汽車電工電子技術(shù)課件項(xiàng)目三單相正弦交流電分析基本方法o

1、汽車電工電子技術(shù)課件項(xiàng)目三單相正弦交流電分析基本方法o汽車電工電子技術(shù)課件項(xiàng)目三單相正弦交流電分析基本方法o 項(xiàng)目三 單相正弦交流電路分析基本方法知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)理解正弦交流電的基本概念及其表示方法理解R、L、C元件交流電路的伏安關(guān)系及阻抗掌握有功功率、無(wú)功功率及視在功率的概念及其計(jì)算；掌握電路功率因數(shù)及其提高功率因數(shù)的意義和方法；理解通用雙通道示波器的結(jié)構(gòu)和工作原理。能夠運(yùn)用常見方法分析、計(jì)算較為復(fù)雜的交流電路；掌握示波器面板操作的方法； 掌握使用示波器觀察波形、測(cè)量電壓和頻率的方法；能根據(jù)電路要求，正確識(shí)讀、選擇和使用電容、電感元件 能正確選擇和使用電工儀表測(cè)量小型交流用電設(shè)備的電流、電壓

2、，具有一定的實(shí)驗(yàn)操作技能；會(huì)查閱有關(guān)技術(shù)資料和工具書。養(yǎng)成獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的良好習(xí)慣2022/9/92 項(xiàng)目三 單相正弦交流電路分析基本方法知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)理解 任務(wù)導(dǎo)入如圖3-1所示電路中，已知 引導(dǎo)問題1試求: 各表讀數(shù)及參數(shù) R、L 和 C。2022/9/93 任務(wù)導(dǎo)入如圖3-1所示電路中，已知 引導(dǎo)問題1試求: 各引導(dǎo)問題2 在電扇電動(dòng)機(jī)中串聯(lián)一個(gè)電感線圈可以降低電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。已知電動(dòng)機(jī)電阻為190，感抗為260，電源電壓為工頻220V?，F(xiàn)要使電動(dòng)機(jī)上的電壓降為180V，求串聯(lián)電感線圈的電感量L應(yīng)為多大(假定此線圈無(wú)損耗電阻)？能否用串聯(lián)電阻來(lái)代替此線圈？試比

3、較兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。2022/9/94引導(dǎo)問題2 2022/9/46項(xiàng)目任務(wù)1 嘗試分析圖3-2所示電路采用220V，50Hz的交流電源U，額定功率為40W的日光燈管，其中假設(shè)燈管額定電壓為220V，燈管等效電阻為200歐姆，鐵芯式鎮(zhèn)流器電感為0.8H，電容C分別為1.0F、2.2uF、4.7F，并分別求出開關(guān)S2閉合前、閉合后電路中日光燈電路的端電壓U，燈管兩端的電壓UR、鎮(zhèn)流器兩端電壓URL、電路電流I、日光燈電流ID和電路總功率P，并計(jì)算功率因數(shù)cos，將數(shù)據(jù)填入表3-1中。相關(guān)支路的電壓URL、UR，電流I、ID、IC以及電路的功率、功率因數(shù)。2022/9/95項(xiàng)目任務(wù)1 嘗試分析圖3

4、-2所示電路采用220V，50Hz表3-1 日光燈電路工作參數(shù)2022/9/96表3-1 日光燈電路工作參數(shù)2022/9/48任務(wù)分析對(duì)引導(dǎo)問題1、引導(dǎo)問題2和項(xiàng)目任務(wù)1中電路的分析可以發(fā)現(xiàn)：引導(dǎo)問題1的電路和問題用直流電路的分析思路分析本身并無(wú)問題，但是必須遵循正弦交流電的特點(diǎn)，和電容、電感的特性，才能進(jìn)行正確分析。引導(dǎo)問題2是在引導(dǎo)問題1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步運(yùn)用交流電路的分析與計(jì)算方法來(lái)改進(jìn)具體電路的問題，本質(zhì)上還是交流電路的分析和計(jì)算，只要能夠正確進(jìn)行正弦交流電路的分析，該類問題都不再是問題。2022/9/97任務(wù)分析對(duì)引導(dǎo)問題1、引導(dǎo)問題2和項(xiàng)目任務(wù)1中電路的分析可以項(xiàng)目任務(wù)1與引導(dǎo)問題1、

