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1、应用电子系,项目三 家庭用电线路设计与安装,项目三：家庭用电线路的设计与安装,任务1:家庭用电线路的认识,任务2:家庭用电线路的设计,任务3:家庭用电线路的安装,任务1:认识家用电路,任务一：认识家用电路,子任务1: 两个开关控制一盏灯,子任务2:电度表的安装及使用,任务3: 功率的使用,任务4: 日光灯的安装及维修,子任务1:二个开关控制一盏灯,子任务2:功率表的接线及使用,一、基本结构,功率表大多采用电动式仪表的测量机构。它与电动式电压表和电流表在结构上的区别是：其固定线圈和可动线圈不是串联成一条支路，而是将固定线圈与负载串联，称为电流线圈，可动线圈串联后与负载并联，称为电压线圈。,功率表
2、用于测量直流电路和交流电路的功率，又称电力表或瓦特表。在交流电路中，由于测量电流的相数不同又分为单相功率表和三相功率表。,功率表,功率的测量,单相交流和直流功率的测量,通常用电动式仪表来测量功率,功率表的接线图,电压线圈,电流线圈,负载,固定线圈：匝数少，导线粗，与负载串联，作为电流线圈。,可动线圈：匝数多，导线细，与负载并联，作为电压线圈。,电压线圈后接。,功率表,（一）功率表的接线原则,（1）电流线圈标有“*”号的端应接电源，另一端接负载。,功率表,（2）电压线圈上标有“*”号的电压端钮可以接至电流线圈的任一端，电压线圈的另一端则跨接至负载另一端，即电压线圈“*”端有前接和后接之分，如图所
3、示，电压线圈前接。,（二）测单相电路功率时的接法,被测电路功率小于功率表量程时，功率表可直接按上图接入电路。若被测电路功率大于功率表量程，必须加接电流互感器与电压互感器扩大其量程，其电路如下图所示。,这时电路的功率为,式中，P被测功率。,P1功率表读数。,k1电流互感器比率。,k2电压互感器比率。,（三）测三相电路功率时的接法,功率表,1用三个单相功率表测三相四线制电路的功率,用三个单相功率表测三相四线制电路功率的接线图如图所示。,这时电路的总功率为三只功率表读数之和。,功率表,2用两只单相功率表测三相三线制电路的功率,用两只单相功率表测三相三线制电路功率的接线图如图所示。,电路总功率为两只单
4、相功率表读数之和，即,此电路也可用于测量完全对称的三相四线制电路的功率。 如果被测电路的功率因数低于 0.5，就会有一只功率表的读数为负值（指针反偏），这时可将显示负数功率表的电流线圈接头反接即可。,（1）选用功率表时应注意功率表的电流量程应大于被测电路的最大工作电流，电压量程也应大于被测电路的最高工作电压。,三、功率表使用注意事项,（2）功率表的表盘刻度只标明分格数，往往不标明瓦特数。不同电流量程和电压量程的功率表，每个分所代表瓦数不一样，在测量时，应将指针所示分格数乘上分格常数，才能得到被测电路的实际功率。,功率的测量,在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量三相功率。,两功率表测量三相功率
5、,可见，三相功率可用两个功率表来测量。,3. 三表法,4. 三相功率表法,读数为三相总功率,三相功率的测量,三相功率的测量,（三相对称负载）,两表法测三相功率,子项目三 电度表的使用,任务1:认识电度表,电度表：用于测量负载在一定时间内所耗电能的仪表。,电度表及电能的测量,分类：单相电度表、三相电度表。,规格：2 A、4 A、5 A、10 A、20 A。,本节只介绍单相电度表，单相电度表外形如图所示。,一、结构及原理,两个电磁铁：一个线圈匝数多、线径小，与被测电路并联称为电压线圈；另一个线圈匝数少、线径大，与被测电路串联称为电流线圈。,电度表及电能的测量,一个铝盘：在电磁铁中因电磁感应产生感应
