電工電子技術(shù)與技能課件：單相交流電路

單相交流電路

模塊一正弦交流電及其基本電路模塊二正弦交流電的功率計算模塊三RLC串、并聯(lián)電路及熒光燈電路

單相交流電路模塊一正弦交流電及其基本電路模塊一正弦交流電及其基本電路

1.了解交流發(fā)電機(jī)的工作過程2.掌握正弦交流電的基本物理量及相互關(guān)系【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

【能力目標(biāo)】

1.學(xué)會正弦交流電的三種表示方法及相互轉(zhuǎn)化2.能夠安裝簡單的正弦交流電路模塊一正弦交流電及其基本電路【知識探究】

人們使用的電可分為兩種：一種是直流電，這種電大小和方向都不隨時間變化（例如干電池、蓄電池?zé)簦?；另一種是交流電，這種電的大小和方向都會隨著時間變化。如圖3-1所示。圖3-1

常見交流電正弦交流電具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)可以通過變壓器變電壓，便于電能的輸送、分配，以滿足不同用電戶的要求。2）交流電機(jī)比相同功率的直流電機(jī)構(gòu)造簡單、造價低、便于維護(hù)、維修。3）交流電可以通過整流裝置，將交流電變換為所需的直流電。（二）正弦交流電的產(chǎn)生

將單匝線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，把線圈的兩根引線分別接到與線圈一起轉(zhuǎn)動的兩個銅環(huán)上，銅環(huán)通過電刷與外電路聯(lián)接。當(dāng)線圈abcd在外力作用下，在勻強(qiáng)磁場中以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，線圈的ab邊和cd邊作切割磁力線運(yùn)動，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果外電路是閉合的，閉合回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流。ad和bc邊的運(yùn)動不切割磁力線，不產(chǎn)生感應(yīng)電流。圖3-2簡單交流發(fā)電機(jī)模型線圈以角速度逆時針勻速轉(zhuǎn)動。設(shè)在起始時刻，線圈平面與中性面的夾角為，t時刻線圈平面與中性面夾角為叫，從圖中可以看出，cd邊運(yùn)動速度v與磁力線方向的夾角也是叫，設(shè)cd邊的長度為L，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則由于邊作切割磁力線運(yùn)動所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為線圈的截面圖如下同理．a(chǎn)b邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為由于這兩個感應(yīng)電動勢是串聯(lián)的，所以整個線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為稱為電動勢的最大值，也稱為振幅外加負(fù)載形成閉合回路時，就會產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的電壓和電流，分別為1.表征正弦交流電的物理量二、正弦交流電的三要素頻率（角頻率、周期）有效值（最大值）相位、初相位、相位差三要素例3-1．正弦交流電壓，求電壓的有效值U、頻率f和最大值Um。解：二、正弦交流電的三要素頻率（或角頻率、周期）最大值（或有效值）初相位（1）反映正弦交流電的特征變化快慢變化幅度起始狀態(tài)反映正弦交流電的（2）在我國的電力系統(tǒng)中，我國工業(yè)交流電的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，簡稱為工頻，周期是0.02s。三要素的意義三、正弦交流電的表示方法

1.三角函數(shù)表示法正弦交流電動勢、電壓和電流的函數(shù)表示式分別是

三、正弦交流電的表示方法

2.波形圖表示法波形圖

u＝Umsin(ωt＋φ0)用波形圖表示如下三、正弦交流電的表示方法

3.旋轉(zhuǎn)相量表示法相量表示法

長度等于正弦量的有效值;與X軸正方向的夾角等于正弦量的初相位;旋轉(zhuǎn)相量的符號為有效值符號上加一圓點(diǎn)。幾個同頻率的正弦量可以畫在同一矢量圖中，判斷其相位關(guān)系時，可把幾個正弦量一起逆時針旋轉(zhuǎn)，在前者為超前。正弦量用矢量表示后，同頻率正弦量的運(yùn)算可以轉(zhuǎn)化為矢量的運(yùn)算，同頻率正弦量的矢量相加應(yīng)采用平行四邊形法則。

四、典型正弦交流電路在交流電路中，只含有電阻，而沒有電感和電容的電路叫純電阻電路，如圖所示。在日常生活中使用的白熾燈、電烙鐵和電爐等電器組成的電路均可以看作純電阻電路。1．純電阻電路設(shè)電阻兩端的電壓為則：交流電路中，電阻端電壓和流過它的電流符合歐姆定律四、典型正弦交流電路在純電阻電路中，流過電阻的電流與端電壓同純電阻電壓與電流的相位關(guān)系

四、典型正弦交流電路2．純電感電路在交流電路中，如果用電感線圈作負(fù)載，且這些線圈的內(nèi)阻忽略不計，那么這個電路稱為純電感電路如圖所示。四、典型正弦交流電路感抗：電感對交流電的阻礙作用。記為XL，單位是

