電工電子技術(shù) 課件 項(xiàng)目二 正弦交流電路

任務(wù)一：簡(jiǎn)單的家庭照明電路設(shè)計(jì)任務(wù)導(dǎo)學(xué)簡(jiǎn)要闡述家庭照明電路的控制特點(diǎn)?家庭照明電路中所用到的電氣元器件有哪些?各起什么作用?如何使用這些元器件?元器件上面的參數(shù)表示什么意思?

任務(wù)導(dǎo)學(xué)家庭照明電路中有一個(gè)開(kāi)關(guān)控制一盞燈的，比如餐廳燈；也有一個(gè)開(kāi)關(guān)可控制一組燈的，比如客廳的筒燈，燈帶；也有一盞燈可由兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)控制的，比如臥室的單開(kāi)雙控等。家庭照明電路中有電源、開(kāi)關(guān)、燈、導(dǎo)線、空氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)等，電源起到激勵(lì)的作用，是能量的來(lái)源；導(dǎo)線為電流流通的路徑；開(kāi)關(guān)起到控制回路狀態(tài)的作用；燈是負(fù)載，為用電設(shè)備，將電能轉(zhuǎn)化為光和熱能；空氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)起到保護(hù)和總回路的通斷作用。普通家庭照明電源一般都是交流220V供電的，這些用電設(shè)備上的參數(shù)大致有額定電壓UN，額定功率PN，額定電流IN，頻率（50HZ），光源類型（LED光源），材質(zhì)等參數(shù)。任務(wù)導(dǎo)學(xué)電氣元件和電氣設(shè)備長(zhǎng)期安全工作時(shí)所允許的最大電流、電壓和功率分別稱為額定電流、額定電壓和額定功率。電氣元件和電氣設(shè)備在額定功率下的工作狀態(tài)稱為額定工作狀態(tài)，也稱為滿載。低于額定功率的工作狀態(tài)稱為輕載，高于額定功率的狀態(tài)稱為超載或過(guò)載。電氣元件和電氣設(shè)備在超載狀態(tài)下很容易被燒壞，因此實(shí)際中采用相應(yīng)的措施來(lái)防止過(guò)載現(xiàn)象的發(fā)生。電源設(shè)備的額定功率標(biāo)志著電源的供電能力，是長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)允許的上限值，電源輸出的功率由外電路決定，并不一定等于電源的額定功率。任務(wù)情境家庭照明電路中有些燈是單控的，如廚房燈，也有些燈是雙控的，如走廊燈和臥室燈；根據(jù)使用要求設(shè)計(jì)家庭照明電路，分析各元器件在電路中所起的作用繪制電路模型，簡(jiǎn)述其工作過(guò)程。任務(wù)實(shí)施如圖２-１所示，現(xiàn)有一個(gè)２２０Ｖ的單相交流電源、一個(gè)單相電能表、一個(gè)低壓斷路器、一個(gè)雙控開(kāi)關(guān)、一個(gè)熒光燈、導(dǎo)線若干，根據(jù)所給元器件設(shè)計(jì)由雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈亮滅的電路，要求該電路能計(jì)算用電量。１)圖２-２中ＡＣ２２０Ｖ電源中ＡＣ的含義是什么?２２０Ｖ指的是什么值?符號(hào)Ｌ和Ｎ各表示什么?完成表２-１。圖2-2交流電源示意圖名稱AC220VLN含義

表2-1交流電源參數(shù)的含義２)正弦交流電參數(shù)的表示方式有哪些?分別包含哪些要素?完成表２-２(以正弦交流電壓為例)。表示方式表達(dá)式包含要素瞬時(shí)值表示法

相量表示法

表2-2正弦交流電量的表示法及其要素３)假設(shè)圖２-２中的交流電源的初相角為０°，用瞬時(shí)值表示法和相量表示法寫出該交流電源的表達(dá)式(見(jiàn)表２-３)。表示方式表達(dá)式瞬時(shí)值表示法

相量表示法表2-3２２０Ｖ正弦交流電源的表示法交流電源示意圖４)圖２-３為雙控開(kāi)關(guān)的內(nèi)部接線端子示意圖，實(shí)際使用中如何進(jìn)行接線?哪個(gè)端子相當(dāng)于ＣＯＭ端?Ｌ、Ｌ１、Ｌ２三個(gè)端子共有幾種組合狀態(tài)?圖2-3單刀雙控開(kāi)關(guān)接線端子示意圖５)圖２-４為單相電能表示意圖，電能表的作用是什么?在線路中四個(gè)端子如何接線?電能表的參數(shù)有哪些?各參數(shù)的含義是什么?完成表２-４。電能表的作用

電能表讀數(shù)（KW·h）的含義

電能表端子1、2、3、4的接法

電能表參數(shù)的含義參數(shù)220V20（40）A50HZ300r/KWh含義

表2-4電能表相關(guān)信息表6）請(qǐng)根據(jù)圖2-1將各元器件的功用填入表2-5中。名稱AC220V交流電源電能表斷路器雙控開(kāi)關(guān)熒光燈功用

表2-5雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈電路中各元器件的功用圖2-1家用照明電路元器件圖7）根據(jù)圖２-１所給的元器件設(shè)計(jì)家庭照明電路，要求用雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈的亮和滅，并用單相電流表測(cè)其使用的電能，在圖２-１中用導(dǎo)線正確連接各元器件，注意橫平豎直的布線方式。圖2-5單刀雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈的接線示意圖8）熒光燈中的燈管和整流器用理想化的元器件模型來(lái)等效，填入表２-６，將熒光燈的電路模型繪制在圖２-５中。名稱熒光燈整流器理想化的電路元件

表2-6熒光燈中燈管和整流器的等效元件圖2-6熒光燈電路的模型9）簡(jiǎn)述熒光燈亮滅控制電路的工作過(guò)程。知識(shí)鏈接一、正弦交流電的三要素二、同頻率正弦電量之間的相位差三、復(fù)數(shù)和復(fù)數(shù)的運(yùn)算四、正弦電量的相量表示法五、單相電能表

六、雙控開(kāi)關(guān)六、熒光燈

一、正弦交流電的三要素電工電子技術(shù)

黃燕華正弦交流電的三要素正弦交流電量隨時(shí)間按照正弦規(guī)律變化。ψi0tiImT正弦交流電量正、負(fù)半周的確定。Ri先假定正弦交流電量的參考方向一.正弦交流電量的三要素如i、u、e等。瞬時(shí)值用小寫字母表示ψi0tiImTRiImωψi正弦交流電量的瞬時(shí)值表示式i=Imsin（ωt+ψi）正弦交流電量的三要素ψi0tiT用大寫字母加下標(biāo)m表示Im（一）最大值峰值、振幅值如Im、Um、Em等。表示數(shù)值大小的特征。ψi0tiIm（二）周期、頻率和角頻率頻率：用小寫字母f表示，單位是赫茲（Hz）。角頻率：正弦交流電量變化一周期對(duì)應(yīng)變化了2π弧度，角頻率ω就是單位時(shí)間內(nèi)變化的角度(電角度),單位是rad/s。T表示正弦交流電量隨時(shí)間變化快慢的特征量。周期：用大寫字母

T表示，單位是秒（s）。電角度和電角頻率工頻交流電：f=50Hz、T

=0.02s

ω=100πrad／s=314rad／s單位：弧度每秒（rad／s）0tiT2πT／23T／23ππωt正弦交流電量波形圖的橫坐標(biāo)軸(時(shí)間軸)既可用時(shí)間(t)標(biāo)注,也可用電角度(ωt)標(biāo)注。(三)初相位i=Imsin（ωt+ψi）相位正弦電量在任意瞬時(shí)的電角度(ωt+ψi)稱為相位角,簡(jiǎn)稱相位。相位表示正弦電量隨時(shí)間變化的進(jìn)程，決定了該瞬時(shí)正弦電量的狀態(tài)(數(shù)值正負(fù)、大小和變化趨勢(shì))。i(t1)=Im

sin（ωt1

+ψi）數(shù)值變化趨勢(shì)是增加(di／dt＞0)Im0ωtiΨi例如t=t1時(shí),對(duì)應(yīng)波形A點(diǎn)ωt1+ΨiAt1i(t1)正弦電流瞬時(shí)值i(t1)＞0是正值

對(duì)應(yīng)A點(diǎn)在縱軸上的截距0ωtiIm在計(jì)時(shí)起點(diǎn)t=0時(shí),正弦電量所對(duì)應(yīng)的電角度ψi稱為初相角又稱初相位。正弦量的零點(diǎn)i（0）初相角ψiψi初相角是ψiΨi＞0i(0)

=Imsinψii(0)＞0初相角ψi決定了正弦電量在計(jì)時(shí)起點(diǎn)t=0時(shí)的狀態(tài)(正、負(fù)值、大小和變化趨勢(shì)）。數(shù)值變化趨勢(shì)是增加正弦電量的相位(ωt+ψi),即任意瞬時(shí)狀態(tài)均與初相角ψi有關(guān),故初相角ψi