6、电流，因而在磁场力作用下旋转。,一套计数机构：可在铝盘的带动下转动，改变电度表面板上的读数。电路中负载越大，电流越大，铝盘旋转越快，单位时间内读数越大。,在电度表面板上方有一个长方形的窗口，窗口内装有机械式计数器，从左到右依次为千、百、十、个和十分位，如下图所示。两次读数之差即为所用电的度数。,二、电度表读数,电度表及电能的测量,子任务3:单相电度表的接线,电度表有四个接线桩，从左到右按 1、2、3、4 编号。直接接线方法一般有两种：,三、电度表的接线,四、电度表的选用,选用时应注意与电器的总电流相适应。,（1）按编号 1、3 接进线（ 1 接相线，3 接零线），2、4 接出线（ 2 接相线，
7、4 接零线）。,（2）按编号 1、2 接进线（ 1 接相线，2 接零线），3、4 接出线（ 3 接相线，4 接零线）。,单相电度表接线时，电流线圈与负载串联，电压线圈与负载并联。单相电度表共有四根连接导线，两根输入，两根输出。电流线圈及电压线圈的电源端应接在相（火）线上，并靠电源侧。,三.相关实践知识,图2.1 两室一厅配电接线图,说明：按一定比例制作模型，元器件按实际规格选用：合计五间小屋，分别为客厅、卧室1和2、卫生间、厨房。六路配线为：照明及吊扇、插座、客厅空调、卧室空调、热水器和备用。初步建立感性认识。,表.元器件名细表,相关理论知识链接：,1家庭用电的电源,问题:模块一中的交流电,也
8、就是我们生活中的交流电，是怎样的电源?它的大小、方向又是如何变化的？,1.1正弦交流电 1.1.1正弦电压与电流的参考方向:交流电压的 极性和电流的方向本是随时间而交变的，而 在电路图上只能标出一个方向，这就是参考 方向。电压和电流的参考方向是代表它们在 正半周时的方向。在图2.2中，在电压u 的正 半周时，上端为正，电位高；下端为负，电 位低。这时电压的参考方向与其实际方向 致，故电压为正值。在电压的负半周时，变 为上负下正，这时它的参考方向与其实际方 向相反，故为负值。,图2.2 正弦交流电的方向,电网电压和正弦信号发生器输出电压的正弦波形可用示波器观察。,1.1.2正弦量的三要素,1)正
9、弦量快慢的要素：频率f、周期T和角频率表示正弦量变化的快慢。,例如，已知f=1000 Hz，则,周期T正弦量变化一次所需的时间（单位：秒） 频率f每秒正弦量变化的次数（单位： Hz） 角频率 ：每秒正弦量转过的弧度（一个周期的弧度为2）,关系：f=1/T,中国电力标准频率：50 Hz、美国：60 Hz,由于正弦量的平均值为零，需引入衡量其大小的物理量。有效值、幅值和瞬时值是表示正弦量的大小量。 瞬时值正弦量任意瞬间的值（用i、u、e表示） 幅 值瞬时值之中的最大值（用Im、Um、Em表示） 有效值交流电流的有效值是从交流电流与直流电流具有相等的热效应观点引出的。 有效值为： （这个式子适用于任
10、何周期性变化量，但不能用于非周期量）。 对正弦量来讲：I (有效值)=I m(幅值)/1.414,2)正弦量大小的要素,t+ ：正弦波的相位角或相位； ： t = 0 时的相位，称为初相位或初相角。 初相位是指计时起点O与周波起点A（或B）的关系。计时起点（t=0）取得不同，初相位也就不同。 例如在图2.3中给出了初相位为（-120）和（+120）两个例子。 图2.3 正弦量的初相位 两个同频率正弦量的初相位之差，称为相位差。它是不随计时起点而变的。比较两个正弦量的相位，有超前和滞后等。,3)正弦量位置的要素：相位、初相位,三相交流电路：三种电压初相位各差120。,例 已知正弦量的波形图如图2
11、.3所示， 试写出正弦量的解析式。,1.2正弦交流电的相量表示法,1.2.1 正弦波的表示方法：,相量,前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。,概念 ：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示。,矢量长度 =,矢量与横轴夹角 = 初相位,1.2.2相量表示法,一个正弦量由幅值、初相位和频率三个要素来确定。但在家庭用电中，我们总是用的同一频率的交流电源，且频率是已知的工频50HZ，可不必考虑。因此，一个正弦量由幅值（或有效值）和初相位就可确定。从而引出向量的概念。,3）相量符号 包含幅度与相位的信息。,1）描述正弦量的有向线段称为相量 。若其 幅度用最大值表示 ，则用符号
