劳动出版社《电工基础（第二版）》-B02-0635电工基础（第二版）模块三

1、课题一 正弦交流电的基本知识 课题二 电阻、电感和电容的纯电路 课题三 RIC 串联电路和谐振电路 课题四 三相交流电路 课题五 提高功率因数的意义和方法 课题六 周期性非正弦交流电,() 了解正弦交流电的产生。 () 能用示波器观察正弦交流电波形，能用万用表测量正弦交流电压值。 () 熟练掌握正弦交流电的三要素及其含义。,学习目标,课题一 正弦交流电的基本知识,任务 认识正弦交流电,本任务的内容是在教师的指导下，通过示波器观测交流电的波形，测量交流电压。,工作任务,相关知识,一、 什么是交流电,直流电和交流电波形 ) 稳恒直流电 ) 家庭使用的正弦交流电 ) 锯齿波交流电 ) 方波交流电,二、 交流电的产生,交流发电机 ) 示意图 ) 原理图,正弦交流电的产生,知识延伸,一、 正弦交流电的周期、频率和角频率,正弦交流电波形,. 周期 交流电每重复变化一次所需的时间称为周期，用符号 T 表示，单位是 s。 . 频率 交流电在 1s 内重复变化的次数称为频率，用符号 f 表示，单位是赫兹，简称赫，用符号 Hz 表示。,. 角频率 正弦交流电每秒内变化的电角度称为角频率，用符号 表示。角频

2、率与周期、频率的关系为,二、 正弦交流电的瞬时值、最大值、有效值和平均值,. 瞬时值 正弦交流电在某一时刻的数值称为瞬时值。 . 最大值 正弦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。,. 有效值 使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，如果在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的大小叫做相应交流电的有效值。 . 平均值 所谓平均值，是指正弦交流电在半个周期内所有瞬时值的平均值。,三、 正弦交流电的相位与相位差,. 相位 在式 表示任意时刻线圈平面与中性面所成的角度，这个角度称为相位角，也称相位或相角。式中 0 为正弦量在 t 0 时的相位，称为初相位，也称初相角或初相。,相位的正负 ) 初相为正 ) 初相为负,. 相位差 两个同频率交流电的相位之差称为相位差。,正弦交流电的相位关系 ) e1超前e2 ) e1与e2同相 ) e1与e2反相 ) e1与e2正交,四、 正弦交流电的三种表示方法,. 波形表示法 . 解析式表示法 . 相量图表示法 为了与一般的空间矢量相区别，把表示正弦交流电的这一矢量称为相量。,() 熟悉 EWB 仿真软件中万用表和示波器的基本操作。

3、 () 能够用 EWB 观察正弦交流电波形并测量其相关参数。,学习目标,任务 仿真观测正弦交流电的波形和参数,本任务的内容是在熟悉 EWB 仿真软件中万用表和示波器基本操作的基础上，观察正弦交流电波形并测量其相关参数。,工作任务,相关知识,一、 交流电源,电源库,仪器库,二、 虚拟仪器,() 能够通过仿真实验，观测纯电阻正弦交流电路中电流、电压的相位和数量关系。 () 熟练掌握纯电阻正弦交流电路中电流、电压的相位关系和数量关系。 () 熟练掌握纯电阻正弦交流电路中的功率。,学习目标,课题二 电阻、电感和电容的纯电路,任务 探究纯电阻电路,本任务的内容是用 EWB 进行仿真实验，观察交流纯电阻电路中电压、电流的波形和相位关系，进一步分析电压、电流间的数量关系。,工作任务,知识延伸,一、 电流与电压的关系,. 相位关系 设加在电阻两端的正弦电压 uR 的初相为零，即 uR URm sint 根据欧姆定律，通过电阻的电流瞬时值为,. 数量关系 由上式可知，通过电阻电流的最大值为,二、 电路的功率,. 瞬时功率 在任一瞬间，电阻中的电流瞬时值与同一瞬间电阻两端电压瞬时值的乘积，称为电阻获取的瞬