是正弦電量的三要素之一。初相角ψi與計(jì)時(shí)起點(diǎn)（t=0）的選取有關(guān)，選取的計(jì)時(shí)起點(diǎn)不同，初相角ψi不同。ωtψi0ii（0）Ψi＜0i(0)＜0

Ψi=0i(0)=0i=Im

sinωtωt0i參考正弦量ωtiψi0i（0）2π+ψi?初相角的選取主值范圍解：據(jù)瞬時(shí)值表示式最大值Um=190.52V角頻率ω=314rad／s頻率初相角ψu(yù)=60°例題正弦電壓u=190.52sin(314t+60°)V，

試求

最大值、頻率和初相角。190.52u／Vωt060°二、同頻率正弦電量之間的相位差電工電子技術(shù)

黃燕華二.同頻率正弦電量之間的相位差相位差表示同頻率正弦電量隨時(shí)間變化的先后順序。兩個(gè)同頻率正弦電量的相位之差稱為相位差，用φ表示。例如u=Umsin（ωt+ψu(yù)）i=Imsin（ωt+ψi）φ=（ωt+ψu(yù)）--（ωt+ψi）=ψu(yù)--ψi同頻率正弦電量隨時(shí)間變化的進(jìn)程不一致、有先有后。0ωtφψiψu(yù)ui0ωtφψiψu(yù)ui0ωtφψu(yù)ψiui兩個(gè)同頻率正弦電量之間的相位差φ就等于它們的初相之差。相位差有以下幾種情況（1）ψu(yù)＞ψi相位差

φ=ψu(yù)--ψi

＞0u超前于i或i滯后于u。（2）ψu(yù)＜ψi相位差

φ=ψu(yù)--ψi

＜0i超前于u或u滯后于i。ψu(yù)=ψi0ωtuiψu(yù)φ0ωtψiui（3）ψu(yù)=ψi相位差φ=ψu(yù)--ψi

=0u與i同相位。（4）相位差φ=ψu(yù)--ψi

=±πu與i反相。選擇計(jì)時(shí)起點(diǎn)不同，兩個(gè)同頻率正弦電量的初相不同，但它們之間的相位差不變。即兩個(gè)同頻率正弦電量之間的相位差與計(jì)時(shí)起點(diǎn)無(wú)關(guān)。三、復(fù)數(shù)和復(fù)數(shù)的運(yùn)算電工電子技術(shù)

黃燕華復(fù)數(shù)和復(fù)數(shù)的運(yùn)算(一)復(fù)數(shù)的表示形式復(fù)數(shù)由實(shí)部和虛部組成A=a+jba實(shí)部b虛部虛數(shù)單位在復(fù)數(shù)平面上復(fù)數(shù)A與一個(gè)確定的點(diǎn)相對(duì)應(yīng)→與一個(gè)確定的矢量相對(duì)應(yīng),稱為復(fù)數(shù)矢量。+jA（a、b）ab0+1φA=a+jb矢量的模輻角+jA（a、b）ab0+1φ實(shí)部虛部復(fù)數(shù)的直角坐標(biāo)形式+jA（a、b）ab0+1φ復(fù)數(shù)的三角函數(shù)形式復(fù)數(shù)的指數(shù)形式復(fù)數(shù)的極坐標(biāo)形式例題請(qǐng)寫出其極坐標(biāo)形式，并在復(fù)數(shù)平面上畫出復(fù)數(shù)矢量A。已知復(fù)數(shù)A的代數(shù)形式A的模+1+j0+8－6A36.87°復(fù)數(shù)A

的矢量圖解A的幅角A的極坐標(biāo)形式a=10×cos150°=--8.66b=10×sin150°=5B的直角坐標(biāo)形式B=－8.66+j5+1+j0復(fù)數(shù)B的矢量圖B+5－8.66150°例題請(qǐng)寫出其直角坐標(biāo)形式，在復(fù)數(shù)平面上畫出復(fù)數(shù)矢量B。B的實(shí)部B的虛部復(fù)數(shù)的運(yùn)算1.加、減運(yùn)算A=A1±A2=（a1±

a2）+j（b1±

b2）兩個(gè)復(fù)數(shù)用直角坐標(biāo)形式進(jìn)行：實(shí)部和虛部分別相加或相減。兩個(gè)復(fù)數(shù)2.乘、除運(yùn)算乘法運(yùn)算：用極坐標(biāo)形式進(jìn)行，模相乘、幅角相加。除法運(yùn)算:用極坐標(biāo)形式進(jìn)行，模相除、幅角相減。j旋轉(zhuǎn)90°的算子+j=0+j=1∠90°任意復(fù)數(shù)A乘以+j，其模不變，幅角增加90°，即對(duì)應(yīng)矢量逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90°。A+1+j0+jA復(fù)數(shù)A乘以+jj旋轉(zhuǎn)90°的算子--j=0--j=1∠--90°任意復(fù)數(shù)A乘以--j，其模不變，幅角減小90°，即對(duì)應(yīng)矢量順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90°。A+1+j0--jA復(fù)數(shù)A乘以--j四、正弦電量的相量表示法電工電子技術(shù)

黃燕華正弦電量的表示方法波形圖表示形式u=Umsin（ωt+ψu(yù)）i=Imsin（ωt+ψi）0ωtφψiψu(yù)ui瞬時(shí)值表示式(一)相量仍以正弦電壓為例u=Umsin(ωt+ψu(yù))在線性交流電路中，各正弦電量的頻率相同，即頻率f為已知。因此，求解未知正弦電量，只需確定其最大值（有效值）和初相即可。正弦電量的最大值和初相可以用直角坐標(biāo)平面上的一個(gè)靜止的矢量表示。0ωti0XYu（0）ψu(yù)Umu（0）Umψu(yù)0XY0ωtiUmψu(yù)該矢量的模等于正弦電壓的最大值Um矢量與橫軸的夾角正弦電壓的初相角ψu(yù)該矢量在縱軸的投影就等于t=0時(shí),正弦電壓的數(shù)值u(0)=Umsinψu(yù)Umψu(yù)u（0）u（0）正弦電量的相量表示法就是用復(fù)數(shù)表示正弦電量。正弦電量（最大值和初相）→復(fù)數(shù)→矢量u（0）0XY0ωtiUmu（0）ψu(yù)ψu(yù)Umt=0時(shí),對(duì)應(yīng)矢量的復(fù)數(shù)表示式由于在實(shí)用中大多使用正弦電量有效值表示其大小,故取復(fù)數(shù)的模等于正弦電量的有效值相量：表示正弦電量有效值和初相的復(fù)數(shù)。相量正弦電流i=Imsin（ωt+ψi）正弦電動(dòng)勢(shì)e

=Emsin（ωt+ψe）相量相量圖相量圖：相量在復(fù)數(shù)平面上的幾何圖形表示。在同一相量圖中各相量所代表的正弦電量的頻率必須是相同的。代表不同頻率正弦電量的相量不能畫在同一相量圖中。45°0+1+j已知相量已知相量60°五、單相電能表電工電子技術(shù)

黃燕華單相電能表電度表又稱電能表，火表，千瓦小時(shí)表。單相電能表是一種用于測(cè)量單相電能的裝置，采用機(jī)械式或電子式測(cè)量原理。一般是民用，接220V的設(shè)備。計(jì)量單位是千瓦時(shí)，即1千瓦負(fù)荷工作1小時(shí)所消耗電能。主要結(jié)構(gòu)是由電壓線圈、電流線圈、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸、制動(dòng)磁鐵、齒輪、計(jì)度器等組成。電能表是利用電壓和電流線圈在鋁盤上產(chǎn)生的渦流與交變磁通相互作用產(chǎn)生電磁力，使鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)引入制動(dòng)力矩，使鋁盤轉(zhuǎn)速與負(fù)載功率成正比，通過(guò)軸向齒輪傳動(dòng)，由計(jì)度器積算出轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)而測(cè)定出電能。單相機(jī)械式電度表實(shí)物圖、單相機(jī)械式電能表仿真軟件中示意圖單相電子式電能表實(shí)物圖、單相電子式電能表仿真軟件中示意圖家用單相電表接線方法：四個(gè)接線柱，從左到右分別接火線進(jìn)線、火線出線、零線進(jìn)線、零線出線，例如：從左往右分別是端子1、2、3、4。端子1、2接火線，一般1進(jìn)2出。端子3、4接零線，一般3進(jìn)4出。如圖所示。圖單相電能表接線示意圖六、雙控開(kāi)關(guān)電工電子技術(shù)

黃燕華雙控開(kāi)關(guān)SPDT：全稱是SinglePoleDoubleThrow，中文名稱為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，也稱單刀雙控開(kāi)關(guān)。圖形符號(hào)如圖所示，有三個(gè)接線端，分別是L、L1、L2，當(dāng)將L、L2接入回路中時(shí)，若觸頭在L、L2之間則回路接通，當(dāng)觸頭在L、L1之間是回路斷開(kāi)。在家庭照明電路中使用的單刀雙控開(kāi)關(guān)在仿真軟件中的實(shí)物圖（正反面）和內(nèi)部接線方式和參數(shù)如圖所示。單刀雙控開(kāi)關(guān)圖形符號(hào)

