正弦交流電燈光課件

本講主要內(nèi)容一、直流電路的組成和基本定律二、正弦交流電路三、三相交流電路四、萬用表的使用方法五、安全用電常識1.

電路

電器元件按照一定的方式組合起來，所構(gòu)成的電流的通路，叫做電路（Circuit)或稱網(wǎng)絡(luò)（NEtwork)。一、直流電路的組成和基本定律所謂電路分析就是給定電路的結(jié)構(gòu)、元件的特性以及獨立電源的電壓或電流，求出各支路或給定支路的電壓或電流。發(fā)電機(jī)

升壓變壓器

降壓變壓器用電設(shè)備……2.

電路的作用

(1)傳輸和轉(zhuǎn)換電能

傳輸電能的電路示意圖傳輸電能示意圖傳遞和處理信號示意圖接收機(jī)

電路顯示器(2)

傳遞和處理信號(signal)

電路傳遞和處理信號示意圖：

天線

∨(3)存貯信息例如計算機(jī)的存貯器電路,存放數(shù)據(jù)、程序等。保

護(hù)電

源負(fù)

載

開

關(guān)電路的組成框圖3.電路的組成4.

理想電路組成電路的實際元件所發(fā)生的物理現(xiàn)象是很復(fù)雜的，不是理想的，如：電阻：兼有電感的次要性質(zhì)。電容：兼有電阻的次要性質(zhì)。電感：兼有電阻和電容的次要性質(zhì)。電源：內(nèi)阻消耗能量。為便于對電路進(jìn)行分析，常常把實際元件加以

理想化，忽略其次要性質(zhì)，用各種元件的主要

性質(zhì)的模型加以表示。

理想元件理想元件是抽象的模型，沒有體積，其特性集中在空間的一點上，所以又稱為“集總參數(shù)元件”（簡稱“集總元電阻電容電感5.

有關(guān)電路的幾個名詞和概念元件1元件2（1）串聯(lián)：元件首尾相聯(lián)，中間沒有分支。（2）并聯(lián)：首首相聯(lián)，尾尾相聯(lián)。

元件1

元件2并聯(lián)電路??（3）支路：每一個二端元件（或電路）叫

做一個支路。元件1元件3元件4

?元件5

?

元件2元件6

在分析電路時，往往把多個元件串聯(lián)而成的一段看成一條支路。元件1、2、6串聯(lián)作為支路元件1元件2元件3?

元件3、4串元件4

聯(lián)作為支路元件5

?元件6（4）節(jié)（結(jié)）點：兩個及兩個以上支路的連接點叫做節(jié)(結(jié))點。元件3??

元件6節(jié)點

元件4元件1

元件5節(jié)(結(jié))點節(jié)(結(jié))點元件2回路URL（5）回路：由幾個支路組成的閉合路徑叫做

回路。

K應(yīng)用舉例：試判斷下圖有幾個結(jié)點？幾個回路？（6）電流：大量電荷有秩序地運動，形成電

流。我們把單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的

電荷量定義為電流強(qiáng)度，用以衡量電流的

大小。電流強(qiáng)度簡稱電流，用i（交流）或I

（直流）表示。QI

習(xí)慣上，把正電荷運動的方向規(guī)定為電流的正方向。電流的單位是安培。1秒（s）內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量為1庫侖（C）時，則電流為1安培（A）。

計算小電流時用mA或A。1mA=10-3A1A=10-3mA=10-6AWa

Wb

quab

(7)電壓：兩點之間的電位差。

電路中a、b點兩點間的電壓定義

為單位正電荷由a點移至b點電場力所

做的功。電壓的單位是伏特（V）。

電場力把1庫侖（C）的電荷從一點移到另一點時，所作的功若為1焦耳（J），則該兩點的電壓為1V。計算或測量低電壓時，用毫伏或微伏。1

mV=10-3V1V=

10-3

mV

=10-6

V理想電壓源定義：如果一個二端元件接入任

一電路后，其兩端的電壓總能夠保持規(guī)定值(us

),而與流過它的電流大小無關(guān)，則稱該元件為理想電壓源

(簡稱電壓源)

。(8)

理想電壓源與理想電流源電源是電路中提供能量的元件。常見的有電池和市電，他們都是獨立存在的電源。－us（Us

)－＋Us電壓源符號：

○

○

＋

○直流電壓源符號

○一般電壓源符號

電壓源符號理想電流源理想電流源定義：如果一個二端元件接入任一電路后由該元件流出的電流總能夠保持規(guī)定值(is)，而與其兩端的電壓無關(guān)，則稱此元件為理想電流源(簡稱電流源)。電流源符號：○○電流源符號is（IS）

