課題2 正弦交流電路

課題二正弦交流電路1.理解正弦交流電的基本概念及正弦交流電的三要素。2.掌握單一參數(shù)電路的電壓、電流大小及相位關(guān)系。3.了解RL串聯(lián)電路的特點(diǎn)。4.掌握三相交流電路中三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)和中性線的作用。5.了解三相交流電路中三相對(duì)稱負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)方式和三相電功率的概念。6.掌握電能的測(cè)量方法，能正確使用和安裝單相電能表。7.能識(shí)別和檢測(cè)電感和電容元件。圖3-1交流發(fā)電機(jī)模型任務(wù)一認(rèn)識(shí)單相正弦交流電圖3-1所示為一個(gè)最簡(jiǎn)單的交流發(fā)電機(jī)模型，它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的。課題三正弦交流電路1.交流電的產(chǎn)生和表示方法圖3-2交流電壓隨時(shí)間變化的波形知識(shí)鏈接圖3-2所示為交流電壓隨時(shí)間變化的波形。任務(wù)一認(rèn)識(shí)單相正弦交流電課題三正弦交流電路圖3-3交流電的有效值(1)瞬時(shí)值、最大值和有效值2.正弦交流電的三要素1)瞬時(shí)值。

2)最大值。任務(wù)一認(rèn)識(shí)單相正弦交流電課題三正弦交流電路3)有效值。正弦交流電的有效值和最大值之間有如下關(guān)系（見右側(cè)）2.正弦交流電的三要素任務(wù)一認(rèn)識(shí)單相正弦交流電課題三正弦交流電路(2)周期、頻率和角頻率1)周期。

2)頻率。3)角頻率。2.正弦交流電的三要素任務(wù)一認(rèn)識(shí)單相正弦交流電課題三正弦交流電路(3)相位與初相位1)相位。

2)初相位。2.正弦交流電的三要素任務(wù)一認(rèn)識(shí)單相正弦交流電課題三正弦交流電路1.正弦交流電在0.1s時(shí)間內(nèi)變化了5次，那么它的周期等于

，頻率等于

。

2.我國(guó)民用交流電壓的頻率為

Hz，有效值為

V。

3.正弦交流電的三要素是

、

、

。

4.已知一正弦交流電流最大值是50A，頻率為50Hz，初相位為120°，則其解析式為

。5.已知某電路電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i=14.14sin(314t+30°)A，問：(1)該電流的最大值、有效值各是多少？(2)周期、頻率各為多少？(3)初相角是多少？思考與練習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)單相正弦交流電課題三正弦交流電路1.純電阻電路圖3-5純電阻電路知識(shí)鏈接僅由電阻元件組成的電路叫純電阻電路，如圖3-5所示。任務(wù)二單一元件交流電路和元件的識(shí)別與檢測(cè)課題三正弦交流電路電壓與電流同相位電阻和電壓有效值之間的關(guān)系它們之間的關(guān)系是符合歐姆定律的，即

平均功率交流電通過電阻時(shí)，電阻從電源吸取電能，把它轉(zhuǎn)換成熱能，所以電阻元件是耗能元件。

1.純電阻電路任務(wù)二單一元件交流電路和元件的識(shí)別與檢測(cè)課題三正弦交流電路2.純電感電路圖3-6純電感電路在交流電路中，如果只有電感線圈作負(fù)載，而且線圈的電阻和分布電容均可忽略不計(jì)，這樣的電路成為純電感電路，如圖3-6所示。任務(wù)二單一元件交流電路和元件的識(shí)別與檢測(cè)課題三正弦交流電路純電感電路中，電感兩端的電壓超前電流90°。感抗和電壓有效值之間的關(guān)系是符合歐姆定律的，即3)無功功率。2.純電感電路任務(wù)二單一元件交流電路和元件的識(shí)別與檢測(cè)課題三正弦交流電路3.純電容電路1)純電容電路中，電容兩端的電壓滯后電流90°。

2)容抗和電壓有效值之間的關(guān)系是符合歐姆定律的，即

3)無功功率。圖3-7純電容電路在交流電路中，僅由電容元件組成的電路叫做純電容電路，如圖3-7所示。任務(wù)二單一元件交流電路和元件的識(shí)別與檢測(cè)課題三正弦交流電路1.電容器和電阻器都是構(gòu)成電路的基本元件，但它們?cè)陔娐分兴鸬淖饔脜s是不同的，從能量上來看，電容器是一種

