劳动出版社《电工电子技术基础（第二版）》-B01-1319第二章

1、课题一 认识单相正弦交流电,了解电能的生产、 变换与输送过程 了解交流电的主要参数 掌握交流电的基本性质,任务一 认识交流电,一、 2 2 0V正弦交流电,干电池、 蓄电池等提供的是恒定电流, 即大小和方向都不随时间变化的电流, 被称为直流电 (DC)。 而 供 电 系 统向 用 户 提 供 的 是 交 流 电(AC)。 交流电 的 大 小 和 方 向 是 随 时 间 而 变 化 的。若按正弦规律变化, 称其为正弦交流电。 如果不作特别说明, 通常所说的交流电都是指正弦交流电,用符号 “” 表示。,由图可以看出, 输送到用户的交流电的电压是按正弦规律变化的。若按正弦规律变化, 称其为正弦交流电。 如果不作特别说明, 通常所说的交流电都是指正弦交流电,用符号 “” 表示。,图23 示波器显示的正弦交流电电压波形,1 . 周期、 频率、 角频率 (1) 周期。 交流电每重复变化一次所需时间称为周期, 用符号T 表示, 单位是秒 (s)。从图24中可以看出, 输送到用户的单相正弦交流电的周期为0 .0 2s。,二、 正弦交流电的三要素,图24 正弦交流电波形,(2) 频率。 交流电在 1s内

2、重复变化的次数称为频率, 用符号 f 表示, 单位是赫兹(Hz)。 根据定义可知, 周期和频率互为倒数, 即,(3) 角频率。 正弦交流电随时间的变化关系也可以用一个在直角坐标系中绕原点沿逆时针方向旋转的相量表示, 如图25所示。 交流电每秒变化的角度 (电角度) 称为角频率,用符号 表示, 单位是,图25 用旋转相量表示交流电,2 . 瞬时值、 最大值和有效值 (1) 瞬时值。 交流电在某一时刻的值称为在这一时刻交流电的瞬时值。 分析图25可知, t=0.005s时, u=220 2V; t=0.01s时, u=0V。 (2) 最大值。交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值称为正弦交流电的最大值, 用Um 表示。 分析图25可知, 该交流电的最大值为,(3) 有效值。 因为交流电压的大小是随时间变化的,所以在研究交流电时, 通常用有效值表示。 有效值规定为:使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上, 如果在相同时间内产生的热量相等, 就把这一直流电的大小叫作相应交流电的有效值 (见图26), 交流电压的有效值用U 表示。 理论计算表明, 交流电压的有效值和最大值之间的关系为,3 . 相位

3、正弦交流 电 压 在 任 意 时 刻 的 电 角 度 称 为 相 位 角 （或 相 位）, 数 学 表 达 式 为 当 =0时的相位称为初相位。,图27 初相位为1 2 0 的电压波形,三、 正弦交流电的常用表示方法,在分析和计算正弦交流电路时, 通常用解析式、 波形图、 相量图等几种方法来表示一个正弦交流电。 相量图的具体画法。 使用相量图的注意事项。,任务二 认识单相正弦交流电路,了解三种纯电路的概念 了解 RL串联电路的特点 掌握纯电路中电压与电流的关系、 功率大小 能进行纯电路的简单计算,一、 纯电阻正弦交流电路,如图28所示的白炽灯电路, 只需考虑电阻 的 作 用, 这种 交 流 电 路 称 为 纯 电 阻 电路。,图28 白炽灯电路,1. 电流与电压的相位关系和数量关系 在纯电阻电路中, 当外电压已确定时, 影响电流大小的主要因素是电阻, 实验证明, 在任一瞬间通过电阻的电流i仍然符合欧姆定律, 即,2. 功率 在任一瞬间, 电阻中电流的瞬时值与同一瞬间电阻两端电压的瞬时值的乘积称为电阻获得的瞬时功率, 用pR 表示, 即,图29 白炽灯电路的电流、 电压和功率,a) 相量

