電工電子技術(shù) 課件 4. 單一參數(shù)正弦交流電路的測試

單一參數(shù)正弦交流電路的測試04變壓器安全用電常識正弦交流電的基本特征單一參數(shù)元件交流電路分析電壓等級項目介紹安裝一個照明電路1.安裝熒光燈照明電路2.說明熒光燈照明電路工作原理3.設(shè)計并搭建一個單開雙控電路分別連接測試電阻器、電感線圈和電容器構(gòu)成的單一參數(shù)交流電路，使用示波器觀測交流電壓波形，測量相關(guān)物理量，注意安全用電。工作任務(wù)單一參數(shù)交流電路的測試一、電壓等級1.發(fā)電輸電概述水力、火力、核能發(fā)電太陽能、風(fēng)能、地?zé)岬?80V/220V高壓輸電一、電壓等級2.安全電壓等級1KV以下低電壓36V以下安全電壓注意：潮濕容易導(dǎo)電的地方，安全電壓為12V二、變壓器（transformer）1.變壓器原理變壓器是指利用電磁感應(yīng)原理將某一等級的交流電壓或電流變換成同頻率的另一等級的交流電壓或電流的電氣設(shè)備。二、變壓器（transformer）1.變壓器原理單相變壓器的實物圖變壓器的原理圖變壓器的圖形符號當(dāng)變壓器的一次繞組接上交流電壓u1時，一次繞組中便有電流i1流過。電流i1在鐵心中產(chǎn)生閉合磁通

，磁通

隨i1的變化而變化，從而在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。二、變壓器（transformer）1.變壓器原理一次繞組、二次繞組的匝數(shù)分別為N1和N2，當(dāng)K>1時，為降壓變壓器，

K<1時，為升壓變壓器電壓變換電流變換阻抗變換電壓比二、變壓器（transformer）2.變壓器的應(yīng)用電壓互感器常用來擴(kuò)大電壓測量范圍，主要用于高電壓的測量電路中，是將一次側(cè)的高電壓按比例變?yōu)?00V或更低等級的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓的變換設(shè)備。電壓互感器原理圖電壓互感器（VoltageTransformer）電流互感器（CurrentTransformer）測流鉗電流互感器的作用是可以把數(shù)值較大的一次電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次電流，用來進(jìn)行保護(hù)、測量等用途。二、變壓器（transformer）2.變壓器的應(yīng)用隔離變壓器初級和次級是通過磁場交換能量，沒有物理上的硬連接，二次兩根線都不接地，所以人體站在大地上，然后接觸二次任意一根線都和大地沒有電位差，所以不會觸電，但如果同時接觸次級線圈的兩根線，同樣會觸電。隔離變壓器三、安全用電常識1.電流對人體的作用直流電一般引起電傷，而交流電則電傷與電擊同時發(fā)生。電擊電傷電流通過人體，使內(nèi)部器官組織受到損傷對人體外部的傷害，如燒傷、金屬濺傷等三、安全用電常識1.電流對人體的作用電流/mA通電時間生理反應(yīng)0一0.5連續(xù)通電沒有感覺0.5一5連續(xù)通電開始有感覺，手指手腕等處有痛覺，沒有痙攣，能夠擺脫帶電體5一30數(shù)分鐘內(nèi)痙攣，不能擺脫帶電體，呼吸困難，血壓升高，是可以忍受的極限30一50數(shù)秒到數(shù)分心臟跳動不規(guī)則，昏迷，血壓升高，強(qiáng)烈痙攣，時間過長即引起心室顫動50一幾百低于心臟搏動周期受強(qiáng)烈沖擊，但未發(fā)生心室顫動超過心臟搏動周期昏迷，心室顫動，接觸部位留有電流通過的痕跡超過數(shù)百低于心臟搏動周期在心臟搏動周期的特定時刻觸電時，發(fā)生心室顫動，昏迷，接觸部位有電流流過的痕跡.超過心臟搏動周期心臟停止跳動，昏迷，可能致命的電灼傷。一般認(rèn)為40~60Hz的交流電對人最危險三、安全用電常識2.影響電流大小的因素人體不同，對電流的敏感程度也不一樣，一般地說，兒童較成年人敏感,女性較男性敏感?；加行呐K病者，觸電后的死亡可能性就更大。3.觸電急救迅速脫離電源檢查診斷救治搶救再判定三、安全用電常識四、正弦交流電的基本特征1.正弦量的三要素大小和方向都隨時間按正弦規(guī)律周期性變化的電流、電壓、電動勢等統(tǒng)稱為正弦交流量，通常用三角函數(shù)式或波形圖表示。幅值（最大值）角頻率初相位頻率、幅值和初相位就稱為確定正弦量的三要素。四、正弦交流電的基本特征1.正弦量的三要素大小和方向都隨時間按正弦規(guī)律周期性變化的電流、電壓、電動勢等統(tǒng)稱為正弦交流量，通常用三角函數(shù)式或波形圖表示。幅值（最大值）角頻率初相位頻率、幅值和初相位就稱為確定正弦量的三要素。四、正弦交流電的基本特征1.正弦量的三要素大小和方向都隨時間按正弦規(guī)律周期性變化的電流、電壓、電動勢等統(tǒng)稱為正弦交流量，通常用三角函數(shù)式或波形圖表示。幅值（最大值）角頻率初相位頻率、幅值和初相位就稱為確定正弦量的三要素。四、正弦交流電的基本特征1.正弦量的三要素四、正弦交流電的基本特征2.周期、頻率與角頻率周期：正弦量變化一次所需的時間（秒）稱為周期T。頻率：每秒內(nèi)變化的次數(shù)稱為頻率f。

