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。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.掌握電能的測量方法，能正確使用和安裝單相電能表。7.能識別和檢測電感和電容元件。圖3-1交流發(fā)電機模型任務(wù)一認(rèn)識單相正弦交流電圖3-1所示為一個最簡單的交流發(fā)電機模型，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交流電壓隨時間變化的波形知識鏈接圖3-2所示為交流電壓隨時間變化的波形。任務(wù)一認(rèn)識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)瞬時值、最大值和有效值2.正弦交流電的三要素1)瞬時值。

2)最大值。任務(wù)一認(rèn)識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時間內(nèi)變化了5次，那么它的周期等于

，頻率等于

。

2.我國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別與檢測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，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別與檢測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，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別與檢測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別與檢測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別與檢測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，但它們在電路中所起的作用卻是不同的，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別與檢測課題三正弦交流電路3.一個220V、60W的燈泡接在u=220sin(314t+30°)V的電源上，求流過燈泡的電流，并寫出電流的瞬時表達(dá)式。4.將一個阻值為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別與檢測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；距地面高度，明裝不低于1.8m，暗裝不低于1.4m。

2)為保證測量的準(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電筆測試，如圖3-12所示。用測電筆正確搭接電源兩端，凡是使測電筆氖管發(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)動情況。

5)任務(wù)完成后，切斷電源，整理現(xiàn)場。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、電感共同對電流的阻礙作用用阻抗Z表示，阻抗Z的單位為Ω，計算公式為

(2)電流和電壓之間的關(guān)系理論和實驗證明，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，又有儲能元件電感。知識鏈接任務(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器的兩極之間，輝光啟動器兩電極產(chǎn)生輝光放電，使雙金屬動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)線把輝光啟動器座上的兩個接線柱分別與兩個燈座中的一個接線柱連接。

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

③鎮(zhèn)流器另一個接頭與開關(guān)的一個接線柱連接，而開關(guān)另一個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要注意以下幾點：（1）使用日光燈要注意避免頻繁啟動。目光燈壽命一般不少于3000小時，其條件是每啟動一次連續(xù)點燃3小時。隨著每啟動一次連續(xù)點燃時間的長短，燈管的壽命也相對延長或縮短。因為每啟動一次，燈管的燈絲受高壓沖擊，啟動時的電流是正常點燃時電流的2～3倍。啟動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。若啟動一次，只讓燈點燃1小時，燈管的壽命縮短到70％以下。所以使用日光燈時要盡量避免不合理的頻繁啟動。（2）電源電壓高與低也會縮短日光燈的使用壽命。電壓高于日光燈正常工作電壓時，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，也會使燈管的壽命縮短。因這時燈絲的預(yù)熱溫度低，啟動困難，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绻佣罅魅驎簳r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減少啟動次數(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困難問題，或用鎮(zhèn)流器遞增的方法暫時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。否則會使流過燈管的電流不正常，造成不必要的損失，或造成啟動困難，啟儲器反復(fù)跳動方可點燃燈管，這使燈絲受離子轟擊的機會增多，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。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稱三相交流電？對稱三相正弦電壓是由三相發(fā)電機產(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稱三相正弦電壓。

任務(wù)五認(rèn)識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)電機示意圖任務(wù)五認(rèn)識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)電機產(chǎn)生的。(2)三相交流電的特點在實際生產(chǎn)中，電能的輸送、分配基本上采用的都是三相交流電，這是因為三相交流電與單相交流電相比具有以下優(yōu)點：1)在體積相同的條件下，三相交流發(fā)電機輸出的功率比單相發(fā)電機大。

知識鏈接任務(wù)五認(rèn)識三相交流電課題三正弦交流電路(3)

相序三相電動勢隨時間按正弦規(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)電機的結(jié)構(gòu)和制造不比單相發(fā)電機復(fù)雜多少，并且使用和維護(hù)均較方便，運轉(zhuǎn)時比單相發(fā)電機的振動要小。

3)在同樣條件下輸送同樣大的功率時，特別是遠(yuǎn)距離輸電時，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個獨立的單相交流電，可以滿足只需使用單相交流電的場合。任務(wù)五認(rèn)識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

電動勢波形圖任務(wù)五認(rèn)識三相交流電課題三正弦交流電路2.三相四線制(1)中性點、中性線和零線三相四線制是把三相發(fā)電機繞組的3個末端U2、V2、W2連接在一起，成為一個公共端點，又稱為中性點，用符號“N”表示。圖3-19中性點、中性線和零點、零線

a)中性點、中性線b)零點、零線任務(wù)五認(rèn)識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)，從三角形的三個頂點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)接時各線電壓就是對應(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演示實驗圖課題三正弦交流電路表3-2三相對稱負(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)三相對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時，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)三相對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時，中性線電流

(為零/不等于零)，去掉中性線或中性線斷開，

(會/不會)影響電路的正常工作。1)三相對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)時，流過三相對稱負(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)三相不對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)有中性線時，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)三相不對稱負(fù)載星形聯(lián)結(jié)有中性線時，中性線起什么作用？1)三相不對稱負(fù)載星