4、图 b) 波形图 c) 功率曲线图,如图21 0所示为常见的几种电感线圈。 如果将图28中的白炽灯换成一个电感线圈,那么就组成了纯电感电路, 如图21 1所示。,二、 纯电感正弦交流电路,图21 0 电感线圈,图21 1 纯电感电路,图21 2 电感线圈接通电源,图21 3 电感线圈断开电源,感抗是用来表示电感线圈对交流电流起阻碍作用的一个物理量。 电感线圈的感抗可用下式计算,式中 正弦交流电的角频率; L 线圈的电感, 单位是亨利。,1. 电流与电压的相位关系与数量关系,在纯电感电路中, 电流和电压的有效值之间仍然符合欧姆定律, 即,2. 功率 纯电感电路的瞬时功率为,图21 4 纯电感电路的电流、 电压和功率,a) 电流、 电压波形图 b) 电流、 电压相量图 c) 功率曲线图,两个互相绝缘而又靠得很近的导体就组成了电容器, 如图21 5所示为电解电容器结构图。,三、 纯电容正弦交流电路,图21 5 电解电容器的结构,图21 6 纯电容电路,电容器的容抗可用下式计算:,1. 电流与电压的相位关系和数量关系,计算公式为,纯电容电路中, 电流与电压的有效值之间也符合欧姆定律, 即,2.

5、 功率 纯电容电路的瞬时功率为,任务三 验电笔和万用表的使用,掌握火线、 零线和地线的概念 掌握墙壁插座的接线方法 能用验电笔检测墙壁插座 能用万用表测交流电压,在住宅、 宾馆、 办公室、 教室等场合都要安装墙壁插座(见图22 1), 用于连接电视、 洗衣机、 计算机、 电风扇等各种电器。,图22 1 墙壁插座,一、 火线、 零线和地线,图22 2 火线与零线,进户的两条输电线中, 有一根带电的导线称为火线 (相线),另外一根不带电的导线称为零线, 火线与零线共同组成供电回路, 如图22 2所示。,当电气设备没有接地要求时, 如台灯、 电视机等, 可用单相二线插座, 单相二线插座的两个接线柱分别接火线和零线, 顺序是左侧插孔接零线, 右侧插孔接火线, 即 “左零右火”。,二、 墙壁插座的接线要求,图223 单相三线制墙内接线头,图224 插座的电特性,使用验电笔时, 握笔的方法见表21, 注意要用笔尖接触被测的导体, 而手指千万不要碰到笔尖的金属部分。 常用验电笔有笔式和旋具式两种, 它由笔尖金属体 (或旋具)、电阻、氖管、笔身、笔尾金属体、弹簧等组成 (见图225)。,三、 验电笔的

6、使用方法,图22 5 验电笔组成和结构,1笔尾金属体 2弹簧 3小窗 4氖管 5高电阻 6笔尖金属体,任务实施,一、 用验电笔检测墙壁插座,检查验电笔好坏 (1) 外观检查。 检查验电笔里有无安全电阻, 电笔是否有损坏, 有无受潮或进水, 检查合格后才能使用。 (2) 检查验电笔氖管能否正常发光, 以防造成错误判断, 引起触电事故。,2. 用验电笔对插座进行验电 （1）检验火线。 (2) 检验零线和地线。 3. 用验电笔测量教室、 宿舍、 实验室内的5个墙壁插座,并将测量到的结果填入表22,图22 6 用验电笔对插座进行验电,a) 检验火线 b) 检验零线 c) 检验地线,1. 万用表测量前的调整 2. 用万用表测量插座电压 如图227所示为用万用表测量墙壁插座电压。,二、 用万用表测交流电压,图22 7 用万用表测量墙壁插座电压,3. 用万用表测量教室、 宿舍、 实验室内的5个墙壁插座, 并将测量到的结果填入表23。 4. 测量完毕后的操作,课题二 认识三相正弦交流电,任务一 认识三相交流电源,了解三相交流电的线电压和相电压 认识三相交流电路的电压波形图 认识三相四线制插座, 能用万

