電工技術(shù)教案,項目四

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教學(xué)目標(biāo)學(xué)識目標(biāo)：了解正弦交流電的產(chǎn)生及其特征，掌管正弦交流電的表示方法，掌管單相交流電路的分析方法；

了解交流電路中的諧振現(xiàn)象；

了解常用電工儀表的工作原理，掌管常用交流電流表、電壓表和功率表的使用方法；

掌管交流電路中元件參數(shù)的測試方法；

了解白熾燈的工作原理，了解白熾燈電路的安裝過程及故障特點；

了解日光燈的工作原理，了解日光燈電路的安裝過程及故障特點。

才能目標(biāo)：掌管仿真軟件測試單相交流電路的方法，掌管用示波器查看并測試諧振電路參數(shù)的方法；

掌管交流電流表、電壓表和功率表的使用方法，掌管單相交流電路元件參數(shù)的測量與計算方法；

掌管白熾燈電路的安裝方法及其電路的故障檢修方法；

掌管日光燈電路的安裝方法及其電路的故障檢修方法。

素質(zhì)目標(biāo)：溝通、協(xié)作才能；

查看、信息收集才能；

分析總結(jié)才能。良好的職業(yè)道德和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)教學(xué)重點交流電流表、電壓表和功率表的使用方法，常用電工儀表的工作原理教學(xué)難點白熾燈電路，日光燈電路的故障檢修方法教學(xué)手段理實一體實物講解小組議論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時12教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計注釋工程四一般照明電路的安裝與修理任務(wù)一仿真測試RLC串聯(lián)電路〖任務(wù)目標(biāo)〗交流電路要比直流電路繁雜得多，所以交流電的學(xué)習(xí)難度要大于直流電的學(xué)習(xí)，本任務(wù)通過仿真測試交流RLC串聯(lián)電路的方式，把抽象的理論學(xué)習(xí)變得形象直觀，從而能更好地掌管交流電的學(xué)識，在這里，仿真測試是一種很好地學(xué)習(xí)交流電學(xué)識的方法。

〖學(xué)識鏈接〗一、正弦交流電的根本概念（一）交流電的概念大小和方向隨時間作周期性變化的電流或電壓稱為交流電。

圖4-1直流電和交流電波形圖（二）正弦交流電的產(chǎn)生圖4-2交流發(fā)電機的根本原理圖正弦交流電是通過單相交流發(fā)電機產(chǎn)生的，交流發(fā)電機包括兩大片面：一個可以自由轉(zhuǎn)動的電樞(轉(zhuǎn)子)和一對固定的磁極(定子)。電樞上繞有線圈，線圈切割磁力線便可產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，穿過閉合回路的磁通發(fā)生變化時，回路中將展現(xiàn)感應(yīng)電流。交流電的產(chǎn)生就是利用了電磁感應(yīng)的原理。

（三）描述交流電的物理量1.周期、頻率和角頻率交流電完成一次周期性變化所需要的時間稱為交流電的周期。周期通常用T表示，單位是秒(s)。

假設(shè)利用角度來表征交流電，那么每秒內(nèi)交流電所變化的角度被稱為角頻率。角頻率通常用ω來表示，單位是弧度/秒(rad/s)。

交流電的周期、頻率和角頻率主要是用來描述交流電變化快慢的物理量，它們之間的關(guān)系是f=1/T或T=1/fω=2π/T=2πf2.幅值交流電在每周變化過程中展現(xiàn)的最大瞬時值稱為幅值，也稱為最大值。

3.初相位假設(shè)利用角度來表征交流電，那么t＝0時刻交流電對應(yīng)的角度被稱為初相位，簡稱初相。

4.瞬時值交流電流、電壓、電動勢在某一時刻所對應(yīng)的值稱為它們的瞬時值。交流電的瞬時值取決于它的周期、幅值和初相位。用小寫字母表示，如用i、u、e分別表示瞬時電流、瞬時電壓、瞬時電動勢等。

交流電的幅值描述了交流電大小的變化范圍，交流電的角頻率描述了交流電變化的快慢，交流電的初相位描述了交流電的初始狀態(tài)。這三個物理量抉擇了交流電的瞬時值，因此，將幅值、角頻率和初相稱為交流電的三要素。

（四）相位差圖4-7交流電的相位關(guān)系相位差指的是兩個同頻率正弦量之間的相位之差，由于同頻率正弦量之間的相位之差實際上就等于它們的初相之差，因此相位差就是兩個同頻率正弦量的初相之差。需要留神的是，不同頻率的正弦量之間是沒有相位差的概念而言的。

