《电工技术 第2版 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 黄军辉 黄晓红 26024-项目三日光灯照明电路的连接》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工技术 第2版 工业和信息化高职高专“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 黄军辉 黄晓红 26024-项目三日光灯照明电路的连接（156页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目三 日光灯照明电路的连接,一、项目分析,项目实例内容 通过本项目的学习，能分析日光灯电路的工作原理，能熟练连接日光灯电路。, 通过对日光灯电路的连接，能学会正弦交流电路的基本概念，能判断正弦交流电路中电压、电流相量之间的关系，理解功率的概念，学会感性负载电路提高功率因数的方法。,知识点,1正弦量的三要素、相位差和有效值的概念； 2正弦量的解析式、波形图、相量、相量图表达方式及其相互转换的方法； 3R、L、C单一元件在正弦交流电路中的基本规律；,4RC串联电路的相量分析方法； 5电路的有功功率、无功功率与视在功率的计算方法； 6复阻抗串、并联电路的计算。,能力点,1学会正弦交流电路的基本特性
2、和基本分析方法； 2能分析正弦交流电路中的电阻、电感和电容元件的电压和电流的关系以及功率关系； 3学会用功率表、电压表、电流表测定交流电路元件参数的方法。,二、相关知识,（一）正弦交流电的基本概念 当电流、电压、电动势的大小和方向随时间作周期性变化时，这样的电流、电压、电动势统称为交流电。 图3-1（b）是一个周期变化的电流i的波形。,图3-1 直流、交流,（二）正弦交流电的三要素, 图3-2是两个随时间作正弦规律变化的正弦交流电流i1和i2的波形。 初相位（又称初相）、最大值、频率这3个物理量称之为正弦交流电的三要素。,图3-2 振幅不同的正弦量,1瞬时值、最大值, 正弦交流电在变化过程中任
3、一瞬间所对应的数值，称为瞬时值，用小写字母e、u、i表示。 瞬时值中最大的数值称为正弦交流电的最大值或幅值，用字母下标“m”表示，如Im、Um表示电流、电压的振幅值。, 图3-2分别表示两个振幅不同的正弦交流电流。,2周期、频率和角频率, 周期T是正弦交流电循环变化一周所需要的时间，单位是秒（s）。 频率是每秒循环变化的周数，单位为赫（Hz）。 按定义有 （3-1）, 一个周期所对应的电角度为360，用弧度（rad）表示是2弧度。 若正弦交流电的频率为f，则每秒内所变化的电角度为2f，称为角频率，用表示。 （3-2）,3初相, 初相是指t = 0时的相位，用符号表示。 正弦量的初相确定了正弦量
4、在计时起点的瞬时值。 一般规定初相|不超过弧度，即。, 图3-3所示是不同初相时的几种正弦电流的解析式和波形图。,4相位差, 两个同频率正弦量的相位之差，称为相位差，用 表示。 例如， 则两个正弦量的相位差, 相位差是描述两个同频率正弦量之间的相位关系即到达某个值的先后次序的一个特征量。 规定其绝对值不超过180，即|180。,图3-4 初相不同的正弦波形, 当 = 0，即两个同频率正弦量的相位差为零，称这两个正弦量为同相，波形如图3-5（a）所示。 当 = ，即两个同频率正弦量的相位差为180，称这两个正弦量为反相，波形如图3-5（b）所示。,图3-5 同相与反相的正弦波形,图3-6 例3.
