電工技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目教程 課件 項(xiàng)目2正弦交流電路的測試分析任務(wù)1

白熾燈電路元件參數(shù)的測試分析電工技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目2任務(wù)1任務(wù)導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)鏈接練習(xí)思考工作任務(wù)正弦交流電路的測試分析2任務(wù)導(dǎo)入蜘蛛依靠什么判斷網(wǎng)的振動(dòng)是由昆蟲引起的而不是由風(fēng)引起的？蜜蜂扇動(dòng)翅膀的聲音“嗡嗡”響，為什么蝴蝶翅膀扇動(dòng)時(shí)的聲音人們聽不到？家庭電路中的白熾燈使用交流電，交流電大小方向時(shí)刻在變化，為什么白熾燈看起來不會(huì)忽明忽暗，衡量交流電好壞的主要指標(biāo)有哪些，交流電大小和方向是按照什么樣的規(guī)律進(jìn)行變化的，這些時(shí)刻變化的電流和電壓如何用一個(gè)恒定不變的值去描述它們，更進(jìn)一步的講，這些時(shí)刻變化的量之間如何進(jìn)行運(yùn)算呢？返回學(xué)習(xí)目標(biāo)1理解正弦交流電的概念。23掌握使用交流電壓表、交流電流表、功率表測量交流電路及分析交流電路。能夠分析電阻、電容、電感等元件在交流電路中的阻抗性質(zhì)。返回4學(xué)會(huì)分析、計(jì)算元件參數(shù)。工作任務(wù)返回教師使用Multisim軟件按照左圖連接白熾燈實(shí)驗(yàn)電路。uS為實(shí)驗(yàn)用電源、R1為220V/2kΩ電阻、C1為450V/20μF電容，L1為3A/2H線繞電感，HL1、HL2、HL3為220V/25W白熾燈，當(dāng)uS為直流220V電源時(shí)，閉合開關(guān)S觀察三個(gè)燈的情況，并測量各元件兩端電壓；當(dāng)uS為工頻220V交流電源時(shí)，閉合開關(guān)S觀察三個(gè)燈的情況，并測量各元件兩端電壓，使用數(shù)字示波器一個(gè)通道測量A點(diǎn)和B點(diǎn)間波形，觀察工頻電的周期、頻率和最大值，使用兩個(gè)通道同時(shí)測量A、C和C、B兩點(diǎn)間波形，比較觀察波形變化趨勢(shì)是否一致，使用兩個(gè)通道同時(shí)測量A、D和D、B兩點(diǎn)間波形，比較觀察波形變化趨勢(shì)是否一致，使用兩個(gè)通道同時(shí)測量A、E和E、B兩點(diǎn)間波形，比較觀察波形變化趨勢(shì)是否一致。工作任務(wù)返回直流220V電源作用下，三個(gè)燈的變化情況選用串聯(lián)元件功率要合適，防止燒毀！工作任務(wù)返回交流220V電源作用下，三個(gè)燈的變化情況選用串聯(lián)元件功率要合適，防止燒毀！工作任務(wù)返回交流220V電源作用下，三個(gè)燈的變化情況選用串聯(lián)元件功率要合適，防止燒毀！工作任務(wù)返回交流220V電源作用下，三個(gè)燈的變化情況選用串聯(lián)元件功率要合適，防止燒毀！返回周期、頻率和振幅是正弦交流電的三要素，在直流電作用下電容的容抗為無窮大，電感的感抗為零，在交流電作用下電容的容抗和頻率成反比，電感的感抗和頻率成正比。工作任務(wù)【總結(jié)與提升】在交流電路中，純電感兩端的電壓相位超前流過電感的電流相位90°，純電容兩端的電壓相位滯后流過電容電流相位90°，分析研究交流電路時(shí)刻要關(guān)注相位變化對(duì)交流電路影響。知識(shí)鏈接---2.1交流電基本概念與交流電的運(yùn)算1．正弦量概念2.1.1正弦交流電路基本概念返回隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流（電壓、電動(dòng)勢(shì)）統(tǒng)稱為正弦電量，或稱為正弦交流電，有時(shí)又簡稱為交流電（AC）。幅值（也稱為振幅或者最大值）、角頻率、初相位為正弦量的三要素。2．周期、頻率、角頻率2.1.1正弦交流電路基本概念返回周期指正弦電量變化一周所需的時(shí)間，用大寫字母T表示，單位為秒（s）。頻率指正弦電量單位時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)，用小寫字母f表示，單位為赫茲（Hz），頻率和周期互為倒數(shù)。角頻率，它表示在單位時(shí)間內(nèi)正弦電量變化的弧度數(shù)，它是反映正弦電量變化快慢的物理量，其單位是弧度/秒（rad/s）。我國工業(yè)和民用電的頻率為f=50Hz（稱為工頻），其周期T=1/50s=0.02s。3．相位、初相位、相位差2.1.1正弦交流電路基本概念返回把正弦電量在任意瞬間的電角度（

）稱為相位。正弦電量在任意瞬間的變化狀態(tài)是由該瞬間的電角度決定的。當(dāng)t=0時(shí)，相位角為ψ，稱為初相位，簡稱初相。相位差就是兩個(gè)同頻率的正弦量的相位之差，用字母φ表示。3．相位、初相位、相位差2.1.1正弦交流電路基本概念返回【例題】兩個(gè)同頻率的正弦電壓和電流分別為：