（五）交流電的有效值和平均值1.交流電的有效值交流電流i通過電阻R在一個周期內(nèi)所產(chǎn)生的熱量和直流電流I通過同一電阻R在一致時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量相等,那么這個直流電流I的數(shù)值叫做交流電流i的有效值。

通常說照明電路的電壓是220V，就是指有效值，與其對應(yīng)的交流電壓的幅值是311V。各種交流電的電器設(shè)備上所標(biāo)的額定電壓和額定電流均為有效值。另外，利用交流電流表和交流電壓表測量的交流電流和交流電壓也都是有效值。

2.交流電的平均值交流電半個周期內(nèi)全體瞬時值的平均值稱為交流電的平均值。

二、正弦量的相量表示法（一）復(fù)數(shù)及四那么運算1.復(fù)數(shù)A=4+3j在復(fù)平面上的表示如圖4-9所示。

圖4-9復(fù)數(shù)在復(fù)平面上的表示2.復(fù)數(shù)的四那么運算1)復(fù)數(shù)的加減法2）復(fù)數(shù)的乘除法（二）正弦量的相量表示法1.相量相量的本質(zhì)是復(fù)數(shù)，用相量表示正弦量的根基就是用復(fù)數(shù)表示正弦量。

需要留神的是，相量只是表示正弦量，不是等于正弦量；

只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示；

只有同頻率的正弦量才能畫在同一相量圖上。

2.相量圖三、正弦電路中的電阻元件1.電阻元件上電壓與電流的關(guān)系圖4-14電阻元件交流電路2.電阻元件的功率由于在電阻元件的交流電路中u與i同相，它們同時為正，同時為負，所以瞬時功率總是正值，即p≥0。瞬時功率為正，這說明外電路從電源取用能量。

電阻元件從電源取用能量后轉(zhuǎn)換成了熱能，這是一種不成逆的能量轉(zhuǎn)換過程。通常這樣計算電能：W=P·t。工程上都是計算瞬時功率的平均值,即平均功率,用大寫字母P表示。

P是一個周期內(nèi)電路消耗電能的平均功率，即瞬時功率的平均值，稱為平均功率，如圖414（d）所示。在電阻元件電路中，平均功率為P=UI=I2R=U2/R平均功率又稱為有功功率。功率的單位為瓦(W）,工程上也常用千瓦（kW）,其與瓦的換算關(guān)系為1kW=1000W。

四、正弦電路中的電感元件1.電感元件上電壓與電流的關(guān)系圖4-16電感元件交流電路2.電感元件的功率與儲能五、正弦電路中的電容元件1.電容元件上電流與電壓關(guān)系圖4-17電容元件交流電路2.交流電路中電容元件上的功率六、電阻、電感與電容串聯(lián)的交流電路1.RLC串聯(lián)交流電路中電流與電壓的關(guān)系圖4-19RLC串聯(lián)的交流電路2.電流電壓關(guān)系與電壓三角形、阻抗與阻抗三角形3.電路的性質(zhì)（1）假設(shè)XLXC，那么在相位上電流i比電壓u滯后，φ0，這種電路是電感性的，簡稱為感性電路。

（2）假設(shè)XLXC，那么在相位上電流i比電壓u超前,φ0，這種電路是電容性的，簡稱為容性電路。

（3）當(dāng)XL=XC，即φ=0時，那么電流i與電壓u同相，這種電路是電阻性的，稱之為諧振電路，諧振電路后面將介紹。

七、阻抗的串聯(lián)與并聯(lián)1.阻抗的串聯(lián)圖4-23阻抗的串聯(lián)2.阻抗的并聯(lián)圖4-24阻抗的并聯(lián)八、功率因數(shù)的提高（一）正弦交流電路的功率1.瞬時功率瞬時功率有時為正，有時為負。正值時，表示負載從電源吸收功率，負值表示從負載中的儲能元件(電感、電容)釋放出能量送回電源。

2.有功功率(平均功率)和功率因數(shù)把一個周期內(nèi)瞬時功率的平均值稱為“平均功率”,或稱為“有功功率”,用字母“P”表示。在交流負載中只有電阻片面才消耗能量，在RLC串聯(lián)電路中電阻R是耗能元件，那么有P=UR/I=I2R。

3.無功功率由于電路中有儲能元件電感和電容，它們雖不消耗功率，但與電源之間要舉行能量交換。用無功功率表示這種能量交換的規(guī)模，用大寫字母Q表示，對于任意一個無源二端網(wǎng)絡(luò)的無功功率可定義為Q=UIsinφ上式中的φ角為電壓和電流的相位差，也是電路等效復(fù)阻抗的阻抗角。