對于交流電，頻率越高，則XL越大；頻率越低，則XL越小。對直流電，由于f=0，則XL=0，電感相當(dāng)于短路。因此，電感線圈有“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”的特性。四、典型正弦交流電路在純電感電路中，電流與電壓數(shù)值關(guān)系交流電路中，純電感端電壓和流過它的電流有效值、最大值之間符合歐姆定律

，但瞬時值之間不符合歐姆定律

四、典型正弦交流電路純電感電路中，電壓超前電流90度設(shè)電感線圈中通過的電流為

則：純電感電路中電壓與電流的相位關(guān)系

四、典型正弦交流電路在交流電路中，如果只用電容器做負(fù)載，且可以忽略介質(zhì)的損耗時，那么這個電路就叫做純電容電路。2．純電容電路四、典型正弦交流電路容抗：電容對交流電的阻礙作用，記為Xc，單位是對于交流電，頻率越高，XC就越?。环粗?，頻率越低，XC就越大。對于直流電來說，由于f=0，XC

=∞，可視為斷路。因此，電容器有“通交流、隔直流，通高頻、阻低頻”的特性。四、典型正弦交流電路純電容電路中，電流與電壓數(shù)值關(guān)系交流電路中，純電容端電壓和流過它的電流有效值、最大值之間符合歐姆定律

，但瞬時值之間不符合歐姆定律

四、典型正弦交流電路純電容電路，電流超前電壓90度，設(shè)電容端電壓為則：純電容電路中電壓與電流的相位關(guān)系

四、典型正弦交流電路模塊一正弦交流電及其基本電路

【課堂小結(jié)】1.交流電的大小和方向都會隨著時間變化。2.頻率（或周期、角頻率）、最大值（或有效值）和初相位分別能反映正弦交流電的特征：變化快慢、變化幅度、起始狀態(tài)，故稱為正弦量的三要素3.正弦交流電有三角函數(shù)、波形圖和相量三種表示法。4.純電阻電路電阻兩端電壓與流過電流同相；純電感電路電感兩端電壓超前電流90o；純電容電路電容兩端電壓滯后電流90o。單相交流電路

模塊一正弦交流電及其基本電路模塊二正弦交流電的功率計算模塊三RLC串、并聯(lián)電路及熒光燈電路單相交流電路

模塊二正弦交流電的功率計算模塊二正弦交流電的功率計算

1.了解瞬時功率、有功功率、無功功率和視在功率的概念2.理解提高功率因數(shù)的意義【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

【能力目標(biāo)】

1.能計算電路的有功功率、無功功率和視在功率2.能夠?qū)β室驍?shù)進(jìn)行補(bǔ)償修改【知識探究】

在交流電路中，任何瞬間電壓與電流瞬時值的乘積稱為瞬時功率，以小寫字母p表示，即模塊二正弦交流電的功率計算

1．瞬時功率純電阻電路瞬時功率模塊二正弦交流電的功率計算

將電壓與電流瞬時數(shù)值逐點(diǎn)相乘，即可畫出圖所示的瞬時功率曲線從圖中可以看出，瞬時功率在任一瞬間的數(shù)值都為正值，這說明電阻始終在消耗電能，因?yàn)殡娮枋且粋€耗能元件。模塊二正弦交流電的功率計算

在純電感和純電容電路中的瞬時功率分別是將電壓與電流瞬時數(shù)值逐點(diǎn)相乘，可得圖所示的波形圖p為正值，說明在該段時間內(nèi)，電感線圈（或電容）從電源獲取電能，并將電能儲存起來，這時是負(fù)載；p為負(fù)值，說明在該段時間把儲存的電能送回，此時起到電源作用。在一個周期內(nèi)，時而“吸收”功率，時而“釋放”功率，只與電路交換能量，自身并不消耗電能。因此，電感線圈和電容器都是儲能元件。通常用瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值來衡量電路功率的大小，它是電路中實(shí)際消耗的功率，稱為有功功率，用大寫字母P來表示。平常說某電烙鐵的功率是35W、白熾燈的功率是40W或者電阻爐的功率是1000W都是指有功功率。模塊二正弦交流電的功率計算

2．有功功率純電阻的有功功率可以寫成：電感線圈和電容器是儲能元件，不消耗電能，那么它們的有功功率為零，即P=0模塊二正弦交流電的功率計算

例題3-3已知某白熾燈工作時的電阻為484Ω，若在其兩端加上電壓試求該白熾燈正常工作時的有功功率。解：白熾燈的有功功率為：3．無功功率在交流電路中，電感和電容雖然不消耗有功功率，但它們都參與了與電源的能量交換，這就產(chǎn)生了無功功率，降低了發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的供電效率。通常把瞬時功率的最大值稱為無功功率，用符號Q表示，單位為var(乏)或者kvar(千乏)，用公式表示為模塊二正弦交流電的功率計算