5、2相比，對(duì)交流電路的分析更加全面，需要探討功率和電源利用效率的問題，而且要進(jìn)一步改進(jìn)、完善電路，與實(shí)際生活聯(lián)系密切。 本任務(wù)目的：關(guān)鍵點(diǎn)是要弄清正弦交流電路中歐姆定律、基爾霍夫定律、支路分析法、疊加法和戴維南定理等與直流電路中的根本區(qū)別2022/9/98項(xiàng)目任務(wù)1與引導(dǎo)問題1、2相比，對(duì)交流電路的分析更加全面，需知識(shí)準(zhǔn)備1、直流電與交流電的區(qū)別表3-2 直流電與交流電的比較2022/9/99知識(shí)準(zhǔn)備1、直流電與交流電的區(qū)別表3-2 直流電與交流電的2022/9/9102022/9/4122022/9/9112022/9/4132、正弦交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生圖3-3 正弦交流電產(chǎn)生原理2022/9/9

6、122、正弦交流電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生圖3-3 正弦交流電產(chǎn)生原理2022圖3-4 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e、電流i和負(fù)載兩端電壓u波形圖2022/9/913圖3-4 產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e、電流i和負(fù)載兩端電壓u波形圖2問答互動(dòng)請(qǐng)問：如果圖3-3中線圈的初始位置不在圖中所示水平位置，而是跟水平位置有一定夾角，那么圖3-4中的正弦波形會(huì)有什么變化？2022/9/914問答互動(dòng)請(qǐng)問：如果圖3-3中線圈的初始位置不在圖中所示水平位3、正弦交流電的三要素幅值、角頻率和初相位圖3-5 正弦交流電三要素知識(shí)準(zhǔn)備2022/9/9153、正弦交流電的三要素幅值、角頻率和初相位圖3-5 正表3-3 正弦交流電三要素概念解釋注：u

7、、Um、U 三者是從不同的側(cè)面反映交流電的大小。2022/9/916表3-3 正弦交流電三要素概念解釋注：u、Um、U 三者是2022/9/9172022/9/419注意：（1）兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數(shù)，與計(jì)時(shí)的選擇起點(diǎn)無(wú)關(guān)，不同頻率的正弦量之間不存在相位差的概念。（2）確定了正弦量計(jì)時(shí)開始的位置，初相規(guī)定不得超過180，正弦量與縱軸相交處若在正半周，初相為正，反之則為負(fù)。（3）相位差不得超過1802022/9/918注意：2022/9/420如：已知兩個(gè)同頻率正弦交流電 ；具體如圖3-6所示。圖3-6 同頻率正弦交流電i1、i2波形圖2022/9/919如：已知兩個(gè)同頻率正弦交流電

8、 ；具體如圖3-6所示。圖3-6 問答互動(dòng)2022/9/920 問答互動(dòng)2022/9/4224、正弦交流電的表示方法及運(yùn)算知識(shí)準(zhǔn)備表3-5 正弦量的四種表示法1）正弦量的表示法2022/9/9214、正弦交流電的表示方法及運(yùn)算知識(shí)準(zhǔn)備表3-5 正弦量的四種表3-6 復(fù)數(shù)相關(guān)概念的復(fù)習(xí)2）復(fù)數(shù)的表示2022/9/922表3-6 復(fù)數(shù)相關(guān)概念的復(fù)習(xí)2）復(fù)數(shù)的表示2022/9/43）正弦量與相量的關(guān)系圖3-7 正弦量與相量的關(guān)系相量a) i0m、i1m振幅矢量圖 b) i0、i1矢量在虛軸上的分量隨時(shí)間變化的函數(shù)曲線正弦量都相量的演變可分兩步：第一步:將正弦量的幅值和初相對(duì)應(yīng)為復(fù)數(shù)第二步:將靜態(tài)的復(fù)