4.視在功率在交流電路中，端電壓與電流的有效值乘積稱為視在功率，用S表示。即S=UI視在功率的單位為伏安(VA)或千伏安(kVA)。

（二）功率因數(shù)電路所具有的參數(shù)不同，電壓與電流之間的相位差φ也就不同，在同樣的電壓U和電流I下，電路的有功功率和無功功率也就不同。

因此，電工學(xué)中將P=URI=I2R=UIcosφ中的cosφ稱為功率因數(shù)。

國家電業(yè)部門規(guī)定，用電企業(yè)的功率因數(shù)務(wù)必維持在0.85以上。高于此指標(biāo)的賦予賞賜，低于此指標(biāo)的那么罰款，而低于0.5者中斷供電。功率因數(shù)的上下為什么如此重要，功率因數(shù)低有哪些不利？從以下兩方面來說明。

（1）電源設(shè)備的容量不能充分利用。

（2）增加輸電線路上的功率損失。

（三）功率因數(shù)提高的方法提高功率因數(shù)的簡便而有效的方法，是給電感性負載并聯(lián)適當(dāng)大小的電容器，其電路圖和相量圖如圖4-29所示。

圖4-29功率因數(shù)的提高九、電路的諧振（一）RLC串聯(lián)諧振的條件與諧振頻率圖4-30串聯(lián)諧振電路（二）電感與電容并聯(lián)諧振1.并聯(lián)諧振的條件2.并聯(lián)諧振電路的特點(1)電路兩端電壓與電流同相位，電路呈電阻性。

(2)電路的并聯(lián)阻抗最大，即等于電阻值。因此當(dāng)電壓確定時，電路中的電流達成最小值。

(3)電感電流與電容電流大小相等，相位相反，互為補償，電路總電流等于電阻支路電流。

(4)諧振時IL=IC，但它們比并聯(lián)總電流可以大大量倍，因此，并聯(lián)諧振也稱為電流諧振。諧振時支路電流與總電流之比也稱為諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，用Q表示。

任務(wù)二單相交流電路測驗〖任務(wù)目標(biāo)〗交流電路中元件參數(shù)的測量與計算是交流設(shè)備修理的重要環(huán)節(jié)，本任務(wù)通過單相交流電路測驗來舉行元件參數(shù)的測試，來切實判斷元件的好壞，也為元件的檢修和更換打定技術(shù)數(shù)據(jù)，從而使交流設(shè)備能正常地工作。

〖學(xué)識鏈接〗一、常用電工儀表及使用（一）電工測量儀表的分類1.指示儀表指示儀表有如下幾種分類方法。

（1）根據(jù)測量對象分類，可以分為電流表、電壓表、功率表、相位表、頻率表、千瓦小時計、萬用表等。

（2）根據(jù)工作原理分類，可以分為磁電系、電磁系、電動系、靜電系、感應(yīng)系、整流系等。

（3）根據(jù)儀表工作電流的性質(zhì)分類，可以分為直流儀表、交流儀表和交直流兩用儀表。

（4）根據(jù)切實度等級分類，共分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共七個等級。

2.數(shù)字式儀表優(yōu)點：

（1）讀數(shù)便當(dāng)，沒有視差。

（2）切實度高。

（3）測量速度快。

（4）靈敏度高。

（5）輸入阻抗高，儀表功耗小。

（6）便于輸送。

3.對比儀表對比類儀表的優(yōu)點是測量切實度較高，缺點是測量過程繁雜，測量速度較慢。

4.其他電工儀表分流器、測量用的互感器等。

（二）常用電工儀表的符號及型號1.常用電工儀表的符號常用電工儀表的符號見表4-5。

2.電工儀表的型號圖4-38安裝式指示儀表型號組成（三）電工儀表的工作原理1.電工儀表的組成常用電工儀表主要由外殼、有標(biāo)度尺和有關(guān)符號的面板、測量線路、表頭、電磁系統(tǒng)、指針、阻尼器、轉(zhuǎn)軸、軸承、游絲、零位調(diào)整器等組成。

2.電工儀表的工作原理圖4-39磁電式儀表的原理布局圖4-40電磁式儀表的原理布局（四）電工儀表的測量誤差及消釋1.電工指示儀表的選擇（1）要考慮工作條件。

（2）要正確選擇儀表的量限。

（3）儀表經(jīng)長期工作后，其切實度會發(fā)生變化，因此，要根據(jù)電氣計量部門的規(guī)定，定期舉行校驗和修理。

2.測量誤差及其消釋方法儀表的指示值和被測量的真實值之間會有一個區(qū)別，稱為誤差。誤差越小，說明儀表的切實度越高。

造成誤差有兩類理由。第一是儀表本身固有的因素造成的，其次是由于使用不當(dāng)造成的誤差。

測量誤差可分為以下三類。

1）系統(tǒng)誤差譬如，由于儀表放置不當(dāng)造成的誤差，若能正確安裝或放置儀表，誤差即可消釋。但是多數(shù)處境下，產(chǎn)生這種誤差的理由是無法消釋的，只能采取一些特殊的測量方法減小這種誤差。