單刀雙控開(kāi)關(guān)實(shí)物圖、反面示意圖、內(nèi)部接線方法圖六、熒光燈電工電子技術(shù)

黃燕華熒光燈熒光燈又名日光燈，由于它的發(fā)光效率比普通的白熾燈要高出3倍以上，壽命則是白熾燈的2?3倍，是最經(jīng)濟(jì)的照明燈具之一。同時(shí)它發(fā)出的光具有光色柔和、接近自然光等優(yōu)點(diǎn)。熒光燈是一種低壓汞放電燈具，通常由燈管、鎮(zhèn)流器和啟輝器等組成。燈管是一根直徑為15?38mm的玻璃管，管內(nèi)充有低壓水銀蒸氣，管的內(nèi)壁上涂有一層熒光粉，燈管的兩端各有一根燈絲，其構(gòu)造如圖所示。

熒光燈燈管構(gòu)造和工作原理啟輝器是一個(gè)小玻璃泡被抽成真空后，充以氖氣。內(nèi)部裝有一個(gè)固定的靜觸片和一個(gè)用雙金屬片做成的U形動(dòng)觸片，靜觸片和動(dòng)觸片之間有0.5mm左右的間隙。靜觸片和動(dòng)觸片通過(guò)各自的引線接出，構(gòu)造如圖所示。鎮(zhèn)流器是一個(gè)纏繞在硅鋼片鐵心上的電感線圈，有兩個(gè)作用。第一，與啟輝器配合，在通電啟動(dòng)瞬間產(chǎn)生高電壓使燈管放電；第二，熒光燈啟動(dòng)后正常工作時(shí)，鎮(zhèn)流器與燈管串聯(lián)起分壓、限流作用。啟輝器構(gòu)造普通熒光燈的接線如圖所示。熒光燈外接交流電源，閉合開(kāi)關(guān)QS，此時(shí)，由于電源電壓較低，不能使燈管內(nèi)的水銀原子電離放電，所以燈管是不導(dǎo)電的。致使鎮(zhèn)流器、燈絲和啟輝器串聯(lián)，接在電源端，電源電壓全部加在啟輝器兩個(gè)觸片之間的狹窄間隙內(nèi)，造成玻璃泡中的氖氣輝光放電，使動(dòng)觸片受熱。由于構(gòu)成動(dòng)觸片的兩種金屬膨脹系數(shù)不一樣，使動(dòng)觸片膨脹伸展，并與靜觸片接觸，將整個(gè)電路接通。于是，電流流過(guò)燈絲，為燈絲加熱，并使其發(fā)射電子。動(dòng)、靜觸片接觸后，啟輝器內(nèi)的輝光放電終止，動(dòng)觸片冷卻縮回，動(dòng)、靜觸片分離，斷開(kāi)電路。此時(shí)，鎮(zhèn)流器線圈中的電流突然中斷，產(chǎn)生非常大的自感電動(dòng)勢(shì)(為800-1500V),并與電源電壓疊加，加在燈管的兩端，這樣高的電壓足以使燈管內(nèi)的水銀蒸氣電離，產(chǎn)生孤光放電，燈管被點(diǎn)燃發(fā)光。燈管正常工作后，只需較低的電壓即可維持管內(nèi)氣體放電，此時(shí)鎮(zhèn)流器起分壓、限流作用。也正是由于燈管電壓較低，已不能再使啟輝器產(chǎn)生放電，動(dòng)、靜觸片保持分離狀態(tài)，并等待下次啟動(dòng)時(shí)再用。熒光燈接線在對(duì)熒光燈電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，可近似將燈管用電阻元件R表示，鎮(zhèn)流器用電感元件L和電阻RL的串聯(lián)組合表示，熒光燈電路模型如圖所示。由于熒光燈電路是感性電路，為了提高功率因數(shù)，應(yīng)與其并聯(lián)一個(gè)容量合適的電容器。熒光燈電路模型任務(wù)實(shí)施如圖２-１所示，現(xiàn)有一個(gè)２２０Ｖ的單相交流電源、一個(gè)單相電能表、一個(gè)低壓斷路器、一個(gè)雙控開(kāi)關(guān)、一個(gè)熒光燈、導(dǎo)線若干，根據(jù)所給元器件設(shè)計(jì)由雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈亮滅的電路，要求該電路能計(jì)算用電量。１)圖２-２中ＡＣ２２０Ｖ電源中ＡＣ的含義是什么?２２０Ｖ指的是什么值?符號(hào)Ｌ和Ｎ各表示什么?完成表２-１。圖2-2交流電源示意圖名稱AC220VLN含義

表2-1交流電源參數(shù)的含義名稱AC220VLN含義交流電源工作電壓220V（有效值）相線（火線）零線（中性線）２)正弦交流電參數(shù)的表示方式有哪些?分別包含哪些要素?完成表２-２(以正弦交流電壓為例)。表示方式表達(dá)式包含要素瞬時(shí)值表示法

相量表示法

表2-2正弦交流電量的表示法及其要素表示方式表達(dá)式包含要素瞬時(shí)值表示正弦交流電量的相量表示形式

３)假設(shè)圖２-２中的交流電源的初相角為０°，用瞬時(shí)值表示法和相量表示法寫出該交流電源的表達(dá)式(見(jiàn)表２-３)。表示方式表達(dá)式瞬時(shí)值表示法

相量表示法表2-3２２０Ｖ正弦交流電源的表示法交流電源示意圖表示方式表達(dá)式瞬時(shí)值表示因工頻交流電的頻率為50HZ，所以角頻率ω=2πf=314rad/s220V正弦交流電源的相量表示形式４)圖２-３為雙控開(kāi)關(guān)的內(nèi)部接線端子示意圖，實(shí)際使用中如何進(jìn)行接線?哪個(gè)端子相當(dāng)于ＣＯＭ端?Ｌ、Ｌ１、Ｌ２三個(gè)端子共有幾種組合狀態(tài)?圖2-3單刀雙控開(kāi)關(guān)接線端子示意圖在圖2.3中的單刀雙控開(kāi)關(guān)中三個(gè)端子的L相當(dāng)于COM端（公共端），任何狀態(tài)下都是有一對(duì)觸點(diǎn)閉合，一對(duì)觸點(diǎn)斷開(kāi)，當(dāng)我們按下開(kāi)關(guān)的時(shí)候這兩對(duì)觸頭的狀態(tài)會(huì)改變，比如，L、L2這一對(duì)觸頭閉合時(shí)，L、L1這對(duì)觸頭一定是斷開(kāi)的，當(dāng)我們切換開(kāi)關(guān)時(shí)觸頭狀態(tài)也是跟著切換的。因此L、L1、L2三個(gè)端子總共有兩種狀態(tài)，分別是①：L、L2觸頭閉合且L、L1觸頭斷開(kāi)；②：L、L2觸頭斷開(kāi)且L、L1觸頭閉合。單刀雙控開(kāi)關(guān)的接線端子示意圖５)圖２-４為單相電能表示意圖，電能表的作用是什么?在線路中四個(gè)端子如何接線?電能表的參數(shù)有哪些?各參數(shù)的含義是什么?完成表２-４。電能表的作用

電能表讀數(shù)（KW·h）的含義

電能表端子1、2、3、4的接法

電能表參數(shù)的含義參數(shù)220V20（40）A50HZ300r/KWh含義

表2-4電能表相關(guān)信息表電能表的作用電能表是用來(lái)測(cè)量電路中消耗電能的儀表，又稱為電度表、火表、千瓦小時(shí)表。電度表讀數(shù)含義KW·h是耗電計(jì)量參數(shù)，即：電量單位“度”電能表端子1、2、3、4接法端子1、2接火線，一般1進(jìn)2出。端子3、4接零線，一般3進(jìn)4出。電能表參數(shù)的含義參數(shù)220V20（40）A50HZ300r/KWh含義電能表的進(jìn)線電壓額定工作電流為20A，最大工作電流為40A適用的電源頻率為50HZ用電設(shè)備每消耗1KWh的電能，電能表的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過(guò)300轉(zhuǎn)6）請(qǐng)根據(jù)圖2-1將各元器件的功用填入表2-5中。名稱AC220V交流電源電能表斷路器雙控開(kāi)關(guān)熒光燈功用

表2-5雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈電路中各元器件的功用圖2-1家用照明電路元器件圖名稱AC220V電源電能表斷路器單刀雙控開(kāi)關(guān)熒光燈功用提供220V的交流電源計(jì)算消耗的電量通斷和保護(hù)的作用控制燈的亮滅用電設(shè)備（負(fù)載）7）根據(jù)圖２-１所給的元器件設(shè)計(jì)家庭照明電路，要求用雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈的亮和滅，并用單相電流表測(cè)其使用的電能，在圖２-１中用導(dǎo)線正確連接各元器件，注意橫平豎直的布線方式。圖2-5單刀雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈的接線示意圖8）熒光燈中的燈管和整流器用理想化的元器件模型來(lái)等效，填入表２-６，將熒光燈的電路模型繪制在圖２-５中。名稱熒光燈整流器理想化的電路元件

表2-6熒光燈中燈管和整流器的等效元件圖2-6熒光燈電路的模型名稱燈管整流器理想化的電路元件電阻R電阻RL和電感L的串聯(lián)熒光燈電路的模型9）簡(jiǎn)述熒光燈亮滅控制電路的工作過(guò)程。當(dāng)單刀雙控開(kāi)關(guān)S處于閉合位置時(shí)，回路接通，回路中有電流流過(guò)，熒光燈被點(diǎn)亮，當(dāng)S處于斷開(kāi)位置時(shí)，回路斷開(kāi)，回路中沒(méi)有電流流過(guò)，熒光燈處于滅的狀態(tài)。謝謝！基于Multisim的家庭照明電路仿真分析電工電子技術(shù)

黃燕華任務(wù)導(dǎo)學(xué)如何計(jì)算熒光燈電路中的電流和電壓，如何基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真軟件中對(duì)電流、電壓的數(shù)值和相位進(jìn)行測(cè)量?