工頻

50Hz角頻率：指交流電在1s內(nèi)變化的電角度，用ω來表示，它的單位是弧度/秒（rad/s）。上式表示T、f、ω三個物理量之間的關(guān)系，只要知道其中之一，則其余均可求出。四、正弦交流電的基本特征3.瞬時值、最大值與有效值瞬時值：正弦量在任意時刻的值稱為瞬時值，用小寫字母表示，如i、u及e。最大值：最大的瞬時值稱為最大值，也稱幅值,用Im、Um及Em表示。有效值：有效值是根據(jù)其熱效應(yīng)來確定的。*最大值與有效值關(guān)系四、正弦交流電的基本特征4.相位、初相位與相位差相位：ωt+φ稱為正弦量的相位角或相位，它反映出正弦量變化的進(jìn)程。初相：t=0時的相位稱為初相，

規(guī)定初相的絕對值不能超過π。相位差：兩同頻率正弦量相位之差，用φ表示。若則請思考：如何理解超前、滯后、同相、反相和正交？四、正弦交流電的基本特征4.相位、初相位與相位差同相：初相相等的兩個正弦量，它們的相位差φ=0°。反相：相位差φ=180°。正交：當(dāng)一個正弦量較另一個正弦量超前（或滯后）90°。一個正弦量可以表示為：5.正弦量的表示方法四、正弦交流電的基本特征正弦量可以用有向線段表示有向線段可以用復(fù)數(shù)來表示5.正弦量的表示方法四、正弦交流電的基本特征一個復(fù)數(shù)A有四種表示方法：一個正弦量可以表示為：一個復(fù)數(shù)讓它的模為，幅角為，則可以表示為：

5.正弦量的表示方法上式j(luò)=

,為虛單位，這一復(fù)數(shù)的虛部為一正弦時間函數(shù)，正好是已知的正弦量，所以一個正弦量給定后，總可以作出一個復(fù)數(shù)使其虛部等于這個正弦量。因此我們就可以用一個復(fù)數(shù)表示一個正弦量，其意義在于把正弦量之間的三角函數(shù)運(yùn)算變成了復(fù)數(shù)的運(yùn)算，使正弦交流電路的計算問題簡化。四、正弦交流電的基本特征5.正弦量的表示方法對應(yīng)關(guān)系不相等?。∮捎谡医涣麟娐分械碾妷海娏鞫际峭l率的正弦量，故角頻率這一共同擁有的要素在分析計算過程中可以略去，只在結(jié)果中補(bǔ)上即可。我們就把這一復(fù)數(shù)稱為正弦量的有效值相量在表示相量的大寫字母上打點“