5、1波形图,（三）交流电的有效值,1有效值的定义 把一个交流电流i与直流电流I分别通过两个相同的电阻，如果在相同的时间内产生的热量相等，则这个直流电流I的数值就叫做交流电流i的有效值。,2正弦量的有效值, 若交流电流为正弦交流i = Imsint，则,即 （3-3） 同理，正弦电压的有效值为 （3-4）,（四）正弦量的相量表示法, 一个正弦量可以表示为 U = Umsin（t +）, 根据此正弦量的三要素，可以作一个复数让它的模为Um，幅角为t + ，即, 由于正弦交流电路中的电压、电流都是同频率的正弦量，故表示正弦量的复数可简化成, 把这一复数称为相量，以“U ”表示，并习惯上把最大值换成有效
6、值，即 （3-5）,（五）电阻元件的交流电路,1电阻元件上电压和电流的相量关系 图3-9所示为一个纯电阻的交流电路，电压和电流的瞬时值仍然服从欧姆定律，即,图3-9 纯电阻电路, 两相量的关系为 （3-6） 此式就是电阻元件上电压与电流的相量关系式。, 由复数知识可知，式（3-6）包含着电压与电流的有效值关系和相位关系，即, 通过以上分析可知，在电阻元件的交流电路中： （1）电压与电流是两个同频率的正弦量； （2）电压与电流的有效值关系为U=RI； （3）在关联参考方向下，电阻上的电压与电流同相位。, 图3-10（a）、（b）所示分别是电阻元件上电压与电流的波形图和相量图。,图3-10 电阻元
7、件电压、电流的波形图和相量图,2电阻元件上的功率, 在交流电路中，电压与电流瞬时值的乘积叫做瞬时功率，用小写字母p表示 p = ui （3-7） 瞬时功率为, 通常所说的功率并不是瞬时功率，而是瞬时功率在一个周期内的平均值，称为平均功率，简称功率，用大写字母P表示，即正弦交流电路中电阻元件的平均功率 即 （3-8）,上式与直流电路功率的计算公式在形式上完全一样，但这里的U和I是有效值，P是平均功率。,（六）电感元件的交流电路,1电感元件上电压和电流的相量关系 图3-13所示电路是一个纯电感的交流电路，电压与电流的关系为,图3-13 纯电感电路, 两相量的关系 （3-9） 上式就是电感元件上电压
8、与电流的相量关系式。, 由复数知识可知，它包含着电压与电流的有效值关系和相位关系，即, 通过以上分析可知，在电感元件的交流电路中： （1）电压与电流是两个同频率的正弦量； （2）电压与电流的有效值关系为U=XLI； （3）在关联参考方向下，电压的相位超前电流相位90。, 图3-14（a）、（b）分别为电感元件上电压、电流的波形图和相量图。,图3-14 波形图和相量图, 把有效值关系式U = XLI与欧姆定律U = RI相比较，可以看出，XL具有电阻R的单位欧姆，也同样具有阻碍电流的物理特性，故称XL为感抗，即 XL = L = 2f L （3-10）, 感抗XL与电感L、频率f成正比。 当电感
9、一定时，频率越高，感抗越大。, 因此，电感线圈对高频电流的阻碍作用大，对低频电流的阻碍作用小，而对直流没有阻碍作用，相当于短路，因此直流（f = 0）情况下，感抗为零。,2电感元件的功率, 在电压与电流参考方向一致时，电感元件的瞬时功率又为,图3-16 电感元件的瞬时功率曲线, 电感元件的平均功率为 电感是储能元件，它在吸收和释放能量的过程中并不消耗能量，所以平均功率为零。, 为了描述电感与外电路之间能量交换的规模，引入了瞬时功率的最大值，并称之为无功功率，用QL表示，即 （3-11）, QL也具有功率的单位，但为了和有功功率区别，把无功功率的单位定义为乏（var）。, 应该注意：无功功率QL
10、反映了电感与外电路之间能量交换的规模，“无功”不能理解为“无用”，这里“无功”二字的实际含义是交换而不消耗。,（七）电容元件的交流电路,1电压与电流的相量关系 图3-17所示为一个纯电容的交流电路，设电容元件两端电压为正弦电压,图3-17 纯电容电路, 则电路中的电流，根据公式 即 （3-12） 上式就是电容元件上电压与电流的相量关系式。, 由复数知识可知，它包含着电压与电流的有效值关系和相位关系，即, 通过以上分析可以得出，在电容元件的交流电路中： （1）电压与电流是两个同频率的正弦量； （2）电压与电流的有效值关系为U = XCI； （3）在关联参考方向下，电压相位滞后电流相位90。, 图