9、數(shù)對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)的正弦量2022/9/9233）正弦量與相量的關(guān)系圖3-7 正弦量與相量的關(guān)系相量a)(1)相量定義:正弦量相對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)形式的電壓和電流相量式表示方法：為區(qū)別與一般復(fù)數(shù)，相量的頭頂上一般加符號(hào)“”，即有： 、 、 、 。如：正弦量i=14.1sin(t+36.9)A的最大值相量即可表示為：其有效值相量可表示為：?jiǎn)柎鸹?dòng)2022/9/924(1)相量如：正弦量i=14.1sin(t+36.9)A（2）相量圖按照各個(gè)正弦量的大小和相位關(guān)系用初始位置的有向線段畫出的若干個(gè)相量的圖形稱相量圖正弦量的相量只有有效值和幅值兩大類，實(shí)際計(jì)算中常用有效值。 如：請(qǐng)畫出兩正弦量的相量圖。問答互動(dòng)202

10、2/9/925（2）相量圖按照各個(gè)正弦量的大小和相位關(guān)系用初始位置的有向線分析過程：第一步：確定是畫有效值的相量圖還是幅值的相量圖，第二步：寫出所畫正弦量的有效值相量或幅值相量。第三步：畫相量圖上述正弦量即有：幅值相量：有效值相量：圖3-8 相量圖的表示方法2022/9/926分析過程：第三步：畫相量圖上述正弦量即有：幅值相量：有效值相注意：相量只是表示正弦量，而不等于正弦量，即“Imsin(t+i)=Imi”是錯(cuò)誤的，因?yàn)橄嗔繘]有反映三要素中的角頻率，只能表示為：由于只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示，因此相量分析法只適用于同頻率的正弦量，不同頻率的正弦量和非正弦量不適用。只有

11、同頻率的正弦量才能畫在同一相量圖上，可理解為因?yàn)橥幌嗔繄D上默認(rèn)的旋轉(zhuǎn)角頻率只有一個(gè)既定值。2022/9/927注意：由于只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示相量的書寫方式有兩種： 模用最大值表示 ，則用符號(hào)： 、 實(shí)際應(yīng)用中，模多采用有效值，符號(hào)： 、 當(dāng)時(shí)，則 相量有相量式和相量圖兩種表示形式： 相量式：相量圖：即把相量表示在復(fù)平面的圖形，2022/9/928相量的書寫方式有兩種： 實(shí)際應(yīng)用中，模多采用有效值，符號(hào)：4）相量的運(yùn)算對(duì)正弦電量利用相量進(jìn)行分析運(yùn)算時(shí)一般程序步驟如下： 2022/9/9294）相量的運(yùn)算2022/9/431如1：已知，求：?jiǎn)柎鸹?dòng)分析過程：第一步：將

12、正弦量i1、i2變換為相量；第二步：進(jìn)行相量的加法運(yùn)算；注意：是有效值 I =16.8 A第三步：對(duì)相量進(jìn)行反變換為正弦電量2022/9/930如1：已知，求：?jiǎn)柎鸹?dòng)分析過程：第二步：進(jìn)行相量的加法運(yùn)算另外，也可以利用相量圖中的幾何關(guān)系簡(jiǎn)化同頻率正弦量之間的加、減運(yùn)算及其電路分析。 圖3-9 相量圖進(jìn)行正弦量的加減運(yùn)算其中，；2022/9/931另外，也可以利用相量圖中的幾何關(guān)系簡(jiǎn)化同頻率正弦量之間的加、如2：已知正弦電壓求出。圖3-10 正弦量u1、u2的相量運(yùn)算分析：2022/9/932如2：已知正弦電壓求出。圖3-10 正弦量u1、u2的相量運(yùn)5、分析正弦交流電路的定理、定律和方法知識(shí)