4、时功率，用 PR 来表示，即,. 有功功率 由于瞬时功率时刻都在变动、不便计算，因而通常都是计算一个周期内消耗功率的平均值，即平均功率。平均功率又称有功功率，用 P 表示，单位是瓦 (W)。 即,() 能够通过仿真实验，观测纯电感正弦交流电路中电流、电压的相位和数量关系。 () 熟练掌握纯电感正弦交流电路中电流、电压的相位关系和数量关系。 () 熟练掌握纯电感正弦交流电路中的功率。 () 了解电感器在交流电路中的作用。,学习目标,任务 探究纯电感电路,本任务的内容是用 EWB 进行仿真实验，观察交流纯电感电路中电压和电流的波形及其相位关系，进一步分析电压、电流间数量关系。,工作任务,知识延伸,一、 电流与电压的关系,. 相位关系 在正弦交流电压作用下，电感中通过的电流也是一个同频率的正弦电流，且纯电感线圈两端的电压超前电流 90，这就是电流和电压的相位关系。 设流过电感的正弦电流的初相为 0，则电流、电压的瞬时值表达式为,. 数量关系 通常把电感对交流电的阻碍作用称为感抗，用 XL 表示，其单位也是欧姆 () 。 感抗的计算式为,在纯电感电路中，电流与电压成正比，与感抗成反比，即,电感

5、器在电路中的主要作用是通直流、阻交流。,线圈的感抗随频率变化的关系曲线,二、 电路的功率,. 瞬时功率 纯电感线圈的瞬时功率为,. 平均功率 当纯电感线圈接通交流电源后，时而 “吞进” 功率，时而 “吐出” 功率，在一个周期内的平均功率为零，即 PL 0，这表明电感线圈不是耗能元件，而是储能元件。 . 无功功率 用瞬时功率的最大值来反映这种能量交换的规模，并把它叫做电路的无功功率。无功功率用 表示。的大小为,为与有功功率相区别，无功功率的单位用乏表示，符号为 var。,三、 扼流圈,利用电感对交流电的阻碍作用可以制成各种类型的扼流圈。,常见的扼流圈 ) 低频扼流圈 ) 高频扼流圈 ) 共模扼流圈,() 熟悉电容器的组成和电容量的定义。 () 能完成电容器充放电实验。 () 掌握电容器的充放电过程及特点。,学习目标,任务 认识电容器,本任务的内容是用 EWB 进行仿真实验，连接电容器充放电实验电路，验证电容器在交直流电路中的不同作用。,工作任务,相关知识,一、 电容器,两个相互绝缘又靠得很近的导体就组成了一个电容器。这两个导体称为电容器的两个极板。,电容器的结构 ) 纸介电容器 ) 平行

6、板电容器,使电容器带电的过程称为充电。 充电后的电容器失去电荷的过程称为放电。,二、 电容量,设某平行板电容器极板正对面积为 S，两极板间的距离为 d，极板间电介质的介电常数为 ，则平行板电容器的电容可按下式计算。,式中，S、d、C 的单位分别是 m2 、m、F。介电常数 的单位是 F / m。,三、 电容器的主要参数,. 电容量 大多数电容器的电容量都直接标在电容器的表面上。,电容器的参数,. 电容器额定工作电压 电容器额定工作电压是指电容器在电路中能长期可靠工作而不被击穿的直流电压，又称耐压。,() 能够通过仿真实验，观测纯电容正弦交流电路中电流、电压的相位及数量关系。 () 熟练掌握纯电容正弦交流电路中电流、电压的相位关系和数量关系。 () 熟练掌握纯电容正弦交流电路中的功率。,学习目标,任务 探究纯电容电路,本任务的内容是用 EWB 进行仿真实验，观察交流纯电容电路中电压和电流的波形及其相位关系，进一步分析电压、电流间的数量关系。,工作任务,知识延伸,. 相位关系 实验说明，在正弦交流电压作用下，电容中通过的电流也是一个同频率的正弦电流，且纯电容交流电路中电流超前电压 90。,