任務(wù)導(dǎo)學(xué)電路中的電流和電壓的計(jì)算同樣的符合基爾霍夫定律，即KCL、KVL兩個(gè)定律；同時(shí)，電路中的電參量為交流電量，元器件的性質(zhì)除了電阻性的還有電感性和電容性的，則計(jì)算時(shí)需要將交流電量轉(zhuǎn)換為相量的形式，應(yīng)同時(shí)考慮大小和相位之間的關(guān)系；

在Multisim軟件中使用博德圖儀可以測(cè)量相位關(guān)系，使用萬(wàn)用表可以測(cè)量電壓電流的數(shù)值。任務(wù)情境圖2-21雙控開(kāi)關(guān)控制的熒光燈電路１)在圖２-２１中標(biāo)出電路中各未知電參數(shù)的符號(hào)和方向。標(biāo)注雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈電路中電參量的符號(hào)和方向任務(wù)實(shí)施2）求解整流器的感抗XL，整流器的等效阻抗Z1。3）求解熒光燈電路的總阻抗Z。4）寫熒光燈電路中各未知電參量的計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果，完成表2-7中。表2-7熒光燈電路中的參數(shù)的計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果5）說(shuō)明如何提高熒光燈電路的功率因數(shù)。6）基于Multisim仿真軟件測(cè)出

。在Multisim仿真軟件中構(gòu)建仿型，將儀器儀表安裝正確，將測(cè)量結(jié)果與步驟４)中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，完成表２-８。表2-8熒光燈電路參數(shù)仿真測(cè)量結(jié)果17、請(qǐng)用Multisim軟件測(cè)出PR、P、cosφ1，在Multisim軟件中構(gòu)建仿型，將儀器儀表安裝正確，將測(cè)量結(jié)果與步驟４)中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，完成表２-9。表2-9熒光燈電路參數(shù)仿真測(cè)量結(jié)果2知識(shí)鏈接一、電阻元件的交流電路二、電感元件的交流電路三、電容元件的交流電路四、功率因數(shù)的提高

五、Multisim軟件中虛擬儀器的使用

一、電阻元件的交流電路電工電子技術(shù)

黃燕華電阻元件的正弦交流電路(一)電壓與電流的關(guān)系線性電阻元件:歐姆定律+--Ruiu=Umsin(ωt+ψu(yù))電阻元件的端電壓電流u=Umsin(ωt+ψu(yù))電阻元件的端電壓電流1.頻率關(guān)系通過(guò)電阻元件的電流與端電壓是同頻率的正弦電量。2.數(shù)值關(guān)系有效值電流與端電壓有效值之間具有歐姆定律的形式。3.相位關(guān)系電流與端電壓同相位。Ψu=Ψi(二)歐姆定律的相量形式或0Ψu=ψiωtiuui+1Ψi=Ψu(三)功率1.瞬時(shí)功率p=uiu=Umsinωti=Imsinωt電壓電流瞬時(shí)功率p≥0電阻是耗能元件。+--Ruiωt0piiuuωt01.瞬時(shí)功率p≥0電阻是耗能元件。ωt0piiuuωt02.平均功率

有功功率表示電阻元件的實(shí)際耗能效果。+--Rui例題已知R=100Ω、電壓u=311sin（314t+30°）V解:電壓相量電流相量電流

計(jì)算電流i和平均功率P。平均功率P=UI=220×2.2=484W二、電感元件的交流電路電工電子技術(shù)

黃燕華電感元件的正弦交流電路電感線圈(電感器)的應(yīng)用限流、扼流整流電路中的濾波器。調(diào)諧與選頻諧振電路。鎮(zhèn)流器熒光燈電路。電抗器電焊機(jī)中改變電感量L，滿足焊接工藝要求。電感元件

理想元件只表示電流建立磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能這一物理（電磁）性質(zhì)是儲(chǔ)能元件1.線性電感元件電感元件是表示電流建立磁場(chǎng),儲(chǔ)存磁場(chǎng)能這一電磁現(xiàn)象的理想元件。φi磁鏈ψ=NΦψ=LiL是常數(shù)單位:亨(利)(H)電感元件的儲(chǔ)能線性電感元件磁鏈ψ與電流i成正比。i++----euL2.電感元件的伏安關(guān)系電感元件的圖形符號(hào)及有關(guān)電量的正方向。電磁感應(yīng)定律線性電感元件ψ=Li根據(jù)KVL電感元件的伏安關(guān)系電感元件的電壓與通過(guò)的電流對(duì)時(shí)間的變化率成正比。在直流電路中,電感元件相當(dāng)于無(wú)阻導(dǎo)線。(二)在正弦交流電路中電感元件電壓與電流的關(guān)系通過(guò)電感元件的正弦交流電流電感元件的端電壓i=Imsinωt通過(guò)電感元件的正弦交流電流電感元件的端電壓i=Imsinωt1.頻率關(guān)系電感元件端電壓與電流是同頻率的正弦電量。2.數(shù)值關(guān)系Um=ωLImIm=Um／(ωL)有效值表示式感抗

XL=ωL

單位:歐(姆)引入感抗后,電感元件端電壓與電流的有效值之間具有歐姆定律的形式。感抗XL=ωL=2πfL感抗XL與電流的頻率f成正比在直流電路中XL=0。3.相位關(guān)系i=Imsinωt電流電壓相位差

φ=ψu(yù)--ψi=90°電壓超前電流90°90°ωt0ui90°相量表示式j(luò)XL復(fù)數(shù)感抗或(三)功率1.瞬時(shí)功率i++----euLi=Imsinωt電流電壓瞬時(shí)功率p以二倍頻按正弦規(guī)律交變。瞬時(shí)功率p的最大值是UI。p＜0電感釋放磁場(chǎng)能,返還電源,電感中的磁場(chǎng)在消失。p＞0電感吸收電能,并轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能,儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中。ωtp0ωtuuii0電感元件不消耗電功率,是儲(chǔ)能元件。2.平均功率3.無(wú)功功率衡量電感元件與電源進(jìn)行能量交換的規(guī)模。取瞬時(shí)功率的最大值表示單位:乏(爾)(var)或仟乏(kvar)三、電容元件的交流電路電工電子技術(shù)

黃燕華電容元件的交流電路電容元件：表示電路中儲(chǔ)存電荷、建立電場(chǎng)、儲(chǔ)存電場(chǎng)能這一電磁現(xiàn)象的理想元件。電容儲(chǔ)存電場(chǎng)能儲(chǔ)存的電荷量q∝U+qC+--U－qq=CU線性電容元件電容單位：法拉(F)--+uCi電容元件的伏安特性電容電流(一)

在正弦交流電路中電容元件電壓與電流的關(guān)系交流電壓

u=Umsinωt(2)數(shù)值關(guān)系容抗(1)頻率關(guān)系電流i與電壓u是同頻率的正弦電量。交流電壓

u=Umsinωt電容電流最大值有效值引入容抗之后,電壓有效值與電流有效值之間具有歐姆定律的形式。電容C一定,頻率f越高,容抗XC越小。在直流電路中f=0，XC→∞，電容可視為開(kāi)路。電容具有隔直流、通交流的作用。高頻電流越容易通過(guò)。容抗容抗的單位是歐姆。（三）相位關(guān)系交流電壓

u=Umsinωt交流電流

i=Imsin（ωt+90°）相位差

φ=ψu(yù)--ψi=-－---90°電容電壓u滯后電流i90°0Ψi=90°ωtiiuu0Ψi=90°ωtiiuu相量表示式或復(fù)數(shù)容抗相量圖I·U·(二)功率1.瞬時(shí)功率交流電壓

u=Umsinωt交流電流

i=Imsin（ωt+90°）1.瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率p以二倍頻按正弦規(guī)律交變。瞬時(shí)的功率p的最大值是UI。ωtuuii0p0ωtp＜0電容釋放電場(chǎng)能,返還電源,電容中的電場(chǎng)在消失。p＞0電容吸收電能,并轉(zhuǎn)換為電場(chǎng)能,儲(chǔ)存在電場(chǎng)中。電容不消耗電功率,是儲(chǔ)能元件。ωtuuii0p0ωt2.平均功率3.無(wú)功功率衡量電容元件與電源進(jìn)行能量交換的規(guī)模。取瞬時(shí)功率的最大值表示單位:乏(爾)(var)或仟乏(kvar)四、功率因數(shù)的提高電工電子技術(shù)