無功功率衡量電感器、電容器和電源之間交換能量規(guī)模在交流電路中，電源其輸出的總電流與總電壓的乘積稱為視在功率，用符號S表示，單位是VA（伏安）或者kVA（千伏安）。用公式表示模塊二正弦交流電的功率計算

4．視在功率有功功率P和視在功率S的比值定義為功率因數(shù)，用表示模塊二正弦交流電的功率計算

5．功率因數(shù)提高功率因數(shù)的意義：在發(fā)電機(jī)的額定電壓、額定電流一定時,發(fā)電機(jī)的容量即是它的視在功率一定.如果發(fā)電機(jī)在額定容量下運(yùn)行,輸出的有功功率的大小取決于負(fù)載的功率因數(shù).率因數(shù)在電力系統(tǒng)中是一個非常重要的參數(shù)，提高功率因數(shù)的方法是在感性負(fù)載兩端并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙?，其電路見圖從矢量圖中，可知感性負(fù)載兩端并聯(lián)電容器后電路中各物理量的變化情況：電路中總的有功功率不變，感性設(shè)備自身的各個物理量沒有變化；電路中的總電流、視在功率以及無功功率都有所減?。徽麄€供電線路功率因數(shù)得到提高。

【課堂小結(jié)】1.瞬時功率2.有功功率3無功功率4.視在功率5.功率因數(shù)。模塊二正弦交流電的功率計算

單相交流電路

模塊一正弦交流電及其基本電路模塊二正弦交流電的功率計算模塊三RLC串、并聯(lián)電路及熒光燈電路

單相交流電路模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路1.了解RLC串聯(lián)、并聯(lián)電路的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，2.理解串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振的條件與特點(diǎn)?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】

【能力目標(biāo)】

能夠安裝與調(diào)試熒光燈電路【知識探究】

由電感、電容、電阻相串聯(lián)組成的電路稱為RLC串聯(lián)電路。在無線電技術(shù)中，收音機(jī)的調(diào)諧電路、振蕩電路等都是此類電路。1．RLC串聯(lián)電路模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路如圖所示模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路設(shè)通過電路的電流為則電阻兩端的電壓為電感線圈兩端的電壓為電容兩端的電壓為總電壓為用矢量表示為模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路取電壓矢量為參考矢量，畫出其矢量圖如下電壓矢量構(gòu)成電壓三角形從電壓三角形中可以看出

阻抗三角形模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路阻抗角電抗阻抗

阻抗角的大小決定于電路中的參數(shù)R、L、C和電源的頻率f；電抗X的數(shù)值決定了電路的性質(zhì)。（1）當(dāng)XL＞XC時，X＞0，＞0，總電壓u超前電流i，電路呈感性。＜0，總電壓u滯后電流i，電路呈容性。=0，總電壓u與電流i同相，電路呈純電阻性，電路的這種狀態(tài)稱為諧振。（2）當(dāng)XL＜XC時，X＜0，（3）當(dāng)XL=XC時，X=0，模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路不同性質(zhì)電路的電壓與電流矢量圖如下（2）串聯(lián)諧振電路具有以下特點(diǎn)：

①阻抗最小，且為純電阻，即=R；③電感與電容兩端的電壓相等，其大小為總電壓的Q倍，

Q稱為串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，電子技術(shù)中，常用品質(zhì)因數(shù)Q值的高低來體現(xiàn)選擇性的好壞。②電路中的電流最大，且與電壓同相，即模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路由電感、電容、電阻相并聯(lián)組成的電路稱為RLC串聯(lián)電路。2．RLC并聯(lián)電路模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路設(shè)加在RLC并聯(lián)電路兩端電壓為則通過電阻的電流為通過電感的電流為通過電容的電流為電路中的總電流相量圖如圖在（a）圖中，IC＞IL，總電流超前電壓，電路呈容性；在（b）圖中，IC＜IL，總電流滯后電壓，電路呈感性；在（c）圖中，IC=IL，總電流與總電壓同相，電路呈純電阻性,這種狀態(tài)稱為并聯(lián)諧振。模塊三串、并聯(lián)電路及熒光燈電路并聯(lián)諧振的特點(diǎn)：并聯(lián)諧振是一種完全的補(bǔ)償，電源無需提供無功功率，只提供電阻所需要的有功功率。諧振時，電路的總電流最小，而支路的電流往往大于電路的總電流，因此，并聯(lián)諧振也稱為電流諧振。發(fā)生并聯(lián)諧振時，在電感和電容元件中流過很大的電流，因此會造成電路