，

，求它們之間的相位差，并說明哪個(gè)超前。解：求相位差要求兩個(gè)正弦量的函數(shù)形式必須一致，所以首先要將電流i改寫成正弦函數(shù)形式：因此，相位差為：所以電流超前電壓50?。4．瞬時(shí)值、最大值、有效值2.1.1正弦交流電路基本概念返回正弦電量的瞬時(shí)值是隨時(shí)間變化的量。正弦電量的有效值是按電流的熱效應(yīng)來確定的，即正弦電量的有效值是一個(gè)周期內(nèi)熱效應(yīng)與它相等的直流電的數(shù)值。正弦電壓的有效值和最大值之間的關(guān)系為：正弦電量瞬時(shí)值中的最大值稱為正弦量的最大值或幅值復(fù)數(shù)的三角形式：

復(fù)數(shù)的極坐標(biāo)形式：

復(fù)數(shù)的指數(shù)形式：

1．復(fù)數(shù)概念與運(yùn)算2.1.2正弦量相量表示法返回一個(gè)復(fù)數(shù)是由實(shí)部和虛部組成的。復(fù)數(shù)有多種表示形式，常見的有代數(shù)形式、指數(shù)形式、三角函數(shù)形式和極坐標(biāo)形式。復(fù)數(shù)的代數(shù)形式：

復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算應(yīng)用代數(shù)形式較為方便；復(fù)數(shù)的乘除運(yùn)算應(yīng)用指數(shù)或極坐標(biāo)形式較為方便。2．相量與相量圖2.1.2正弦量相量表示法返回相量：用正弦量起始位置復(fù)數(shù)對(duì)應(yīng)矢量來表示正弦量。正弦量有幅值相量和有效值相量兩種形式。

同頻率的正弦量之間的相位差等于初相之差，其相量才能畫在同一復(fù)平面上，稱為相量圖。相量的加減運(yùn)算滿足數(shù)學(xué)上矢量的平行四邊形法則，應(yīng)注意的是減一個(gè)相量可以看成加一個(gè)相量的反相相量。2．相量與相量圖2.1.2正弦量相量表示法返回【例題】寫出下列正弦量的相量形式：解：有效值相量如下：

思考：請(qǐng)同學(xué)們寫出幅值相量形式？

1．純電阻元件的交流電路

1）電壓與電流關(guān)系2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回流過電阻元件的電流和其兩端的電壓是同頻率的正弦量。電壓和電流的關(guān)系如下：

時(shí)域形式

相量形式

（1）數(shù)值關(guān)系

（2）相位關(guān)系

電壓和電流同相位

1．純電阻元件的交流電路2）功率2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回電阻瞬時(shí)功率是隨時(shí)間變化的，瞬時(shí)功率p≥0，所以電阻元件是耗能元件。工程上所說的功率指的是瞬時(shí)功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，稱為平均功率，用大寫字母P表示，平均功率又稱有功功率。電阻有功功率：1．純電阻元件的交流電路2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回【例題】有一個(gè)阻值R=2kΩ的電阻絲，通過電阻絲的電流為

，求電阻絲兩端的電壓uR、UR及其消耗的功率PR。解：電流有效值：電壓有效值：有功功率：2．純電感元件的交流電路1）電壓與電流關(guān)系2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回電感元件中電流與其兩端的電壓都是同頻率的正弦量。電壓和電流的關(guān)系如下：

時(shí)域形式

相量形式

（1）數(shù)值關(guān)系

（2）相位關(guān)系

電壓相位超前電流90°。2．純電感元件的交流電路2）功率2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回電感瞬時(shí)功率是隨時(shí)間變化的，在第一和第三個(gè)1/4周期內(nèi)，u和i同為正值或同為負(fù)值，瞬時(shí)功率p大于零；電感不消耗能量，只是將能量不停地吸收和回送?；Q功率的大小通常用瞬時(shí)功率的最大值即無功功率來衡量。電感無功功率：在第二和第四個(gè)1/4周期內(nèi)，u和i一個(gè)正值，另一個(gè)則為負(fù)值，故瞬時(shí)功率p小于零；所以電感一個(gè)周期平均功率為零。電感元件是儲(chǔ)能元件。單位用乏[爾]（var）表示2．純電容元件的交流電路1）電壓與電流關(guān)系2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回電容元件中電流與其兩端的電壓都是同頻率的正弦量。電壓和電流的關(guān)系如下：

時(shí)域形式

相量形式

（1）數(shù)值關(guān)系

（2）相位關(guān)系

電壓相位滯后電流90°。2．純電感元件的交流電路2）功率2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回電容瞬時(shí)功率是隨時(shí)間變化的，在第一和第三個(gè)1/4周期內(nèi)，u和i同為正值或同為負(fù)值，瞬時(shí)功率p大于零；電容不消耗能量，只是將能量不停地吸收和回送?；Q功率的大小通常用瞬時(shí)功率的最大值即無功功率來衡量。電容無功功率：在第二和第四個(gè)1/4周期內(nèi)，u和i一個(gè)正值，另一個(gè)則為負(fù)值，故瞬時(shí)功率p小于零；所以電容一個(gè)周期平均功率為零。電容元件是儲(chǔ)能元件。單位用乏[爾]（