元件，而電阻器則是

元件。

2.在純電感交流電路中，電感兩端的電壓

電流π/2，在純電容電路中，電容兩端的電壓

電流π/2。思考與練習(xí)任務(wù)二單一元件交流電路和元件的識(shí)別與檢測(cè)課題三正弦交流電路3.一個(gè)220V、60W的燈泡接在u=220sin(314t+30°)V的電源上，求流過燈泡的電流，并寫出電流的瞬時(shí)表達(dá)式。4.將一個(gè)阻值為48.4Ω的電爐，接到電壓為u=220sin(ωt-60°)的電源上，求:(1)通過電爐的電流為多少?寫出電流的解析式；(2)電爐消耗的功率是多少？5.當(dāng)R=2Ω的電阻通入交流電，已知交流電流的表達(dá)式為i=4sin(314t-45°)A，則電阻上消耗的功率是多少?思考與練習(xí)任務(wù)二單一元件交流電路和元件的識(shí)別與檢測(cè)課題三正弦交流電路1.電能表圖3-8單相電能表的銘牌任務(wù)三配電板和白熾燈照明電路的安裝知識(shí)鏈接圖3-8所示的為最常用的一種交流感應(yīng)式電能表。課題三正弦交流電路1)根據(jù)測(cè)量任務(wù)選擇電能表的形式。

2)根據(jù)負(fù)載的電壓和電流數(shù)值選擇電能表的額定電壓和額定電流。

3)單相電能表的選用必須與用電器總功率相適應(yīng)。表3-1不同規(guī)格電能表可裝用電器的最大功率1.電能表電能表的選用任務(wù)三配電板和白熾燈照明電路的安裝課題三正弦交流電路2.單相電能表的接線方法圖3-9單相電能表接線

a)單相電能表接線盒b)單相電能表接線圖任務(wù)三配電板和白熾燈照明電路的安裝課題三正弦交流電路圖3-10單相電能表經(jīng)電

流互感器的接線任務(wù)三配電板和白熾燈照明電路的安裝課題三正弦交流電路3.電能表的使用與維護(hù)1)電能表的安裝環(huán)境應(yīng)清潔、無腐蝕性氣體、無劇烈振動(dòng)；距地面高度，明裝不低于1.8m，暗裝不低于1.4m。

2)為保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，電能表必須嚴(yán)格垂直裝設(shè)，并在額定電壓、額定電流和額定頻率下工作。

任務(wù)三配電板和白熾燈照明電路的安裝課題三正弦交流電路1)根據(jù)圖3-11所示的電路，結(jié)合實(shí)際元器件和基板的大小，規(guī)劃布置元器件。圖3-11安裝電路安裝配電板和白熾燈照明電路任務(wù)三配電板和白熾燈照明電路的安裝課題三正弦交流電路①兩個(gè)進(jìn)線端分別接電源的相線和中性線。相線和中性線的判別可以采用驗(yàn)電筆測(cè)試，如圖3-12所示。用測(cè)電筆正確搭接電源兩端，凡是使測(cè)電筆氖管發(fā)光的即為相線，不能使氖管發(fā)光的即為中性線。

②兩個(gè)出線端分別接負(fù)載，注意要求先通過開關(guān)再接負(fù)載，且使開關(guān)位于相線一側(cè)，如圖3-11所示。

3)完成組裝接線后，自查組裝及接線的正確性。

4)經(jīng)教師檢查接線無誤后，合上開關(guān)接通電源，接上負(fù)載，觀察電能表表盤的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。

5)任務(wù)完成后，切斷電源，整理現(xiàn)場(chǎng)。2)接線。任務(wù)三配電板和白熾燈照明電路的安裝課題三正弦交流電路圖3-12判別相線和中性線任務(wù)三配電板和白熾燈照明電路的安裝課題三正弦交流電路1.RL串聯(lián)電路(1)阻抗Z在串聯(lián)電路中，電阻、電感共同對(duì)電流的阻礙作用用阻抗Z表示，阻抗Z的單位為Ω，計(jì)算公式為

(2)電流和電壓之間的關(guān)系理論和實(shí)驗(yàn)證明，RL串聯(lián)電路的電流

(3)功率在RL串聯(lián)電路中，電阻消耗的功率為總電路的有功功率，即

(4)功率因數(shù)在RL串聯(lián)電路中，既有耗能元件電阻，又有儲(chǔ)能元件電感。知識(shí)鏈接任務(wù)三RL串聯(lián)電路和熒光燈電路的安裝課題三正弦交流電路圖3-13RL

串聯(lián)電路任務(wù)三RL串聯(lián)電路和熒光燈電路的安裝課題三正弦交流電路2.熒光燈電路(1)熒光燈的組成熒光燈主要由燈管、鎮(zhèn)流器、輝光啟動(dòng)器等部分組成，如圖3-14所示。

(2)主要工作過程當(dāng)熒光燈開關(guān)閉合后，電源電壓全部加在輝光啟動(dòng)器的兩極之間，輝光啟動(dòng)器兩電極產(chǎn)生輝光放電，使雙金屬動(dòng)觸片受熱膨脹而與靜觸片接觸。