2）偶然誤差偶然誤差是不成能在一次測量中加以消釋的，務(wù)必屢屢測量從偶然誤差的總和中，用概率論來指出偶然誤差的可能必然性較大的界限，衡量測量的切實度以及確定測量結(jié)果與被測量實際值的接近程度。

3）疏失誤差疏失誤差是一種嚴(yán)重歪曲測量結(jié)果的誤差，它是由于測量者在測量過程中的莽撞和疏忽造成的，如讀數(shù)錯誤或記錄錯誤等。這樣的測量結(jié)果是不成取的，消釋疏失誤差的根本方法是加強測試人員的責(zé)任感，倡導(dǎo)專心負責(zé)和一絲不茍的工作精神。對由于疏失獲取的測量結(jié)果，務(wù)必剔除。

（五）常用電參數(shù)的測量1.電流的測量2.電壓的測量3.功率的測量1）單相交流和直流功率的測量用功率表測量直流或單相交流電路的功率時，功率表的正確接線如圖4-46所示。

圖4-46功率表的接線方法2）功率表的讀數(shù)功率表的量程包括電流量程、電壓量程和功率量程。裝在開關(guān)板上的安裝式功率表，通常只有一擋量程，可以直接讀數(shù)。

二、單相調(diào)壓器的使用使用自耦變壓器時應(yīng)留神：輸入端接交流電源，輸出端接負載。不能接錯，否那么有可能將變壓器燒毀。使用完畢后，手柄應(yīng)退回零位。

任務(wù)三白熾燈電路的安裝與維護〖任務(wù)目標(biāo)〗白熾燈電路是日常照明常用電路，因此掌管白熾燈電路的安裝與維護就顯得更加重要，只有了解了白熾燈的工作原理，才能更好地擯棄白熾燈電路中的故障。

〖學(xué)識鏈接〗一、白熾燈的工作原理1.白熾燈根本性能白熾燈的額定電壓有12V、24V、36V和220V等，其中36V及以下的白熾燈屬于低壓安好燈，常用于機床照明燈等。在使用時，要留神燈泡的額定電壓務(wù)必與線路電源電壓相符，否那么會造成發(fā)光暗或燈泡損壞。

2.白熾燈的燈座白熾燈的燈座又稱燈頭，主要用來安裝燈泡。它的種類好多，常用的燈座形狀布局見表4-7。

3.白熾燈的開關(guān)白熾燈開關(guān)的常見故障：

(1)拉線輕易斷裂。

(2)接觸不良。

(3)操縱失靈。

二、白熾燈常見故障及擯棄方法白熾燈常見故障及擯棄方法見表4-8。

任務(wù)四日光燈電路的安裝與維護〖任務(wù)目標(biāo)〗日光燈電路也是日常照明常用電路，隨著日光燈光源的提升，其應(yīng)用已大有替代白熾燈的趨勢，因此掌管日光燈電路的安裝與維護就成了電業(yè)從業(yè)人員的一項必備技能，只有了解了日光燈的工作原理，才能更好地擯棄日光燈電路中的故障。

〖學(xué)識鏈接〗一、日光燈的布局和工作原理（一）日光燈的布局1.燈管燈管由燈座(俗稱燈腳)、燈頭、燈絲、熒光粉和玻璃管等構(gòu)成。

2.鎮(zhèn)流器鎮(zhèn)流器作用：限制燈絲預(yù)熱時流經(jīng)燈絲的電流值，防止預(yù)熱溫度過高燒壞燈絲；

維持燈管啟輝工作后的工作電壓限制在額定范圍內(nèi)，以保證燈管能穩(wěn)定工作。

3.啟輝器啟輝器又稱為啟動器，熒光燈啟輝器最常用的是輝光式。啟輝器的常用規(guī)格有4～8W、15～20W和30～40W，以及通用型4～40W等。選用時應(yīng)選擇與所用日光燈管一致的功率參數(shù)。

4.燈座燈座有開啟式和彈簧式兩種。

（二）日光燈的工作原理圖4-68熒光燈的工作原理圖二、日光燈常見故障及擯棄方法日光燈常見故障及擯棄方法見表4-9。