E電動勢RL（9）電動勢:電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把正電

荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移動到正極時所作的功。

I

K-EB電動勢的單位是伏特(V)。

電動勢的方向規(guī)定為電源內(nèi)部由低電位指向高電

位，即為電位升的方向。

電動勢的正方向表示電位升，電壓的正方向表

示電位降。

A

+UAB電動勢與電壓U

ABE(10)

電功率

電功率的定義：電流在1秒鐘內(nèi)所做的功。W

tP

其中：W為能量，單位為焦耳（J）；

t為時間，單位為秒（S）；

P為功率，單位為瓦特（W）。P

UI

RI

U電路中的功率公式也可以變成電壓與電流的乘積形式。UIW

W

q

t

q

t

2R21kW

10

W1mW

10

W根據(jù)國際單位制，電壓單位為伏特（V），

電流單位為安培（A），功率單位為瓦特

（W），也可以用千瓦（kW)或(mW)表示。336.歐姆定律

（1）部分電路歐姆定律

歐姆定律：流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正

比。UR或U=IRA+-abIR

U

V部分電路歐姆定律歐姆定律可用下式表示：(2)全電路歐姆定律EIRROU+

-全電路歐姆定律I

ER0

R電路電流電源電動勢電源的內(nèi)阻負(fù)載電阻ER

IR0

+UI

ER0

R

-E

I(R0

R)

IR0

IRE

IR0

UU

IR

U

E

IR07.

簡單直流電路的計算

(1)電阻串聯(lián)電路

串聯(lián)的概念R1R2+U1-+

U2-+

U-IU1

U2

U串聯(lián)電路的特點

I

UR1

R2R1R2

+U1

-

+

U2

-+U-I①串聯(lián)電路中,流過各電阻的電流I相等。②串聯(lián)電路中,U=U1+U2。③串聯(lián)電路中,R=R1+R2。(4)串聯(lián)電路中,各電阻兩端電壓U1、U2與總電壓U的關(guān)系：U

R1R1

R2U1

由于

R1

R2

R分壓公式

RP2

2I串聯(lián)電路中,各電阻消耗的功率：12總功率

:P

P

P

2

(R1

R2)I

2根據(jù)：

P

UI

RI

得到：

P

1

R1I

2

2R1R2

+U1

-

+

U2-

+U-I串聯(lián)電路的應(yīng)用①

獲得所需要的大電阻；②限制大電流；③分壓；④擴(kuò)大電壓表的量程。例1：有人打算將110V100W和110V40W的兩只白熾燈串

聯(lián)后接在220V的電源上使用，是否可以？為什么？解：設(shè)100W和40W的白熾燈兩端電阻分別為R1和R2，

根據(jù)功率公式：

2

2P

100

2

2P

40U

2

R2P

UI

RI22063V

<110V220157V

>110V

121121303U

R

1R

1R2U1

303121303U

R2R

1R2U2

100W的白熾燈亮度不足。40W的白熾燈會燒毀。R1

1513例2：一只110V8W的指示燈，現(xiàn)在要接到380V的電源

上，問需要串多大的電阻？該電阻的瓦數(shù)有多大？解：根據(jù)功率公式：P

8U

2

1102U

R22P

UI

RIR2

380110

270V

3801513

R2380R2

270(1513

R2)

2701513270R2

380R2

270R2

2701513270151327022U(2)電阻并聯(lián)電路并聯(lián)的概念U

I2R2I

I1

R1電阻并聯(lián)支路R1R

2①并聯(lián)電路中,

各電阻的電壓U相等。④并聯(lián)電路中,流過各電阻的電流I1、I2與總電流I的關(guān)系：②并聯(lián)電路中,I=I1+I2。③并聯(lián)電路中,等效R為：

R

R1

R

2II1

R2R1

R2

RUI1

R1

I2R2并聯(lián)電路的特點

I分流公式并聯(lián)電路中,各電阻消耗的功率：U

2

R

1P1

U

2

R

2P2

1

2PUI

U(I

1I2)UI1UI2

P

P總功率：并聯(lián)電路的應(yīng)用（1）獲得所需要的小阻值電阻；（2）增大電路電流和功率；（3）分流；（4）擴(kuò)大電流表的量程。例3:有一個最大量程為1mA的表頭，其線圈內(nèi)阻

Rg=1kΩ，若將其擴(kuò)大成能夠測量2.5A電流的電流

表,試求需并聯(lián)多大的限流電阻R?