黃燕華提高功率因數(shù)的方法原則:不影響負(fù)載的正常工作。電感元件的無(wú)功功率與電容元件的無(wú)功功率相互補(bǔ)償。R1+-I·U·jXLIRL·原理:減小電路的無(wú)功功率。補(bǔ)償電容器C方法：與電感性負(fù)載并聯(lián)一個(gè)容量合適的電容器。-jXCIC·C分解無(wú)功分量有功分量IX=IRLsinφ1IR=IRLcosφ1IX·IR·電路的功率因數(shù)λ1=cosφ1I·總電流IRL·=U·IRL·φ1感性負(fù)載支路電流IRL·工作原理+-I·U·jXLR1IRL·未并聯(lián)電容IX·IC·與無(wú)功分量相位相反、相互補(bǔ)償有效值I＜IRLU·總電流I·與電壓的相位差角φ2＜

φ1補(bǔ)償后的功率因數(shù)λ2=cosφ2＞λ1=cosφ1+-I·U·jXL-jXCR1IRL·IC·IC·并入電容后,電容支路電流IC·U·IRL·IX·IR·φ1總電流I·IRL·=IC·+I·IC·φ2φ2U·IRL·IC·IC·IX·IR·φ1I·把功率因數(shù)從λ1=cosφ1提高到λ2=cosφ2應(yīng)該并聯(lián)電容器的容量。電容支路的電流

IC

=U／XC

=UωC代入上式注意P=UIRLcosφ1=UIcos1φ2五、Multisim軟件中虛擬儀器的使用

電工電子技術(shù)

黃燕華（1）功率表功率表用來(lái)測(cè)量電路的交流、直流功率，功率的大小是流過(guò)電路的電流和電壓差的乘積，量綱為瓦特。所以，功率表有四個(gè)引線端：分別是電壓的正極和負(fù)極，電流的正極和負(fù)極。功率表中有兩組端子，左邊兩個(gè)端子為電壓輸入端子，與所要測(cè)試的電路并聯(lián)；右邊兩個(gè)端子為電流輸入端子，與所要測(cè)試的電路串聯(lián)。功率表也能測(cè)量功率因素，功率因素是電壓和電流相位差角的余弦值。功率表的圖標(biāo)、接線符號(hào)、面板如圖2-36所示。功率表圖標(biāo)、接線符號(hào)、面板示意圖（2）博德圖儀博德圖儀(BodePlotter)能產(chǎn)生一個(gè)頻率范圍很寬的掃描信號(hào)，用于測(cè)量電路幅頻特性和相頻特性。博德圖儀圖標(biāo)、接線符號(hào)如圖2-37，面板如圖2-38所示。顯示屏顯示的是測(cè)量幅頻特性曲線。博德圖儀圖標(biāo)、接線符號(hào)注意：使用博德圖儀測(cè)量幅頻特性和相頻特性曲線時(shí)，電路輸入端必須接有信號(hào)源。若沒(méi)有信號(hào)源，電路將不能仿真。但使用何種信號(hào)源并不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，如用函數(shù)函數(shù)發(fā)生器或用元器件庫(kù)中的AC_POWER作為電路輸入端信號(hào)源，效果一樣。博德圖儀面板測(cè)量模式1）Mode模式選擇Magnitude幅頻特性測(cè)量。幅頻特性是指在一定頻帶內(nèi)，兩測(cè)試點(diǎn)間（如電路輸入in，電路輸出out兩測(cè)試點(diǎn)）的幅度比率隨頻率變化的特性，如電壓放大器，放大器電壓增益在一定頻帶內(nèi)并非一致。為了了解在一個(gè)頻帶內(nèi)段內(nèi)放大器各頻率點(diǎn)的電壓增益，就要對(duì)放大器進(jìn)行電壓增益的幅頻特性的測(cè)量。將博德圖儀與被測(cè)電路相連，用鼠標(biāo)單擊按鈕，博德圖儀顯示屏上就會(huì)繪制出幅頻特性曲線。Phase相頻特性的測(cè)量。相頻特性曲線，是指在一定的頻帶段內(nèi)，兩測(cè)試點(diǎn)間（如電路輸入in，電路輸出out兩測(cè)試點(diǎn)）的相位差值，以度表示。與測(cè)量幅頻特性一樣，用鼠標(biāo)單擊

按鈕，相頻特性曲線就會(huì)繪制出來(lái)。2）測(cè)量方法將儀器輸入端口正極與電路in的正極相連，將儀器輸出端口正極與電路out正極相連。將儀器輸入端口的負(fù)極與儀器輸出端口的負(fù)極一并接地。如果測(cè)量是針對(duì)一個(gè)組件的，則將博德圖儀正極分別接到組件輸入in和輸出out兩端，負(fù)極一并接地。水平軸與垂直軸的設(shè)置1）基本設(shè)置當(dāng)比值或增益有較大變化范圍時(shí)，坐標(biāo)軸一般設(shè)置為對(duì)數(shù)的方式，這時(shí)頻率通常也用對(duì)數(shù)表示。當(dāng)刻度由對(duì)數(shù)（log）形式變?yōu)榫€性（lin）形式時(shí)，可以不必重新仿真，如圖2-39所示。2）Horizontal水平軸刻度水平軸（X軸）顯示的是頻率。它的刻度由橫軸的初始值和最終值決定。當(dāng)要分析的頻率范圍比較大時(shí)，使用對(duì)數(shù)刻度。設(shè)置水平軸初始值（I）和最終值（F）時(shí)，切記：一定要是使（I<F），Multisim不允許（I>F）的情況出現(xiàn)。博德圖儀坐標(biāo)軸的設(shè)置3）Vertical縱軸刻度縱軸（Y軸）的刻度和單位是由測(cè)量的內(nèi)容決定的，見(jiàn)表2-10。測(cè)量電壓增益時(shí)，縱軸顯示的是電路輸出電壓與輸入電壓的比率，使用對(duì)數(shù)坐標(biāo)時(shí)，單位是分貝。使用線性時(shí)，顯示輸出電壓與輸入電壓的比率。當(dāng)測(cè)量相頻響應(yīng)曲線時(shí)，縱軸刻度顯示相位角的差值，單位為度。設(shè)置縱軸（Y軸）初始值（I）和最終值（F）時(shí)，也一定要是使（I<F），Multisim不允許（I>F）的情況出現(xiàn)。測(cè)量?jī)?nèi)容使用坐標(biāo)最小初始值最大最終值幅頻增益log-200dB200dB幅頻增益lin010e+09相頻lin-720°720°測(cè)量?jī)?nèi)容讀數(shù)垂直游標(biāo)使用前一般都在博得圖儀屏幕的左邊沿上，如圖2-40所示。移動(dòng)博得圖儀的垂直游標(biāo)到某一頻率上，與該頻率相對(duì)應(yīng)增益或相位的差值將被顯示出來(lái)，如圖2-40。游標(biāo)所在位置頻率對(duì)應(yīng)測(cè)量值１)在圖２-２１中標(biāo)出電路中各未知電參數(shù)的符號(hào)和方向。標(biāo)注雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈電路中電參量的符號(hào)和方向任務(wù)實(shí)施標(biāo)注雙控開(kāi)關(guān)控制熒光燈電路中電參量的符號(hào)和方向2）求解整流器的感抗XL，整流器的等效阻抗Z1。

因感抗XL=ωL=2πfL所以代入?yún)?shù)得XL=2×3.14×50×1.47=461.58Ω因整流器的等效阻抗Z1=RL+jXL所以代入?yún)?shù)得

Z1=RL+jXL=50+j461.58=464.28∠83.82°3）求解熒光燈電路的總阻抗Z。因熒光燈的等效模型為燈管的電阻R和整流器的串聯(lián)，所以有：Z=R+RL+jXL代入數(shù)值得Z=250+50+461.58j=300+461.58j=550.51∠57°4）寫熒光燈電路中各未知電參量的計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果，完成表2-7中。表2-7熒光燈電路中的參數(shù)的計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果熒光燈電路中的參數(shù)的計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果5）說(shuō)明如何提高熒光燈電路的功率因數(shù)。提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)的方法是在電感性負(fù)載的兩端并聯(lián)一個(gè)容量數(shù)值合適的電容器C，根據(jù)公式可得補(bǔ)償電容量C為：