13、準(zhǔn)備表3-7 分析正弦交流電路常用的定理、定律2022/9/9335、分析正弦交流電路的定理、定律和方法知識(shí)準(zhǔn)備表3-7 分析2022/9/9342022/9/436 相量形式的歐姆定律 一般電路 RLC串聯(lián) RLC并聯(lián)2022/9/935 2022/9/437 2022/9/936 2022/9/4381)復(fù)阻抗（Z）(1)定義：交流電路中，電阻R、電感L和電容C對(duì)電流都有阻礙作用。(3)阻抗Z的標(biāo)準(zhǔn)形式(2)復(fù)阻抗的意義：圖3-12 相量來(lái)表示的電壓與電流和復(fù)阻抗Z之間的關(guān)系2022/9/9371)復(fù)阻抗（Z）(3)阻抗Z的標(biāo)準(zhǔn)形式(2)復(fù)阻抗的意義：圖復(fù)阻抗的模：復(fù)阻抗Z的阻抗角：復(fù)阻抗

14、Z的阻抗分量：復(fù)阻抗Z的電抗分量：(4)阻抗三角形圖3-11阻抗三角形2022/9/938復(fù)阻抗的模：復(fù)阻抗Z的阻抗角：復(fù)阻抗Z的阻抗分量：復(fù)阻抗Z的(5)阻抗Z和電路性質(zhì)的關(guān)系2022/9/939(5)阻抗Z和電路性質(zhì)的關(guān)系2022/9/4412)正弦交流電路最基本單一元件電路分析（1）電流與電壓的關(guān)系圖3-13純電阻元件交流電路模型 純電阻元件交流電路2022/9/9402)正弦交流電路最基本單一元件電路分析（1）電流與電壓的關(guān)系根據(jù)歐姆定律: u=Ri 設(shè): u=Umsin(t+u)比較式u、i式可知： i隨u為同頻率的正弦量大小關(guān)系：相位關(guān)系 ：u、i 相位相同，有相位差 圖3-14

15、純電阻元件交流電路參數(shù)波形綜合可得：純電阻電路中，電壓與電流是同頻率的正弦量，且初相位相同。2022/9/941根據(jù)歐姆定律: u=Ri 設(shè): u=Umsin(t+純電阻電路中電壓u與電流i的相量式為： 圖3-15 純電阻元件交流電路電壓與電流的相量圖即有電阻元件的復(fù)阻抗為：2022/9/942純電阻電路中電壓u與電流i的相量式為：圖3-15 純電阻元（2）電阻功率 瞬時(shí)功率由表達(dá)式可知：瞬時(shí)功率與隨時(shí)間不斷變化，而且恒為正值，表明電阻元件在任何時(shí)刻都從電源吸取能量，并將其轉(zhuǎn)化為熱能，此轉(zhuǎn)化過程不可逆，是耗能元件。2022/9/943（2）電阻功率由表達(dá)式可知：瞬時(shí)功率與隨時(shí)間不斷變化，而且恒

16、平均功率圖3-17 純電阻元件交流電路的平均功率2022/9/944平均功率圖3-17 純電阻元件交流電路的平均功率2022/例題：某電爐額定功率1000W，額定電壓220V，接電壓試求：（1）R、I、i點(diǎn)、I點(diǎn)；（2）若電壓的頻率增大一倍，電流如何變化？問答互動(dòng)2022/9/945例題：某電爐額定功率1000W，額定電壓220V，接電壓試求純電容元件交流電路圖3-18純電容元件交流電路模型 （1）電流與電壓的關(guān)系 圖3-19純電容元件交流電路參數(shù)波形知識(shí)準(zhǔn)備2022/9/946純電容元件交流電路圖3-18純電容元件交流電路模型 （1根據(jù)公式設(shè)可推出：比較u和i可知： i隨u為同頻率的正弦量；