解：流過限流電阻的電流為：

IR

I

Ig

2.5A

0.001A

2.499A

0.41103

1103

2.499IgRg

I

RR

＋165V＋

I3·例題用圖···

I1

5Ω－

12ΩI5I2

U3

6Ω

－

18Ω

＋

U4

－

4Ω

I4＋

U1－

＋

U2

－試求各支路的電流與電壓。3Ω9Ω

(3)電阻混聯(lián)電路例4:

電路如下圖所示6Ω電阻混聯(lián)電路的分析步驟:①化簡電路；②求總電流；③按要求計算各支路電流。

（2）基爾霍夫定律

基爾霍夫電流定律(KCL)表述一:在任一瞬間，流入任一節(jié)點的電流之和必定等于從該節(jié)點流出的電流之和。

I

入

I

出表述二:在任一瞬間，通過任一節(jié)點電流的代數(shù)和恒等于零。

I

0可假定流入節(jié)點的電流為正，流出節(jié)點的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。所有電流均為正。右圖的電流可以寫成：(電流彼此約束)電流正負(fù)號的確定：

規(guī)定：流入節(jié)點（向著節(jié)點）的電流取正號，流出節(jié)點（背著節(jié)點）的電流取負(fù)號。I1

I2

I3

0

基爾霍夫電壓定律(KVL)表述一：在任一瞬間，在任一回路上的電位升之

和等于電位降之和。表述二：在任一瞬間，沿任一回路電壓的代數(shù)和

恒等于零。U升

U降電壓參考方向與回路繞行方向一致時取正號，相反時取負(fù)號。所有電壓均為正。

U

0

練習(xí)題

下圖電路中，L為指示燈，其額定電壓為

6V，額定電流為50mA，其余參數(shù)如圖所示，試判斷哪個電路能正常工作？說明理由。圖A圖B交流電，簡稱“交流”。一般指大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流。它的最基本的形式是正弦電壓或電流。二、正弦交流電路Tut1.正弦交流電的產(chǎn)生Tt2.正弦交流電的幾個概念

(1)

瞬時值；正弦交流電在任一瞬時的值。

iIm

(2)

有效值；電流的有效值是從電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的。不論是周期變化的電流還是直流，只要它們在相等的時間內(nèi)通過同一電阻而兩者的熱效應(yīng)相等，就把它們的安培值看作是相等的。就是說，某一周期電流（i）通過電阻（R）在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量，和另一個直流電流（I）通過同樣大小的電阻在相等的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，那么這個周期電流的有效值就等于這個直流電流。

交流電通過某電阻在一周期內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱，與某恒定電流通過同一電阻在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱相等，恒定電流的值就是該交流電的有效值。用大寫字母U或I表示電壓或電流。m2UU

I

m

2I

Tut(3)正弦交流電的三要素:①振幅；②頻率；

③初相位。

i

I

m

sin

t

t正弦交流電三要素iIm

1kHz10

Hz1MHz10

kHz106Hz

①振幅

振幅在交流電中常稱為峰值，表示交流電隨時間變化的最大幅度。

②頻率和角頻率

頻率表示1秒內(nèi)交流電循環(huán)變化的次數(shù)。

1Tf

頻率的單位是赫茲(Hz)33交流電每1秒所經(jīng)歷的電角度叫角頻率，用ω表示。

單位：弧度/秒（

ad/s）③初相位和相位初相位則決定了交流電簡諧量在初始時刻的狀態(tài)，即初始時刻交流電量值的大小、極性的正負(fù)和變化的趨勢。eEmsin(t)(t

)稱為相位。ms

0.02s

20

T例5：解：ω

2πf

23.1450

314rad/s已知f

50Hz,試求周期T和角頻率。1

1f

50Hz3.兩個同頻率正弦交流電的相位關(guān)系)2i

2

I

2

m

sin(

t

i2i1

t

12

兩個正弦的相位差

i1

I

1

m

sin(

t

1

)相位差：(t

)(t

)

i1

i2同相位兩種正弦信號的關(guān)系i2i12

1ti

12

0

i

滯后于相位滯iti1i2同相位相位超前i1i1

超前于i2t

1

2

1

2

120

與

12

0*

電網(wǎng)頻率：

中國

50

Hz美國

、日本

60

Hz小常識*

有線通訊頻率：300

-

5000

Hz*

無線通訊頻率：

30

kHz

-

3×104MHz

(

)

sin

t

m

e

E

(

)

sin

t

i

I

sin(

)

t

u

U4.正弦交流電的表示法m

m（1）解析法正弦波圖解表示法t（2）圖解法

i

Im

符號說明

瞬時值

---

小寫

u、i有效值

---

大寫

U、I最大值

---

大寫+下標(biāo)U

m、

I

m5.純電阻電路

（1）電流、電壓間的數(shù)量關(guān)系實際方向和假設(shè)方向一致

(正半周)