6）基于Multisim仿真軟件測(cè)出

。在Multisim仿真軟件中構(gòu)建仿型，將儀器儀表安裝正確，將測(cè)量結(jié)果與步驟４)中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，完成表２-８。表2-8熒光燈電路參數(shù)仿真測(cè)量結(jié)果1（1）測(cè)量模長(zhǎng)（有效值）和輻角的注意要點(diǎn)：測(cè)量電壓時(shí)應(yīng)將萬(wàn)用表或者電壓表應(yīng)并聯(lián)在被測(cè)電路中，測(cè)量交流電時(shí)應(yīng)該選擇交流AC檔；測(cè)量電流時(shí)應(yīng)將萬(wàn)用表或者電流表串聯(lián)在被測(cè)電路中，同理，測(cè)量交流電量時(shí)應(yīng)該選擇交流AC檔。（2）請(qǐng)繪制電壓電流（有效值）、相位角的仿真電路接線示意圖。（2）請(qǐng)繪制電壓電流（有效值）、相位角的仿真電路接線示意圖。（2）請(qǐng)繪制電壓電流（有效值）、相位角的仿真電路接線示意圖。表2-8單刀雙控開(kāi)關(guān)控制的熒光燈電路測(cè)量電壓、電流和相位角仿真參數(shù)（參考）7、請(qǐng)用Multisim軟件測(cè)出PR、P、cosφ1，在Multisim軟件中構(gòu)建仿型，將儀器儀表安裝正確，將測(cè)量結(jié)果與步驟４)中的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，完成表2-9。表2-9熒光燈電路參數(shù)仿真測(cè)量結(jié)果2（1）測(cè)量功率和功率因數(shù)的注意要點(diǎn)：測(cè)量功率因數(shù)時(shí)，功率因數(shù)表有四個(gè)接線端，左側(cè)兩個(gè)接線端為電壓輸入端子要與被測(cè)元器件并聯(lián)，右邊兩個(gè)接線端為電流輸入端要與被測(cè)電路串聯(lián)，功率因數(shù)為電壓與電流相位差角的余弦值。單刀雙控開(kāi)關(guān)控制的熒光燈電路測(cè)量功率和功率因數(shù)仿真示意圖表2-9單刀雙控開(kāi)關(guān)控制的熒光燈電路測(cè)量功率和功率因數(shù)參數(shù)（參考）謝謝！任務(wù)三、正弦電路中參數(shù)的分析、計(jì)算與仿真電工電子技術(shù)

黃燕華任務(wù)導(dǎo)學(xué)交流電路中電參數(shù)的計(jì)算與直流電路中電參數(shù)的計(jì)算有什么異同?

任務(wù)導(dǎo)學(xué)項(xiàng)目一中直流電路回路中電參量的計(jì)算是在電阻性的線性電路中，回路中不涉及相位的計(jì)算，在交流電路中電參量的計(jì)算則涉及到相位的計(jì)算，每個(gè)電參量除了有數(shù)值還有相位，所以要用相量的形式來(lái)表示。當(dāng)然基本的KVL、KCL、歐姆定律同樣是滿足的。任務(wù)情境收音機(jī)的原理是把從天線接收到的高頻信號(hào)經(jīng)檢波(解調(diào))還原成音頻信號(hào)，送到耳機(jī)變成音波。由于廣播事業(yè)的發(fā)展，天空中有了很多不同頻率的無(wú)線電波。為了選擇所需要的廣播，在接收天線后，有一個(gè)選擇性電路，它的作用是把所需的信號(hào)(電臺(tái))挑選出來(lái)，并把不需要的信號(hào)“濾掉”，以免產(chǎn)生干擾，這就是收聽(tīng)廣播時(shí)使用的選臺(tái)按鈕，計(jì)算廣播電路中的各電參數(shù)，分析收音機(jī)實(shí)現(xiàn)選臺(tái)功能的原理。任務(wù)實(shí)施收音機(jī)選頻電路示意圖１)串聯(lián)諧振發(fā)生的條件是什么?改變可調(diào)電容器Ｃ的電容量，就能使電路對(duì)所需廣播信號(hào)發(fā)生串聯(lián)諧振，現(xiàn)要接收ｆ０＝８２６ｋＨｚ的廣播信號(hào)，計(jì)算可調(diào)電容器的電容量Ｃ。２)什么是諧振的品質(zhì)因數(shù)?為什么要引入諧振的品質(zhì)因數(shù)?求出諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Ｑ。３)假設(shè)該頻率信號(hào)的電壓有效值Ｕ＝１４μＶ，計(jì)算電路中的電流Ｉ及電容器兩端的電壓ＵＣ。４)假設(shè)信號(hào)頻率為ｆ＝８１８ｋＨｚ，計(jì)算其電容器的容抗和電路的電抗，計(jì)算電路中總阻抗Ｚ。５)假設(shè)信號(hào)頻率為ｆ＝８１８ｋＨｚ，其電壓有效值也是Ｕ＝１４μＶ，計(jì)算電路中的電流Ｉ′及電容器兩端的電壓Ｕ′Ｃ。６)在輸入信號(hào)電壓有效值相同時(shí)，比較諧振頻率ｆ０＝８２６ｋＨｚ和非諧振頻率ｆ＝８１８ｋＨｚ下電容器兩端電壓的數(shù)值關(guān)系。７)基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真軟件仿真以上電路中的電參數(shù)，并將仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果填入表２-１１中(提示:用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真軟件中的交流分析模塊進(jìn)行交流電路中電參數(shù)的分析)。知識(shí)鏈接一、RLC串聯(lián)電路的分析與計(jì)算二、阻抗串聯(lián)的正弦交流電路三、阻抗并聯(lián)交流電路四、交流電路中的諧振

五、Multisim軟件中的交流分析（ACSweep）

一、RLC串聯(lián)電路的分析與計(jì)算電工電子技術(shù)

黃燕華一、RLC串聯(lián)電路的分析與計(jì)算一.電阻、電感和電容元件串聯(lián)交流電路RL電感線圈電路模型R--L串聯(lián)交流電路。uLR----+--+--uLC++uCuRiR--L--C串聯(lián)交流電路普遍適用的情況。(一)電壓、電流關(guān)系電流i=Imsinωt各元件端電壓uR=ImRsinωt=URmsinωtuC=ImXCsin（ωt--90°）=UCm

sin（ωt--90°）uL=ImXLsin（ωt+90°）=ULm

sin（ωt+90°）uLR----+--+--uLC++uCuRiR--L--C串聯(lián)交流電路KVLu=uR+uL

+uC基爾霍夫定律的相量形式基爾霍夫定律的相量形式式中代入上式復(fù)數(shù)阻抗單位：歐姆----R+--+--++電壓、電流關(guān)系或歐姆定律的相量形式。電路的時(shí)域模型與相量模型uLR----+--+--uLC++uCuRi----R+--+--++（二）復(fù)數(shù)阻抗1.復(fù)數(shù)阻抗的兩種表示形式代數(shù)形式Z=R+jX與電路的參數(shù)對(duì)應(yīng)實(shí)部--電阻R虛部--電抗

X=XL--XC極坐標(biāo)形式阻抗模表示了電壓與電流的數(shù)量關(guān)系。幅角φ=ψu(yù)--ψi表示了電壓與電流的相位關(guān)系。阻抗角----R+--+--++2.阻抗三角形復(fù)數(shù)阻抗的兩種表示形式可以進(jìn)行互換極坐標(biāo)形式→代數(shù)形式電阻電抗代數(shù)形式→極坐標(biāo)形式阻抗模阻抗角阻抗三角形φRXφI·U·UR·UL·UC·φI·U·UR·UL·UC·當(dāng)XL＞XC

,電抗X＞0,阻抗角φ＞0,

電壓u超前于電流i。電感性電路。當(dāng)XL＜XC

,電抗X＜0,阻抗角φ＜0,電流i超前于電壓u

。電容性電路。根據(jù)電源頻率和電路參數(shù)的不同，電壓、電流的相位關(guān)系不同。3.電壓與電流的相位關(guān)系阻抗角當(dāng)XL=XC

,電抗X=0,阻抗角φ=0,電壓u與電流i同相位。電路處于諧振狀態(tài)。參考正弦量參考相量相量圖的畫法----R+--+--++（三）正弦交流電路的功率以RLC串聯(lián)電路為例,所得結(jié)論普遍適用。電壓u=Umsin(ωt+ψu(yù))電流I=Imsin(ωt+ψi)p=ui=UIcosφ—UIcos(2ωt+ψu(yù)+ψi)φ=ψu(yù)--ψi(一)瞬時(shí)功率(二)平均功率P功率因數(shù)功率因數(shù)角--λ=cosφ平均功率(三)無(wú)功功率Q衡量電路中儲(chǔ)能元件(L和C)與電源進(jìn)行能量交換的規(guī)模。電感元件的無(wú)功功率QL和電容元件的無(wú)功功率QC是相互補(bǔ)償?shù)?，電路與電源進(jìn)行的能量交換是二者的差值。無(wú)功功率Q=UIsinφ(四)視在功率SS=UI單位:伏安（VA）千伏安（kVA）視在功率表示交流電源的發(fā)電能力，即可能發(fā)出的最大電功率。(五)功率三角形PSQφ單位:乏（Var）二、阻抗串聯(lián)的正弦交流電路電工電子技術(shù)