17、大小關(guān)系：即相位關(guān)系 ：i的相位比u超前90即；綜合：純電容電路中，電壓與電流是同頻率的正弦量，且電流的初相位超前電壓902022/9/947根據(jù)公式設(shè)可推出：比較u和i可知：即相位關(guān)系 ：i的相位比純電容電路中電壓u與電流i的相量式為： 定義容抗結(jié)合表3-7運(yùn)用歐姆定律圖3-20 純電容元件交流電路電壓與電流的相量圖電容元件的復(fù)阻抗2022/9/948純電容電路中電壓u與電流i的相量式為：定義容抗結(jié)合表3-7運(yùn)可見容抗是頻率的函數(shù)，頻率越低，容抗越大，所以電容C具有隔直通交的作用。注：當(dāng)U 、C一定時(shí)：越高，電容對(duì)電流的阻礙作用越小，I越大；越小，電容對(duì)電流的阻礙作用越大，I越??；為零，加直

18、流電，XC為無(wú)窮大，I為零，電容元件相當(dāng)于斷開，起隔直流作用。2022/9/949可見容抗是頻率的函數(shù)，頻率越低，容抗越大，所以電容C具有隔直（2）電容功率 瞬時(shí)功率注：p為正弦波，頻率為u、i 的2倍；在一個(gè)周期內(nèi)，C充電吸收的電能等于它放電發(fā)出的電能。這是可逆的能量轉(zhuǎn)換過程。當(dāng)u、i方向相同時(shí)，p0，表示 電源對(duì)電容器充電，電容器從電源吸收能量，轉(zhuǎn)化為電容器中的電場(chǎng)能量。當(dāng)u、i方向相反時(shí)，p0，電感從電源吸收能量，并轉(zhuǎn)化為電感中的磁場(chǎng)能量。當(dāng)u、i方向相反是，pXC 時(shí)， j 0 ，u 超前 i，電路呈感性；當(dāng) XL XC 時(shí) ，j 0 ， u 滯后i，電路呈容性；當(dāng) XL = XC 時(shí)

19、 ，j = 0 ， u、i 同相，電路呈電阻性。式中復(fù)阻抗Z 的模Z表示 u、i 的大小關(guān)系， 輻角（阻抗角）為 u、i 的相位差。注意：Z 是一個(gè)復(fù)數(shù)，不是相量，上面不能加點(diǎn)。2022/9/964電路參數(shù)與電路性質(zhì)的關(guān)系：注意：Z 是一個(gè)復(fù)數(shù)，不是相量，表3-9 RLC串聯(lián)電路中個(gè)參量的相位圖2022/9/965表3-9 RLC串聯(lián)電路中個(gè)參量的相位圖2022/9/467綜上可知：2022/9/966綜上可知：2022/9/468（2）功率關(guān)系 瞬時(shí)功率設(shè)，則：其中UIcos為耗能元件上的瞬時(shí)功率，UIcos（t+）為儲(chǔ)能元件上的瞬時(shí)功率，在每一瞬間，電源提供的功率一部分被耗能元件消耗掉,一

20、部分與儲(chǔ)能元件進(jìn)行能量交換。2022/9/967（2）功率關(guān)系，則：其中UIcos為耗能元件上的瞬時(shí)功率，平均功率P （有功功率）?則可得出結(jié)論：平均功率P （有功功率）為RLC串聯(lián)電路中總電壓與總電流的乘積在電阻上的分量，反映電阻消耗的電能的大小。2022/9/968平均功率P （有功功率）?則可得出結(jié)論：平均功率P （有無(wú)功功率Q 則可得出結(jié)論：無(wú)功功率P （有功功率）為RLC串聯(lián)電路中總電壓與總電流的乘積在電感、電容上的分量，反映電感和電容與電源之間的能量互換的程度。視在功率 S電路中總電壓與總電流有效值的乘積。注： SNUN IN 稱為發(fā)電機(jī)、變壓器 等供電設(shè)備的容量，可用來(lái)衡量發(fā)電機(jī)