”是為了與一般的復(fù)數(shù)相區(qū)別，這就是正弦量的相量表示法。四、正弦交流電的基本特征5.正弦量的表示方法四、正弦交流電的基本特征【例】

已知

，

，試用相量計算

，并畫相量圖。相量圖五、單一參數(shù)元件交流電路分析1.電阻元件上電壓和電流的關(guān)系（1）瞬時值關(guān)系：設(shè)：

則:（2）有效值關(guān)系:則（3）相量關(guān)系為：電壓與電流同頻率、同相位純電阻電路五、單一參數(shù)元件交流電路分析2.電阻元件上的功率（1）瞬時功率p：（2）平均功率（有功功率）P：由于在任一時刻，u、i同相，p≥0，這說明電阻為耗能元件（2）電阻消耗的功率P（3）作相量圖

例1：一電阻

，兩端電壓

求:（1）

通過電阻的電流I和i

所以（1）電壓相量，則

（2）或（3）相量圖如圖所示解：五、單一參數(shù)元件交流電路分析五、單一參數(shù)元件交流電路分析電感（inductance）

a）電感元件b）電感元件符號當(dāng)線圈中沒有鐵磁材料時，將Ψ=Li代入上式得:電感元件的儲能p＞0，電感元件從外部吸取電功率，把電能轉(zhuǎn)換成磁場能。p＜0，電感元件向外部電路輸出電功率，把磁場能又轉(zhuǎn)換成了電能。電感元件為儲能元件自感電動勢變化的電流，則線圈中要產(chǎn)生感應(yīng)電動勢五、單一參數(shù)元件交流電路分析電感（inductance）工字型電感當(dāng)線圈通過電流后，在線圈中形成磁場感應(yīng)，感應(yīng)磁場又會產(chǎn)生感應(yīng)電流來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱為電的感抗，也就是電感，單位是“亨利（H）”五、單一參數(shù)元件交流電路分析電感（inductance）電感符號：L

電感單位：亨（H）、毫亨（mH）、微亨（μH），換算關(guān)系為

1H=103mH=106μH=109nH。五、單一參數(shù)元件交流電路分析1.電感元件上電壓和電流的關(guān)系

則:（2）有效值關(guān)系:（3）相量關(guān)系為：電感元件上電壓超前電流90o（1）瞬時值關(guān)系：設(shè)：感抗五、單一參數(shù)元件交流電路分析2.電感元件上的功率（1）瞬時功率p：（2）平均功率（有功功率）P：（3）無功功率Q：WVar應(yīng)該注意:

無功功率反映了電感與外電路之間能量交換的規(guī)模以后學(xué)習(xí)變壓器,電動機(jī)的工作原理時就會知道,沒有無功功率,它們無法工作。

五、單一參數(shù)元件交流電路分析例2：在電壓為220V，頻率為50Hz的電源上，接入電感的線圈（電阻不計），試求：（1）線圈的感抗；（2）線圈中的電流；（3）線圈的無功功率。（4）若線圈接在的信號源上，感抗為多少？

解：(1)(2)(3)

(4)

五、單一參數(shù)元件交流電路分析

a）電容器b）理想電容元件符號電容（capacitance）當(dāng)電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時，于是:電容的單位為法拉（F)電容器存儲的電荷量Q與兩極板間電壓U的比值為一常數(shù)，稱為電容器的電容量，用C來表示:電容元件的儲能p＞0，電容元件從外部吸取電功率（充電），把電能轉(zhuǎn)換成電場能。p＜0，電容元件向外部電路輸出電功率（放電），把電場能又轉(zhuǎn)換成了電能。電容元件為儲能元件電容是儲存電荷的元件，當(dāng)它兩端電壓發(fā)生變化時，其電荷也相應(yīng)地發(fā)生變化，這時會有電荷在電路中移動，形成電流。五、單一參數(shù)元件交流電路分析電容（capacitance）五、單一參數(shù)元件交流電路分析電容（capacitance）1F=103mF=106μF=109nF=1012pF1μF以下的電容多為瓷片電容五、單一參數(shù)元件交流電路分析電容（capacitance）五、單一參數(shù)元件交流電路分析電容（capacitance）五、單一參數(shù)元件交流電路分析1.電容元件上電壓和電流的關(guān)系

則:（2）有效值關(guān)系:電容元件上電流超前電壓90o（1）瞬時值關(guān)系：設(shè)：容抗（3）相量關(guān)系為：五、單一參數(shù)元件交流電路分析2.電容元件上的功率（1）瞬時功率p：（2）平均功率（有功功率）P：（3）無功功率Q：WVarP=0，說明電容元件不消耗能量，只與電源進(jìn)行能量的相互轉(zhuǎn)換，用無功功率QC來衡量。