7、一、 电流与电压的关系,. 数量关系 电容器具有 “隔直”“通交” 的特性。同时，电容器对交流也有一定的阻碍作用，电容对交流电的阻碍作用称为容抗，用 XC 表示，容抗的单位也是欧姆 () 。 容抗的计算式为,在纯电容电路中，电流与电压成正比，与容抗成反比，即,电容器的容抗随频率变化的曲线,. 瞬时功率 纯电感线圈的瞬时功率为,二、 电路的功率,. 平均功率 在纯电容电路中，电容器也是时而 “吞进” 功率，时而 “吐出” 功率，因而电容器本身不消耗有功功率，在一个周期内的平均功率为零。 . 无功功率 与纯电感电路相类似，为了衡量电容器和电源之间的能量交换，用瞬时功率的最大值来表示其交换的规模，也称为无功功率，用 QC 来表示，它的计算公式为,无功功率 QC 的单位也是乏 (var)。,() 能通过仿真实验观测 RIC 串联的正弦交流电路中电流、电压的相位和数量关系。 () 掌握 RIC 串联电路中电压与电流的相位和数量关系。 () 掌握 RIC 串联电路中功率的关系。,学习目标,课题三 RIC 串联电路和谐振电路,任务 探究 RIC 串联电路,本任务的内容是用 EWB 进行仿真实验，观察

8、电阻、电感和电容串联的交流电路中电压和电流的波形及其相位和数量关系。,工作任务,知识延伸,一、 电流与电压的关系,. 相位关系,RLC 串联交流电路,() 当 UL UC 时，电压 超前电流 ，此时电路是电感性电路，相量图如图 a 所示。 () 当 UL UC 时，电流 超前电压 ，此时电路是电容性电路，相量图如图 b 所示。 () UL UC 时，电压 和 同相位，电路中虽然有元件 L 和 C 存在，但电路呈纯电阻性，相量图如图 c 所示。这是一种特殊情况，称为串联谐振。,RLC 串联电路的相量图 ) UL UC ) UL UC ) UL UC,. 数量关系 电压 构成一个直角三角形，称为电压三角形。由电压三角形可求得总电压的数值为,在电压三角形的基础上稍加改造，还能得到另外两个三角形。其中，由 P、Q、S 组成的三角形称为功率三角形；由 Z、R、X 构成的三角形称为阻抗三角形。 用电压三角形和阻抗三角形都可以求出总电压与电流的相位差角 的大小。 因此， 也被称为阻抗角。,二、 电路的功率,. 视在功率 S 在 RLC 串联电路中，视在功率表示电源提供的总功率，即表示需要交流电源容量

9、的大小，其定义为电压与电流有效值的乘积，即 S UI 为区别有功功率和无功功率，视在功率的单位一般用伏 安 ( V A) 。,. 有功功率 P 在 RLC 串联电路中，只有电阻是消耗功率的，所以 RLC 串联电路中的有功功率就是电阻上所消耗的功率，即,. 无功功率 Q 电路的无功功率为电感和电容上的无功功率之差，即,视在功率 S、有功功率 P、无功功率 Q 之间的关系由功率三角形可得,由功率三角形可以得到 称为功率因数。,() 能通过仿真实验观测 RLC 串联谐振电路中电流、 电压的相位和数量关系。 () 掌握 RLC 串联谐振电路中电压与电流的相位和数量关系。 () 掌握串联谐振的特点。,学习目标,任务 探究串联谐振电路,本任务的内容是用 EWB 进行仿真实验，观察 RLC 串联谐振交流电路中电压和电流的波形和数量关系。,工作任务,知识延伸,一、 串联谐振的定义,RLC 串联的交流电路的电流与电压同相位，这种现象称为串联谐振。 发生谐振的 RLC 串联电路呈现电阻性，因此 XL XC 是串联谐振的条件，由此知,可得谐振时的频率为,二、 串联谐振的特点,() 当发生串联谐振时，电路的阻抗最小，且呈电阻性。,() 当发生串联谐振时电流最大，且与电压同相位。谐振电流为,() 当发生串联谐振时，电感两端的电压 UL 与电容两端的电压 UC 大小相等，方向相反，因此,由于串联谐振会在电感、电容上产生高电压，所以串联谐振又称为电压谐振。Q 值通常称为谐振电路的品质因数。,三、 串联谐振的应用,在无线电技术中，常利用谐振电路从众多的电磁波中选出人们所需要的信号，这一过程称为调谐 。 一般情况下，串联谐振电路的 Q 值越大，选频作用越好，但是如果 Q 值过大，则会造成通频带变窄，从而引起波形的失真。,电路的谐振曲线,() 通过仿真实验观测 RLC 并联谐振电

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