任務(wù)三RL串聯(lián)電路和熒光燈電路的安裝課題三正弦交流電路圖3-14熒光燈的組成部件1)燈管。

2)鎮(zhèn)流器。

3)輝光啟動(dòng)器。任務(wù)三RL串聯(lián)電路和熒光燈電路的安裝課題三正弦交流電路圖3-15熒光燈

的等效電路任務(wù)三RL串聯(lián)電路和熒光燈電路的安裝課題三正弦交流電路安裝熒光燈電路1)熒光燈的接線如圖3-16所示。

2)按圖3-16組裝熒光燈燈具并接線。

①用導(dǎo)線把輝光啟動(dòng)器座上的兩個(gè)接線柱分別與兩個(gè)燈座中的一個(gè)接線柱連接。

②把一個(gè)燈座中余下的另一個(gè)接線柱與電源的中性線相連接，另一燈座中余下的另一個(gè)接線柱與鎮(zhèn)流器的一個(gè)接頭連接。

③鎮(zhèn)流器另一個(gè)接頭與開關(guān)的一個(gè)接線柱連接，而開關(guān)另一個(gè)接線柱與電源相線連接。

任務(wù)三RL串聯(lián)電路和熒光燈電路的安裝課題三正弦交流電路圖3-16熒光燈的接線任務(wù)三RL串聯(lián)電路和熒光燈電路的安裝課題三正弦交流電路任務(wù)三RL串聯(lián)電路和熒光燈電路的安裝課題三正弦交流電路使用日光燈時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：（1）使用日光燈要注意避免頻繁啟動(dòng)。目光燈壽命一般不少于3000小時(shí)，其條件是每啟動(dòng)一次連續(xù)點(diǎn)燃3小時(shí)。隨著每啟動(dòng)一次連續(xù)點(diǎn)燃時(shí)間的長(zhǎng)短，燈管的壽命也相對(duì)延長(zhǎng)或縮短。因?yàn)槊繂?dòng)一次，燈管的燈絲受高壓沖擊，啟動(dòng)時(shí)的電流是正常點(diǎn)燃時(shí)電流的2～3倍。啟動(dòng)加速了燈絲上電子發(fā)射物質(zhì)的消耗，當(dāng)燈絲上的電子發(fā)射物質(zhì)消耗盡了，燈管的壽命也就完了。若啟動(dòng)一次，只讓燈點(diǎn)燃1小時(shí)，燈管的壽命縮短到70％以下。所以使用日光燈時(shí)要盡量避免不合理的頻繁啟動(dòng)。（2）電源電壓高與低也會(huì)縮短日光燈的使用壽命。電壓高于日光燈正常工作電壓時(shí)，無疑使流過燈管的電流加大，燈絲的損耗加速，縮短了燈管的壽命。另外，這種情況還會(huì)使鎮(zhèn)流器過熱，造成絕緣物外溢或絕緣損壞而發(fā)生短路事故。但電壓低于日光燈正常工作電壓，也會(huì)使燈管的壽命縮短。因這時(shí)燈絲的預(yù)熱溫度低，啟動(dòng)困難，頻繁的閃亮，使燈絲的損耗太大。因此，在電壓高的地方要采取適當(dāng)?shù)慕祲捍胧?，如果接扼流圈或暫時(shí)改變鎮(zhèn)流器的配套關(guān)系（40瓦燈管暫用30瓦鎮(zhèn)流器等）；還要注意在用電高峰時(shí)減少啟動(dòng)次數(shù)。在電壓低的地方，可在鎮(zhèn)流器兩端并接高感抗線圈來解決啟動(dòng)困難問題，或用鎮(zhèn)流器遞增的方法暫時(shí)改變與燈管的配套關(guān)系。（3）在正常電壓下，燈管與鎮(zhèn)流器要配套使用。否則會(huì)使流過燈管的電流不正常，造成不必要的損失，或造成啟動(dòng)困難，啟儲(chǔ)器反復(fù)跳動(dòng)方可點(diǎn)燃燈管，這使燈絲受離子轟擊的機(jī)會(huì)增多，加速了燈管的老化。3)完成組裝接線后，自查組裝及接線的正確性。4)經(jīng)教師檢查接線無誤后，合上開關(guān)接通電源。

5)任務(wù)完成后，切斷電源，整理現(xiàn)場(chǎng)。安裝熒光燈電路任務(wù)三RL串聯(lián)電路和熒光燈電路的安裝課題三正弦交流電路什么是對(duì)稱三相交流電？對(duì)稱三相正弦電壓是由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，它們的頻率相同、振幅相等、相位彼此相差120°，我們把這樣一組正弦電壓稱為對(duì)稱三相正弦電壓。

