算機(jī)、 電風(fēng)扇等各種電器。 圖22 1 墻壁插座一、 火線、 零線和地線 圖22 2 火線與零線 進(jìn)戶的兩條輸電線中, 有一根帶電的導(dǎo)線稱為火線 (相線),另外一根不帶電的導(dǎo)線稱為零線, 火線與零線共同組成供電回路, 如圖22 2所示。 當(dāng)電氣設(shè)備沒有接地要求時(shí), 如臺(tái)燈、 電視機(jī)等, 可用單相二線插座, 單相二線插座的兩個(gè)接線柱分別接火線和零線, 順序是左側(cè)插孔接零線, 右側(cè)插孔接火線, 即 “左零右火”。 二、 墻壁插座的接線要求 圖223 單相三線制墻內(nèi)接線頭 圖224 插座的電特性 使用驗(yàn)電筆時(shí), 握筆的方法見表21, 注意要用筆尖接觸被測(cè)的導(dǎo)體, 而手指

9、千萬不要碰到筆尖的金屬部分。 常用驗(yàn)電筆有筆式和旋具式兩種, 它由筆尖金屬體 (或旋具)、電阻、氖管、筆身、筆尾金屬體、彈簧等組成 (見圖225)。 三、 驗(yàn)電筆的使用方法圖22 5 驗(yàn)電筆組成和結(jié)構(gòu) 1筆尾金屬體 2彈簧 3小窗 4氖管 5高電阻 6筆尖金屬體 任務(wù)實(shí)施一、 用驗(yàn)電筆檢測(cè)墻壁插座 檢查驗(yàn)電筆好壞 (1) 外觀檢查。 檢查驗(yàn)電筆里有無安全電阻, 電筆是否有損壞, 有無受潮或進(jìn)水, 檢查合格后才能使用。 (2) 檢查驗(yàn)電筆氖管能否正常發(fā)光, 以防造成錯(cuò)誤判斷, 引起觸電事故。 2. 用驗(yàn)電筆對(duì)插座進(jìn)行驗(yàn)電（1）檢驗(yàn)火線。 (2) 檢驗(yàn)零線和地線。3. 用驗(yàn)電筆測(cè)量教室、 宿舍、

10、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的5個(gè)墻壁插座,并將測(cè)量到的結(jié)果填入表22 圖22 6 用驗(yàn)電筆對(duì)插座進(jìn)行驗(yàn)電 a) 檢驗(yàn)火線 b) 檢驗(yàn)零線 c) 檢驗(yàn)地線 1. 萬用表測(cè)量前的調(diào)整 2. 用萬用表測(cè)量插座電壓 如圖227所示為用萬用表測(cè)量墻壁插座電壓。 二、 用萬用表測(cè)交流電壓 圖22 7 用萬用表測(cè)量墻壁插座電壓 3. 用萬用表測(cè)量教室、 宿舍、 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的5個(gè)墻壁插座, 并將測(cè)量到的結(jié)果填入表23。4. 測(cè)量完畢后的操作 課題二 認(rèn)識(shí)三相正弦交流電 任務(wù)一 認(rèn)識(shí)三相交流電源 了解三相交流電的線電壓和相電壓認(rèn)識(shí)三相交流電路的電壓波形圖認(rèn)識(shí)三相四線制插座, 能用萬用表進(jìn)行各插孔間的電壓測(cè)量 在實(shí)習(xí)車間, 如果留意

11、觀察, 會(huì)看到很多電源配電箱, 如圖22 8所示為某一實(shí)習(xí)場(chǎng)所的電源配電箱。 圖22 8 實(shí)習(xí)場(chǎng)所的電源配電箱 1三根電源進(jìn)線 2開啟式負(fù)荷開關(guān) 一、 認(rèn)識(shí)三相交流電路 在低電壓供電時(shí), 多采用三相四線制或三相五線制, 如圖22 9所示。 圖22 9 三相交流線路 a) 三相四線制 b) 三相五線制 三相四線制供電線路中, 有三根相線 (U、 V、 W, 又稱火線) 和一根零線 (N)。 兩根火線之間的電壓為3 8 0V, 稱其為線電壓; 任何一根火線和零線之間的電壓為2 2 0V, 稱其為相電壓, 如圖23 0所示。 圖23 0 相電壓與線電壓 三相交流電的電壓波形如圖23 1所示。 二、