t實際方向和假設(shè)方向相反iiu

R純電阻電路iuRU

Ru

iR或

IUm

RIm

兩邊同乘以

2（2）電流、電壓間的相位關(guān)系

把電壓

uR=URmsint

加在電阻R的兩端。通過電

阻的電流為

i

sinωt

Im

sinωt

R

R

Im=

Um/R是電流的峰值。得到

u-i

=

0

純電阻兩端的電壓與通過其中的電流同相位。

u～tii,uuI

U

（3）

電路的功率設(shè)流過電阻元件的電流為：iR=Imsinωt

(A)其電阻兩端電壓為：uR=Umsinωt

(V)則瞬時功率為：

22IR1cosωt

2

2URURI

URIcos2ωtURI(1cos2ωt)iu由于cos2ωt≤1,故此

p=URI（1-cos2ωt）≥0

pP(平均功率）U

Lm

L

m6.純電感電路

（1）電流、電壓間的數(shù)量關(guān)系iu+-uL+-LAUL

I

XL純電感電路LX2

fLUL

XLI

X

Iuiuiuiuiuit（2）電流、電壓間的相位關(guān)系頻率相同相位相差

90°（u

超前i90°）iut90U

I

ILIi能量P

<0

釋放

能量

+P

>0P

<0piuUIsin2tuiuiuiuiP

+P

>0

儲存tt（3）純電感電路的功率

uuip純電感電路的功率波形7.純電容電路

（1）絕緣介質(zhì)隔開的兩個導(dǎo)體的總體

稱為電容。+Q

++++

-----Q+UC-U電容符號電容的充電與放電R+

uC－

+Us

－

iCCS12

電容器的充電與放電結(jié)論：電容兩端的電壓不能突變。1F

10

pF

qUCC

電容器任一極板所帶的電荷量，單位為庫侖（C）

電容器兩極板之間的電壓單位（V）電容器的電容，單位為法拉（F）F6101F6電容器的耐壓加在電容器兩端的電壓不能超過一定限度,超過一定限度電容器就要被擊穿。這個一定限度的電壓，稱為擊穿電壓，也稱為電容器的耐壓。CU

C

212WC

qU

C12

電容器兩端的電壓(V)電容器儲存的電場能量(J)（2）電容器中的電場能量

通過實驗和理論分析可

以得到：+-uC

+u

～

-（3）電流、電壓間的數(shù)量關(guān)系

AVUC

I

XCU

Cm

X

CIm電容器電壓與電流數(shù)量關(guān)系圖11XC

UC

XCIuiuiuiuiiuct電容器充電與放電（4）電流、電壓間的相位關(guān)系頻率相同相位相差

90°

（u

落后i90°）0iut90

IUCU

U在電容元件電路中，電流的相位比電壓超前90o,或者說電壓相位比電流滯后90o。p

i

u

U

Isin

2tuiuiuiui（5）純電容電路的功率儲存能量釋放能量

P

<0

+P

>0P

+P

>0iuctt儲存能量

釋放

能量P

<0iup純電容電路的電壓、電流與功率RL+uR

-+

uL

-+u

-8.電阻、電感串聯(lián)電路

（1）各電壓間的關(guān)系

iU

LU

U

R

UR

U

cosRL串聯(lián)電路電壓關(guān)系UL

U

sinRL+uR

-+

uL

-+u

-（2）電阻、感抗與阻抗間的關(guān)系

iRL串聯(lián)電路（

）

sin

m

u

t

L

L+uR

-+

uL

-

+u

-i

R

L

電流i

Im

sint

電阻兩端的電壓：

uR

URm

sint電感兩端的電壓：

U

2U

L+uR

-+

uL-

+u-i

R

L

I

U

R電路總電壓瞬時值為：u

uR

uL

其對應(yīng)的有效值相量為：

U

UR

UL

U

arctanU

RU

LU

Iz

UR

IUL

IXL

RRL串聯(lián)電路阻抗三角形

UL

URU

X

L

R

arctanU

U

R

LU

I

R

X

L令z

R

X

LU

R

RIUL

X

LI22

(RI)2

(X

LI)222

zI22L

+6V

-+10V

-+-實例：試求下圖的總電壓和總阻抗。

i

U11.66V5.83Ω3Ω

R

5ΩRL串聯(lián)電路（3）RL串聯(lián)電路的功率U

U

RULIUI

URI22LPS

QQL

P

arctanP

S

cos

Q

SsinU

L

RL串聯(lián)電路的功率UIULI

URIP

S

cos

PScos

功率因數(shù)練習(xí)題：一個線圈接在U=120V的直流電源上，電流I=20A；若接在f=50Hz,U=220V的交流電源上，則I=28.2A。試求線圈的電阻R和電感L。定子中放三個線圈：

U1

U2

V1

V2

W1

W2

首端

末端??U1

?