11、3-18（a）、（b）所示分别为电容元件两端电压与电流的波形图和相量图。,图3-18 电容元件上电压、电流的波形图和相量图, 由有效值关系式可知，XC具有同电阻一样的单位欧姆，也具有阻碍电流通过的物理特性，故称XC为容抗，即 （3-13）, 容抗XC与电容C、频率f成反比。 当电容一定时，频率越高，容抗越小。, 因此，电容对高频电流的阻碍作用小，对低频电流的阻碍作用大。 而对直流，由于频率f = 0，故容抗为无穷大，相当于开路，即电容元件有隔直作用。,2电容元件的功率, 在关联参考方向下，电容元件的瞬时功率为, 电容元件在一周期内的平均功率为,图3-19 电容元件瞬时功率的变化曲, 平均功率为
12、零，说明电容元件不消耗能量。 电容与电源之间只有能量的相互转换。, 这种能量转换的大小用瞬时功率的最大值来衡量，称为无功功率，用QC表示，即 （3-14） 式中，QC的单位为乏（var）。,（八）RLC串联电路的相量分析, 图3-21所示电路是由电阻R、电感L和电容C串联组成的电路，流过各元件的电流都是i。 电压、电流的参考方向如图3-21所示。,图3-20 例3.5相量图,图3-21 RLC串联电路,1电压与电流的相量关系, 设电路中电流i = Imsint，对应的相量为, 式中，X = XLXC，称为电抗（），它反映了电感和电容共同对电流的阻碍作用。 X可正、可负；Z = R + jX，称
13、为复阻抗（）。 Z的实部R为电路的电阻，虚部X为电路的电抗。, 复阻抗也可以表示成极坐标形式。 （3-15）, 其中 （3-16）, |Z|是复阻抗的模，称为阻抗，它反映了RLC串联电路对正弦电流的阻碍作用，阻抗的大小只与元件的参数和电源频率有关，而与电压、电流无关。, 是复阻抗的幅角，称为阻抗角，它也是关联参考方向下电路的端电压u超前电流i的相位差。, 即 式中，, 上述分析表明，相量关系式包含着电压和电流的有效值关系式和相位关系式。,2电路的三种情况,（1）感性电路 当XLXC时，ULUC。 以电流为参考相量，分别画出与电流同相的超前电流90的，滞后于电流90的，然后合并和为，再合并和即得
14、到总电压。, 相量图如图3-22（a）所示，从相量图中可以看出，电压 超前电流 的角度为，0，电路呈感性，称为感性电路。,图3-22 RLC串联电路的三种情况相量图,（2）容性电路, 当XLXC时，ULUC，如前所述作相量 图如图3-22（b）所示。 由图可见，电流 超前电压 ，0，电路呈容性，称为容性电路。,（3）阻性电路（谐振电路）, 这正体现了正弦交流电路的特点。 把电压三角形三条边的电压有效值同时除以电流的有效值I，就得到一个和电压三角形相似的三角形，它的三条边分别是电阻R、电抗X和阻抗|Z|，所以称它为阻抗三角形，如图3-23（a）、（b）所示。, 由于阻抗三角形三条边代表的不是正弦
15、量，因此所画的三条边是线段而不是相量。 关于阻抗的一些公式都可以由阻抗三角形得出，它可以帮助我们记忆公式。,图3-23 阻抗三角形, RL串联电路和RC串联电路均可视为RLC串联电路的特例。, 在RLC串联电路中 Z = R + j（XLXC） 当XC = 0时，Z = R + jXL，即RL串联电路。 当XL = 0时，Z = R jXC，即RC串联电路。, 由此推广，R、L、C单一元件也可看成RLC串联电路的特例。 这表明，RLC串联电路中的公式对单一元件也同样适用。,3功率, 在 RLC 串联电路中，既有耗能元件，又有储能元件，所以电路既有有功功率又有无功功率。, 电路中只有电阻元件消耗能量，所以电路的有功功率就是电阻上消耗的功率。 P = PR = URI 由电压三角形可知 UR = Ucos 所以 P = UIcos （3-17）, 上式为RLC串联电路的有功功率公式，它也适用于其他形式的正弦交流电路，具有普遍意义。, RLC串联电路和电源进行能量交换的最大值就是电感和电容无功功率的差值，即RLC串联电路的无功功率为 Q=QLQC=（ULUC）I = I 2（XLXC）, 由