12、分析三相交流電路的電壓波形圖 圖23 1 三相交流電的電壓波形 分析圖23 1, 三相交流電的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 三、 認(rèn)識(shí)三相四線制插座 三相四線制插座如圖23 2所示, 其左、 上、 右的插孔接相線, 下側(cè)的插孔接零線。 圖232 三相四線制插座 用萬用表對(duì)各插孔進(jìn)行電壓測(cè)量, 將測(cè)量結(jié)果填入表24。 任務(wù)實(shí)施任務(wù)二 認(rèn)識(shí)星形聯(lián)結(jié)的三相負(fù)載 認(rèn)識(shí)星形聯(lián)結(jié)接線圖能計(jì)算通過燈泡的電流和通過零線的電流能計(jì)算三相負(fù)載的功率, 學(xué)會(huì)選用合適的負(fù)載 在3 8 0 / 2 2 0V 的三相四線制交流電源上, 連接三盞額定電壓為2 2 0V、 電阻為12 1 0的燈泡。(1) 三盞燈應(yīng)如何連接才能滿足額定電壓為

13、2 2 0V 的要求? (2) 如何計(jì)算線路瞬時(shí)電流、 有效電流、 通過零線的電流和三相負(fù)載的總功率? 本任務(wù)將學(xué)習(xí)星形聯(lián)結(jié)的三相負(fù)載的相關(guān)知識(shí)。 一、 負(fù)載的接線方式 負(fù)載如果接成如圖23 3所示的形式, 則每相負(fù)載的電壓為2 2 0V, 這種接法稱為星形聯(lián)結(jié)(常用 “Y” 標(biāo)記)。 圖23 3 三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié) 由以上公式可知, 在星形接法的三相對(duì)稱負(fù)載中, 通過各相負(fù)載的瞬時(shí)電流的相位也相差1 2 0 。 二、 負(fù)載的瞬時(shí)電流 由于三個(gè)負(fù)載是對(duì)稱的, 所以通過負(fù)載的有效電流也相同, 為 三、 負(fù)載的有效電流 四、 通過零線的電流 負(fù)載各相電流的相量如圖23 4所示, 負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí),

14、通過零線的電流為各相電流的相量和。 圖23 4 三相對(duì)稱負(fù)載的電流相量圖 在三相交流電路中, 三相負(fù)載消耗的總功率為各相負(fù)載消耗的功率之和, 即 五、 三相負(fù)載的功率 (1) 將燈泡接于一根相線和零線之間, 正好能滿足燈泡的額定電壓為2 2 0V 的要求。 (2) 根據(jù)電流的計(jì)算公式可以得出 任務(wù)實(shí)施任務(wù)三 認(rèn)識(shí)三角形聯(lián)結(jié)的三相負(fù)載 認(rèn)識(shí)三角形聯(lián)結(jié)接線圖 能計(jì)算通過各相負(fù)載的電流和各相線的電流能計(jì)算三相負(fù)載的功率, 學(xué)會(huì)選用合適的負(fù)載 在熱處理車間, 要用到三相電阻爐, 其額定電壓為3 8 0V, 它有三個(gè)功率為50 0 0 W 的發(fā)熱電阻, 若接在380/220V 三相四線制的交流電源上, 則(1) 負(fù)載該如何連接, 才能滿足3 8 0V 額定電壓的要求?(2) 通過各相負(fù)載的電流和通過相線的電流為多少? 一、 負(fù)載的連接方式 在三相四線制系統(tǒng)中,