黃燕華二、阻抗串聯(lián)的交流電路熒光燈電路RLjXLU·I·--+R鎮(zhèn)流器燈管+-U·I·Z+-+-+-+-U·U1·U2·Un·I·Z1Z2Zn不含源單口網(wǎng)絡(luò)等效變換據(jù)KVL式中代入KVL式+-U·I·Z+-+-+-+-U·U1·U2·Un·I·Z1Z2Zn等效變換等效阻抗等于各個(gè)串聯(lián)之阻抗和。三、阻抗并聯(lián)交流電路電工電子技術(shù)

黃燕華三、并聯(lián)交流電路+-U·I·Z+-U·I·I1·I2·Z1Z2(一)等效阻抗推廣等效阻抗Z根據(jù)等效條件端口的伏安關(guān)系相同(二)并聯(lián)阻抗的分流作用+-U·I·I1·I2·Z1Z2兩個(gè)阻抗并聯(lián)的等效阻抗同理四、交流電路中的諧振電工電子技術(shù)

黃燕華四、交流電路中的諧振----R+--+--++一.串聯(lián)諧振電路的感抗、容抗和阻抗都是頻率的函數(shù)。感抗容抗阻抗模阻抗角（一）串聯(lián)諧振的條件電源電壓幅值不變、頻率變化，電路中電流、電壓將發(fā)生變化，即響應(yīng)是頻率的函數(shù)。諧振諧振條件串聯(lián)諧振角頻率串聯(lián)諧振頻率當(dāng)電路參數(shù)與頻率滿足特定關(guān)系時(shí)，XL=XC、阻抗角φ=0，電壓與電流同相位，電路呈現(xiàn)純電阻性。U·I·（二）串聯(lián)諧振的特點(diǎn)（1）電壓與電流同相位，阻抗角φ=0，串聯(lián)電路呈現(xiàn)純電阻性。U·I·ω＜ω0、XL＜XC、φ＜0，電壓滯后于電流，串聯(lián)電路呈現(xiàn)電容性。U·I·ω＞ω0、XL

＞XC、φ＞0，電壓超前于電流，串聯(lián)電路呈現(xiàn)電感性。U·I·（2）阻抗值最小Z=R+j（

XL

－XC

）=R（3）電源電壓有效值保持不變，電流達(dá)最大值（4）可能產(chǎn)生過(guò)電壓現(xiàn)象。UC·UL·UR·U·=I·諧振時(shí)XL=XC

，電感端電壓與電容端電壓相互補(bǔ)償，即。電源電壓等于電阻端電壓，即。UL·UC·=－UR·U·=UC·UL·UR·U·=I·電源電壓有效值U=UR=I0R電感電壓有效值電容電壓有效值如果諧振時(shí)XL=XC＞＞R，則UL=UC

＞＞U產(chǎn)生過(guò)電壓現(xiàn)象品質(zhì)因數(shù)諧振時(shí)電感或電容電壓與電源電壓之比Q是衡量諧振劇烈程度的物理量。二.并聯(lián)諧振jXL+-I·U·-jXCRIRL·IC·電感線圈(R-L電路)與電容C并聯(lián)。(一)諧振條件和諧振頻率并聯(lián)電路的等效阻抗電感線圈電阻R＜＜ωL,上式可簡(jiǎn)化為諧振條件和同相位,電路呈現(xiàn)純電阻性。I·U·諧振角頻率諧振頻率并聯(lián)電路的復(fù)阻抗應(yīng)為正實(shí)數(shù),上式中虛部等于零。諧振條件(二)并聯(lián)諧振的特點(diǎn)(1)阻抗近似為最大值。Z達(dá)最大值(近似)(2)電源電壓為定值U,諧振電流為最小值(近似)。上式中分母虛部為零

與同相位,電路呈現(xiàn)純電阻性,等效為一個(gè)高電阻。I·U·L-C高阻諧振濾波器諧振頻率為fN,對(duì)噪音信號(hào)發(fā)生諧振,呈現(xiàn)最大阻抗,噪音信號(hào)基本上降落在L-C并聯(lián)電路兩端,負(fù)載只接受有用信號(hào)eS。--RSeN++--eSfSfN負(fù)載有用信號(hào)噪音信號(hào)在電力系統(tǒng)中用做高頻阻波器。應(yīng)用舉例CLfN高阻諧振濾波器(4)可能出現(xiàn)過(guò)電流現(xiàn)象。支路電流與近似反相，數(shù)值相等。IRL·IC·當(dāng)1／（ω0C）≈ω0L＞＞R時(shí)，支路電流IRL≈IC＞＞I0（總電流）。jXL+-I·U·-jXCRIRL·IC·U·I·IC·IRL·φRL五、Multisim軟件中的交流分析（ACSweep）電工電子技術(shù)

黃燕華五、Multisim軟件中的交流分析（ACSweep）交流分析儀即頻率響應(yīng)分析，即用于分析電路的幅頻特性和相頻特性。在交流分析中，電路中所有的非線性元器件都用它們的線性小信號(hào)模型來(lái)處理。所以Multisim首先計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)以得到各非線性元器件的線性化小信號(hào)模型。其次，根據(jù)電路建立一個(gè)復(fù)變函數(shù)矩陣。要建立矩陣，所有直流電源需設(shè)為零，交流電源、電感、電容，則由他們的交流模型來(lái)代替，數(shù)字器件被視為高阻接地。在進(jìn)行交流分析時(shí)，電路的輸入信號(hào)將被忽略。最后，計(jì)算電路隨頻率變化的響應(yīng)。如果對(duì)電路中某節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生該節(jié)點(diǎn)電壓幅值隨頻率變化的曲線（即幅頻特性曲線），以及該節(jié)點(diǎn)電壓相位隨頻率變化的曲線（即相頻特性曲線），其結(jié)果與伯德圖儀分析結(jié)果相同。單擊菜單欄“Simulate”→“Analysisandsimulate”→“ACSweep”命令，彈出交流分析對(duì)話框，對(duì)話框包括四個(gè)選項(xiàng)，“Frequencyparameters”“Output”“Analysisoptions”

“Summary”。交流分析對(duì)話框“Frequencyparameters”選項(xiàng)卡“Frequencyparameters”選項(xiàng)卡的功能與設(shè)置，“Startfrequency(FSTART)”為起始頻率；“Stopfrequency(FSTOP)”為終止頻率；“Sweeptype”為掃描類型，其橫坐標(biāo)刻度形式有：十倍頻（Decade）、線性（Linear）和二倍頻程（Octave）三種，默認(rèn)設(shè)置為Decade；“Numberofpointsperdecade”為顯示點(diǎn)數(shù)；“Verticalscale”為縱坐標(biāo)刻度，有對(duì)數(shù)（Logarithmic）、線性（Linear）、二倍頻程（Octave）和分貝（Decibel）四種形式，默認(rèn)設(shè)置為L(zhǎng)ogarithmic；“Resettodefault”為設(shè)置恢復(fù)為默認(rèn)值。ACSweep交流分析中Frequencyparameters選項(xiàng)卡功能與設(shè)置Output選項(xiàng)卡Output選項(xiàng)卡如圖2-53所示，主要用于選擇要分析的節(jié)點(diǎn)?！癡ariablesincircuit”:在下拉列表框中選擇要分析的變量。下拉列表框中有六個(gè)變量，分別是靜態(tài)探針、電壓和電流、電壓、電流、元件/模型參數(shù)和所有變量。默認(rèn)選項(xiàng)是所有變量。“Add”按鈕和“Remove”按鈕：在“Variablesincircuit”文本框中選中一個(gè)變量，單擊“Add”按鈕,就可以把該變量添加到“Selectedvariablesforanalysis”文本框內(nèi);反向移動(dòng)變量,則單擊“Remove”按鈕?！癋ilterunselectedvariables…”按鈕，單擊該按鈕，彈出如圖2-53所示的過(guò)濾節(jié)點(diǎn)復(fù)選框，可以在“Variablesincircuit”下拉列表框中添加沒(méi)有自動(dòng)被選擇的一些節(jié)點(diǎn)：內(nèi)部節(jié)點(diǎn)、子模塊和開(kāi)路引腳。ACSweep交流分析中Output選項(xiàng)卡功能與設(shè)置過(guò)濾節(jié)點(diǎn)復(fù)選框Analysisoptions選項(xiàng)卡Analysisoptions選項(xiàng)卡如圖2-55所示，主要用于選擇仿真環(huán)境參數(shù)。ACSweep交流分析中Analysisoptions選項(xiàng)卡功能與設(shè)置Summary選項(xiàng)卡Summary選項(xiàng)卡，Summary選項(xiàng)卡主要用于對(duì)以上選擇進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)無(wú)誤后單擊“Simulate”開(kāi)始仿真。ACSweep交流分析中Summary選項(xiàng)卡功能與設(shè)置任務(wù)實(shí)施收音機(jī)選頻電路示意圖１)串聯(lián)諧振發(fā)生的條件是什么?改變可調(diào)電容器Ｃ的電容量，就能使電路對(duì)所需廣播信號(hào)發(fā)生串聯(lián)諧振，現(xiàn)要接收ｆ０＝８２６ｋＨｚ的廣播信號(hào)，計(jì)算可調(diào)電容器的電容量Ｃ。當(dāng)電路參數(shù)和電源頻率之間滿足確定條件時(shí)，電路的感抗與容抗相等，XL=XC，阻抗角