7、用表进行各插孔间的电压测量,在实习车间, 如果留意观察, 会看到很多电源配电箱, 如图22 8所示为某一实习场所的电源配电箱。,图22 8 实习场所的电源配电箱,1三根电源进线 2开启式负荷开关,一、 认识三相交流电路,在低电压供电时, 多采用三相四线制或三相五线制, 如图22 9所示。,图22 9 三相交流线路,a) 三相四线制 b) 三相五线制,三相四线制供电线路中, 有三根相线 (U、 V、 W, 又称火线) 和一根零线 (N)。 两根火线之间的电压为3 8 0V, 称其为线电压; 任何一根火线和零线之间的电压为2 2 0V, 称其为相电压, 如图23 0所示。,图23 0 相电压与线电压,三相交流电的电压波形如图23 1所示。,二、 分析三相交流电路的电压波形图,图23 1 三相交流电的电压波形,分析图23 1, 三相交流电的数学表达式为,三、 认识三相四线制插座,三相四线制插座如图23 2所示, 其左、 上、 右的插孔接相线, 下侧的插孔接零线。,图232 三相四线制插座,用万用表对各插孔进行电压测量, 将测量结果填入表24。,任务实施,任务二 认识星形联结的三相负载,认识星

8、形联结接线图 能计算通过灯泡的电流和通过零线的电流 能计算三相负载的功率, 学会选用合适的负载,在3 8 0 / 2 2 0V 的三相四线制交流电源上, 连接三盏额定电压为2 2 0V、 电阻为12 1 0的灯泡。 (1) 三盏灯应如何连接才能满足额定电压为2 2 0V 的要求? (2) 如何计算线路瞬时电流、 有效电流、 通过零线的电流和三相负载的总功率? 本任务将学习星形联结的三相负载的相关知识。,一、 负载的接线方式,负载如果接成如图23 3所示的形式, 则每相负载的电压为2 2 0V, 这种接法称为星形联结(常用 “Y” 标记)。,图23 3 三相负载的星形联结,由以上公式可知, 在星形接法的三相对称负载中, 通过各相负载的瞬时电流的相位也相差1 2 0 。,二、 负载的瞬时电流,由于三个负载是对称的, 所以通过负载的有效电流也相同, 为,三、 负载的有效电流,四、 通过零线的电流,负载各相电流的相量如图23 4所示, 负载星形联结时, 通过零线的电流为各相电流的相量和。,图23 4 三相对称负载的电流相量图,在三相交流电路中, 三相负载消耗的总功率为各相负载消耗的功率之和,

9、即,五、 三相负载的功率,(1) 将灯泡接于一根相线和零线之间, 正好能满足灯泡的额定电压为2 2 0V 的要求。 (2) 根据电流的计算公式可以得出,任务实施,任务三 认识三角形联结的三相负载,认识三角形联结接线图 能计算通过各相负载的电流和各相线的电流 能计算三相负载的功率, 学会选用合适的负载,在热处理车间, 要用到三相电阻炉, 其额定电压为3 8 0V, 它有三个功率为50 0 0 W 的发热电阻, 若接在380/220V 三相四线制的交流电源上, 则 (1) 负载该如何连接, 才能满足3 8 0V 额定电压的要求? (2) 通过各相负载的电流和通过相线的电流为多少?,一、 负载的连接方式,在三相四线制系统中, 三相电源的两根相线之间的电压 (线电压) 为3 8 0V, 如图23 7所示。,图23 7 三相负载的三角形联结,当按照三角形接法接入的负载对称时, 通过负载的电流对称, 各火线上的电流也对称,其关系为,二、 通过各相负载的电流和通过火线的电流,(1) 由于三相电源的两根相线之间的电压为3 8 0V, 正好能满足三相电阻额定电压为3 8 0V 的要求, 所以可以把发热电阻接在两根相线之间。 (2) 通过各相负载的电流为,任务实施,通过各相线的电流为,

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