12、：,相量的书写方式,2）在实际应用中，幅度更多采用有效值，则用符号：,例1：将 u1、u2 用相量表示,注意 ：,1. 只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。,2. 只有同频率的正弦量才能画在一张相量图上， 不同频率不行。,相量的复数表示,设a、b为正实数,解：,例1:,求： i 、u 的相量,A,V,相量图,求：,正弦波的四种表示法,正弦量的文字符号,2. 家庭用电的负载,问题:我们生活中的用电器就是电源的负载，负载有哪些种类，各种间有什么区别？,2.1电阻性负载 :,图2.6 白炽灯电路,照明用的白炽灯是一个电阻性负载R,电炉、电饭锅、电热水器、烘箱等,根据 欧姆定律,电阻元件的交流电
13、路,1. 频率相同,2. 相位相同,3. 有效值关系：,电阻电路中电流、电压的关系,4. 相量关系：设,电阻电路中的功率,1. 瞬时功率 p：瞬时电压与瞬时电流的乘积,小写,2. 平均功率（有功功率）P：一个周期内的平均值,大写,基本关系式：,设,则,2.2电感元件的交流电路,感性负载：空调、电动机、变压器等,电感电路中电流、电压的关系,设：,3. 有效值,则：,4. 相量关系,设：,感抗（XL =L ）是频率的函数， 表示电感电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。,关于感抗的讨论,电感电路中的功率,1. 瞬时功率 p ：,储存 能量,释放 能量,可逆的 能量转换 过程,2. 平
14、均功率 P （有功功率）,结论：纯电感不消耗能量，只和电源进行能量 交换（能量的吞吐）。,3. 无功功率 Q,Q 的单位：乏、千乏 (var、kvar),Q 的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。用 以衡量电感电路中能量交换的规模。,基本关系式:,设：,则：,2.3电容元件的交流电路,容性负载：补偿电容柜,1. 频率相同,2. 相位相差 90 （u 落后 i 90 ）,电容电路中电流、电压的关系,则：,4. 相量关系,设：,则：,关于容抗的讨论,C断路,电容电路中的功率,1. 瞬时功率 p,i,u,t,2. 平均功率 P,瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）,3. 无功功率 Q,（电容性无功取负值
15、）,例,求电容电路中的电流,瞬时值,i 领先于 u 90,电流有效值,相量图,R、L、C电路的比较,电路 参数,电路图 （正方向）,复数 阻抗,电压、电流关系,瞬时值,有效值,相量图,相量式,功率,有功功率,无功功率,R,i,u,设,则,u、 i 同相,0,L,i,u,C,i,u,设,则,设,则,u领先 i 90,u落后i 90,0,0,基本 关系,* 电压、电流瞬时值的关系符合欧姆定律、克氏定律。,2.4简单正弦交流电路的关系(以R-L电路为例）,* 电流、电压相量符合相量形式的欧姆定律、克氏定律,Z为阻抗由电阻R和电抗X合成， 它们之间符合阻抗三角形的关系。,电压有效值与电流有效值的关系：,阻抗三角形,电压三角形,*阻抗三角形、电压三角形,电感性负载的特点是总电压的相位超前电流一个角度。可以通过示波器观察电压与电流的相位关系。,*功率三角形及功率因数,电阻R: 消耗的有功功率P= IR 或 P=URI 单位为瓦（W）。 电感L: 纯电感是不消耗能量的，所以电感上的P=0；电感上的无功功率为Q=IXL ， 单位为乏（VAR）。,S为视在功率：S=IU （VA） 可见S一定时，角的大小直接影响到有功功率与无功功率的大小的分配，为此把它称为功率因数角，而COS称为功率因数。,功率三角形,若,则,