U2三相發(fā)電機(jī)原理圖定子轉(zhuǎn)子

S

NV2W1W2

V1

三線圈空間位置

各差120o相序：U

→V三、三相交流電路

1.三相交流電的特點eV

Em

sin(t

120

)eUeWeVo三相電壓波形圖eU

Em

sintoot三相電動勢的相位特征：電動勢相量關(guān)系：三相電動勢相量圖U

EV

E相量圖：

E

W1201201202.三相電源的接法U

U

U

V

U

UU

V（1）Y形連接

U

W

（2）形連接

U

WUUU

W120120

120

相電壓相量圖3.

三相電路常用名詞(1)相電壓30用相量圖求線電壓U

UVU

VU

UU

W120

U

V120120o

UUVUUUV

UVWUVUW

UWUUWUU(2)線電壓UL

UP

cos30

線電壓與相電壓的關(guān)系為：線電壓(相電壓)

通常低壓配電系統(tǒng)中的相電壓為220V，則線電壓為：

3220V380V

3212UPUL

3UP4.三相負(fù)載的接法Y-Y連接ZUZWZVuUuWuV三相四線系統(tǒng)

I

NIUIW

IV端線(火線、相線)對稱三相負(fù)載電路UUUVUWI

NIYW

IUYL

3UYP相電壓ZUZVZU

ZV

ZW

Z

中線（零線、地線）電

ZW

壓UYL

線I

YU

I

YV

I

YW

IYU

UYPU

ZI

YU

I

YV

I

YW

ZUZWZVUUUWUVI

NIYLIYL

相電流與線電流I

YP

(相電流）UU

UV

UW

UZU

ZV

ZW

ZI

YL(線電流）

I

YP

I

YL

220V

例6：

已知有一對稱負(fù)載三相電路，每相阻抗為10，接在線電壓380V的電源上。試求相電流和線電流。U

YPZ解：

I

YP

380V

3UYL

3UYP

22A220V

10

I

YP

120oI

U120120120

IW

IV對稱三相負(fù)載電流相量

I

W

I

V三相對稱負(fù)載電流相量圖0I

I

I

I

ZUZWZVUUUWUVI

NIYL

(線電流）

I

YP

I

YL

IYL

IYL對稱三相負(fù)載電路可以省略中性線。不對稱三相負(fù)載電路ZUZVUUUWUVI

N壓UYL

線

電

相

電

壓ZWZU

ZV

ZW

IYU

UYPUU例6：求下圖相電流和中型線電流。

IYUIYW

INUVZU=10ΩZV=10ΩZW

ZW=20Ω220VUW

220V

220V注意：

在三相四線供電系統(tǒng)中，采用的中性線線徑較大，并且在中性線上不允許接入開關(guān)或保險絲，嚴(yán)禁中性線開路。

三相電路的功率根據(jù)功率三角形：SQS=UI

PP

Scos

UI

cosP

3U

pI

p

cos

3U3

I3U

LI

L

cos

P

P

U

P

V

P

W

UUIU

cosU

UVIV

cosV

UWIW

cosW

平衡三相：cosLL討論題：有一次某樓電燈發(fā)生故障，第二層和第三層的電燈突然暗下來，而第一層的電燈亮度未變，試問這是什么原因？畫出電路示意圖。指針式萬用表四、萬用表的使用方法指針式萬用表數(shù)字式萬用表表頭RbE

aUI

1.電阻的測量方法測量電阻前先進(jìn)行歐姆

調(diào)零。

Rg表頭RRxabE測量被測電阻Rx以后

Rg

URg

R

RxI

測量步驟：(1)預(yù)估待測電阻大小，選擇適當(dāng)?shù)臋n位；(2)測量電阻：手不可觸及測試棒的探針或電阻的引線；(3)讀取電阻值：讀取指示值再乘上檔位的倍率。測量電阻時要注意：(1)嚴(yán)禁帶電情況下測量電阻，特別是絕對不允許直接測量電池內(nèi)阻；(2)測量時，直接將表筆跨接在電阻兩端；(3)測量前或每次換檔時，都要重新調(diào)零。V～

2.電壓的測量方法

(1)交流電壓的測量方法測量交流電壓時，電壓表不分極性，只需在測量量程范圍內(nèi)直接并入被測電路即可。測量交流電壓應(yīng)注意：①正確選擇萬用