任務(wù)五認(rèn)識(shí)三相交流電課題三正弦交流電路三相分別稱為U相、V相和W相，三相電源的始端（也叫相頭）分別標(biāo)以U1、V1、W1，末端（也叫相尾）分別標(biāo)以U2、V2、W2，如左圖所示。對(duì)稱三相電壓解析式為(2-27)相量表示為(2-28)圖3-17三相交流發(fā)電機(jī)示意圖任務(wù)五認(rèn)識(shí)三相交流電課題三正弦交流電路1.三相交流電的產(chǎn)生(1)三相交流電的產(chǎn)生三相交流電是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。(2)三相交流電的特點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)中，電能的輸送、分配基本上采用的都是三相交流電，這是因?yàn)槿嘟涣麟娕c單相交流電相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)在體積相同的條件下，三相交流發(fā)電機(jī)輸出的功率比單相發(fā)電機(jī)大。

知識(shí)鏈接任務(wù)五認(rèn)識(shí)三相交流電課題三正弦交流電路(3)

相序三相電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化,它們到達(dá)最大值(或零值)的先后次序稱為相序。正序：U-V-W-U

負(fù)序：U-W-V-U2)三相發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和制造不比單相發(fā)電機(jī)復(fù)雜多少，并且使用和維護(hù)均較方便，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比單相發(fā)電機(jī)的振動(dòng)要小。

3)在同樣條件下輸送同樣大的功率時(shí)，特別是遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，三相輸電可比單相輸電節(jié)省電線材料。

4)從三相電力系統(tǒng)中可以很方便地獲得3個(gè)獨(dú)立的單相交流電，可以滿足只需使用單相交流電的場(chǎng)合。任務(wù)五認(rèn)識(shí)三相交流電課題三正弦交流電路圖3-18三相正弦交流電的

電動(dòng)勢(shì)波形圖任務(wù)五認(rèn)識(shí)三相交流電課題三正弦交流電路2.三相四線制(1)中性點(diǎn)、中性線和零線三相四線制是把三相發(fā)電機(jī)繞組的3個(gè)末端U2、V2、W2連接在一起，成為一個(gè)公共端點(diǎn)，又稱為中性點(diǎn)，用符號(hào)“N”表示。圖3-19中性點(diǎn)、中性線和零點(diǎn)、零線

a)中性點(diǎn)、中性線b)零點(diǎn)、零線任務(wù)五認(rèn)識(shí)三相交流電課題三正弦交流電路圖3-20三相四線制電路

a)三相繞組的聯(lián)結(jié)b)中性線和相線2.三相四線制任務(wù)五認(rèn)識(shí)三相交流電課題三正弦交流電路(2)相電壓和線電壓三相四線制供電系統(tǒng)可輸送兩種電壓，即相電壓和線電壓。

1)相電壓。2)線電壓是指相線與相線之間的電壓，通用符號(hào)用“UL”表示。線電壓與相電壓之間的數(shù)量關(guān)系為：2.三相四線制任務(wù)五認(rèn)識(shí)三相交流電課題三正弦交流電路3．三相電源的三角形聯(lián)結(jié)

如下圖所示，將三相電源的相頭和相尾依次聯(lián)結(jié)，從三角形的三個(gè)頂點(diǎn)引出三根線作為輸電線，這種聯(lián)接方式稱為三角形聯(lián)接。

由圖2-37可以看出，三相電源三角形聯(lián)接時(shí)各線電壓就是對(duì)應(yīng)的相電壓。圖3-21三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)任務(wù)六三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)課題三正弦交流電路三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)任務(wù)六三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)按圖3-22將負(fù)載接成星形聯(lián)結(jié)。圖3-22演示實(shí)驗(yàn)圖課題三正弦交流電路表3-2三相對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)數(shù)據(jù)記錄任務(wù)六三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)課題三正弦交流電路2)三相對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，各相負(fù)載相電壓

(相等/不相等)，均等于電源

(相電壓/線電壓)。

3)三相對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，中性線電流

(為零/不等于零)，去掉中性線或中性線斷開，

(會(huì)/不會(huì))影響電路的正常工作。1)三相對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時(shí)，流過三相對(duì)稱負(fù)載的各相電流

(相等/不相等)，線電流的大小(等于/不等于)相電流，即IYL

IYP。任務(wù)六三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)課題三正弦交流電路表3-3三相不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)數(shù)據(jù)記錄任務(wù)六三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)課題三正弦交流電路2)三相不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)有中性線時(shí)，各相負(fù)載相電壓(相等/不相等)，均等于電源(相電壓/線電壓)，各相負(fù)載(能/不能)正常工作。

3)三相不對(duì)稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)有中性線時(shí)，中性線起什么作用？1)三相不對(duì)稱負(fù)載星