，電壓與電流同相位，電路呈現(xiàn)純電阻性，這時(shí)電路就發(fā)生了諧振，發(fā)生在串聯(lián)電路中的諧振現(xiàn)象稱為串聯(lián)諧振。發(fā)生串聯(lián)諧振的條件是２)什么是諧振的品質(zhì)因數(shù)?為什么要引入諧振的品質(zhì)因數(shù)?求出諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Ｑ。為了定量描述過(guò)電壓現(xiàn)象，引入了品質(zhì)因數(shù)Q。Q等于諧振時(shí)電感或電容元件端電壓的有效值與電源電壓有效值之比。品質(zhì)因數(shù)Q也是衡量電路中諧振劇烈程度的一個(gè)物理量。計(jì)算公式：３)假設(shè)該頻率信號(hào)的電壓有效值Ｕ＝１４μＶ，計(jì)算電路中的電流Ｉ及電容器兩端的電壓ＵＣ。因?yàn)樵诖?lián)諧振回路中電源電壓有效值：所以，４)假設(shè)信號(hào)頻率為ｆ＝８１８ｋＨｚ，計(jì)算其電容器的容抗和電路的電抗，計(jì)算電路中總阻抗Ｚ。５)假設(shè)信號(hào)頻率為ｆ＝８１８ｋＨｚ，其電壓有效值也是Ｕ＝１４μＶ，計(jì)算電路中的電流Ｉ′及電容器兩端的電壓Ｕ′Ｃ。６)在輸入信號(hào)電壓有效值相同時(shí)，比較諧振頻率ｆ０＝８２６ｋＨｚ和非諧振頻率ｆ＝８１８ｋＨｚ下電容器兩端電壓的數(shù)值關(guān)系。７)基于Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真軟件仿真以上電路中的電參數(shù)，并將仿真結(jié)果和計(jì)算結(jié)果填入表２-１１中(提示:用Ｍｕｌｔｉｓｉｍ仿真軟件中的交流分析模塊進(jìn)行交流電路中電參數(shù)的分析)。收音機(jī)電路仿真電路接線示意圖收音機(jī)電路仿真幅頻特性和相頻特性曲線收音機(jī)電路仿真幅頻特性和相頻特性輸出變量的數(shù)值謝謝！任務(wù)四、熒光燈電路的研究實(shí)驗(yàn)電工電子技術(shù)

黃燕華任務(wù)導(dǎo)學(xué)提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)是一個(gè)關(guān)系到充分發(fā)揮現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備潛力、節(jié)約能源的重要問(wèn)題，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，供電系統(tǒng)功率因數(shù)低是什么原因?怎么提高功率因數(shù)?

任務(wù)導(dǎo)學(xué)供電系統(tǒng)功率因數(shù)低的原因是電感性負(fù)載與電源之間存在無(wú)功功率的往返交換，這種無(wú)功功率的往返交換當(dāng)然要占用一部分電流。因此，要提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)就是要減小負(fù)載與電源之間的無(wú)功功率交換。同時(shí)，既要提高功率因數(shù)，又不能影響負(fù)載的正常工作。電感元件與電容元件的無(wú)功功率是相互補(bǔ)償?shù)?。因此，提高供電系統(tǒng)功率因數(shù)的方法就是在電感性負(fù)載的兩端并聯(lián)一個(gè)容量數(shù)值合適的電容器C，稱為補(bǔ)償電容。任務(wù)情境在正弦交流電路中，功率因數(shù)的高低關(guān)系到交流電源的輸出功率和電力設(shè)備能否得到充分利用，為了提高交流電源的利用率。減少線路的能量損耗，可采取在感性負(fù)載兩端并聯(lián)適當(dāng)容量的補(bǔ)償電容，以改善電路的功率因數(shù)。簡(jiǎn)述熒光燈電路的工作原理，計(jì)算并聯(lián)補(bǔ)償電容器Ｃ之后電路中的各電參數(shù)，分析感性電路的功率因數(shù)ｃｏｓφ是否得到提高。任務(wù)實(shí)施任務(wù)目的1、了解熒光燈電路的工作原理2、學(xué)會(huì)使用交流數(shù)字儀表（電壓表、電流表、功率表）和自耦調(diào)壓器。3、學(xué)習(xí)用交流數(shù)字儀表測(cè)量交流電路的電壓、電流和功率。4、加深對(duì)阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。實(shí)施設(shè)備一臺(tái)型號(hào)為RTDG-3A的電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、交流電壓表、電流表和功率表、可調(diào)電容箱、開(kāi)關(guān)、一個(gè)型號(hào)為RTDG-08的實(shí)驗(yàn)電路板，含有鎮(zhèn)流器、啟輝器、導(dǎo)線若干。實(shí)施步驟1、根據(jù)圖2-57簡(jiǎn)述熒光燈電路的工作原理。圖2-57熒光燈電路的結(jié)構(gòu)示意圖２)在圖２-５８中畫出熒光燈的等效電路模型。３)先斷開(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)總供電電壓開(kāi)關(guān)，對(duì)照實(shí)驗(yàn)電路圖２-５７接線(不接電容)。調(diào)節(jié)自耦調(diào)壓器輸出，使Ｕ＝２２０Ｖ，進(jìn)行測(cè)試，將數(shù)據(jù)填入表２-１２。熒光燈電路的結(jié)構(gòu)示意圖４)按照?qǐng)D２-５７，并聯(lián)電容Ｃ，使電源電壓Ｕ＝２２０Ｖ不變，將所得測(cè)試結(jié)果填入表２-１３中。5、注意事項(xiàng)（1）實(shí)驗(yàn)中使用的是220V交流電，在進(jìn)行熒光燈電路的接線操作時(shí)務(wù)必確保實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總供電電壓開(kāi)關(guān)分閘，嚴(yán)禁帶電操作。（2）測(cè)電壓、電流時(shí)一定要注意表的檔位選擇，測(cè)量類型、量程都要對(duì)應(yīng)。（3）功率表電流線圈的電流、電壓線圈的電壓都不可超過(guò)所選的額定值，通常功率表不單獨(dú)使用，要有電壓表和電流表監(jiān)測(cè)，使電壓表和電流表的讀數(shù)不超過(guò)功率表的電壓電流量限。（4）自耦調(diào)壓器輸入輸出端不可接反，在接通電源前應(yīng)將手柄置于零位上，調(diào)節(jié)時(shí)使其輸出電壓從零開(kāi)始逐漸升高。每次改接實(shí)驗(yàn)負(fù)載或?qū)嶒?yàn)完畢，都必須將其旋柄慢慢調(diào)回零位，再斷電源，必須嚴(yán)格遵守這一安全操作規(guī)程。（5）各支路電流要接入電流插座。（6）注意安全，線路接好后，需經(jīng)指導(dǎo)老師檢查無(wú)誤后再接通電源。（7）如果實(shí)驗(yàn)電路接線正確，接通工作電源后熒光燈不能正常點(diǎn)亮，可轉(zhuǎn)動(dòng)啟輝器以使熒光燈點(diǎn)亮。（8）實(shí)驗(yàn)接線中、檢查電路及實(shí)驗(yàn)結(jié)束后拆線時(shí)均應(yīng)切斷電源，確保斷電操作。拆線時(shí)不要用力過(guò)猛，以防拔斷導(dǎo)線，最好是輕輕旋拔。知識(shí)鏈接一、自耦調(diào)壓器二、熒光燈電路功率因數(shù)的提高

一、自耦調(diào)壓器電工電子技術(shù)

黃燕華一、自耦調(diào)壓器一.自耦變壓器常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。特點(diǎn)輸出電壓可以根據(jù)需要連續(xù)、均勻的調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)只有一個(gè)繞組，繞組上有一個(gè)滑動(dòng)抽頭a。-+ΦmN1N2-+aN2N1++--a一、二次側(cè)共用一個(gè)繞組，一、二次繞組既有磁的耦合，又有電的直接聯(lián)系。N2N1++--a一次繞組加入電源電壓U1→工作磁通Φm→一、二次繞組中產(chǎn)生E1、

E2空載時(shí)-+ΦmN1N2-+a略去繞組內(nèi)部導(dǎo)線電阻等的影響，負(fù)載狀態(tài)下可用于升壓N2＞

N1安全操作正確接線外殼接地移動(dòng)滑動(dòng)端頭a的位置,即可改變二次繞組的匝數(shù)N2,就能夠連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓U2。二、熒光燈電路功率因數(shù)的提高電工電子技術(shù)

黃燕華提高功率因數(shù)的方法原則:不影響負(fù)載的正常工作。電感元件的無(wú)功功率與電容元件的無(wú)功功率相互補(bǔ)償。R1+-I·U·jXLIRL·原理:減小電路的無(wú)功功率。補(bǔ)償電容器C方法：與電感性負(fù)載并聯(lián)一個(gè)容量合適的電容器。-jXCIC·C分解無(wú)功分量有功分量IX