21、、變壓器可能提供的最大有功功率。2022/9/969無(wú)功功率Q則可得出結(jié)論：無(wú)功功率P （有功功率）為RLC串切記：SP+QP、Q、S 都不是正弦量，不能用相量表示。圖3-30 RLC串聯(lián)交流電路功率三角形RLC串聯(lián)交流電路功率三角關(guān)系2022/9/970切記：圖3-30 RLC串聯(lián)RLC串聯(lián)交流電路功率三角關(guān)系RLC串聯(lián)電路的三角形關(guān)系將電壓三角形的有效值同除I得到阻抗三角形；將電壓三角形的有效值同乘I得到功率三角形。 圖3-32 RLC串聯(lián)電路三角形關(guān)系2022/9/971RLC串聯(lián)電路的三角形關(guān)系將電壓三角形的有效值同除I得到阻抗請(qǐng)結(jié)合RLC串聯(lián)電路的分析方法完成RLC并聯(lián)交流電路分析圖

22、3-33 RLC并聯(lián)電路模型2022/9/972請(qǐng)結(jié)合RLC串聯(lián)電路的分析方法完成RLC并聯(lián)交流電路分析圖34）功率因素的提高的方法及其意義根據(jù)上述分析可知?jiǎng)t稱稱cos為電路的功率因數(shù)。 電力設(shè)備如變壓器、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電力線路等，除從電力系統(tǒng)吸取有功功率外，還要吸取無(wú)功功率。無(wú)功功率僅完成電磁能量的相互轉(zhuǎn)換，并不作功。無(wú)功和有功同樣重要，沒有無(wú)功，變壓器不能變壓，電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，電力系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。但無(wú)功功率占用了電力系統(tǒng)發(fā)供電設(shè)備提供有功功率的能力，同時(shí)也增加了電力系統(tǒng)輸電過程中的有功功率的損耗，導(dǎo)致用電功率因數(shù)降低。世界各國(guó)電力企業(yè)對(duì)用戶的用電功率因數(shù)都有要求，并按用戶用電功率因數(shù)的高低

23、在經(jīng)濟(jì)上給予獎(jiǎng)懲。2022/9/9734）功率因素的提高的方法及其意義根據(jù)上述分析可知?jiǎng)t稱稱cos表3-10 常見電路的功率因數(shù)2022/9/974表3-10 常見電路的功率因數(shù)2022/9/476（1）提高功率因素的意義提高用電質(zhì)量，改善設(shè)備運(yùn)行條件，保證設(shè)備在正常條件下工作，有利于安全生產(chǎn)；可節(jié)約電能，降低生產(chǎn)成本，減少企業(yè)的電費(fèi)開支。 例如：當(dāng)cos=0.5時(shí)的損耗是cos=1時(shí)的4倍；提高企業(yè)用電設(shè)備利用率，充分發(fā)揮企業(yè)的設(shè)備潛力；減少線路上因能量消耗導(dǎo)致的功率損失，提高電網(wǎng)輸電效率；由可知電流I與功率因數(shù)成反比，為了減小電能損耗，改善供電系統(tǒng)質(zhì)量，需提高cos，從而減小電能損耗，改善

24、供電系統(tǒng)質(zhì)量。充分利用電源設(shè)備的容量，因發(fā)電機(jī)容量的限定，提高功率因數(shù)將意味著讓發(fā)電機(jī)多輸出有功功率，可以為同等容量供電系統(tǒng)的用戶提供更多的有功功率，提高供電能力。從而提高供電設(shè)備的利用率；2022/9/975（1）提高功率因素的意義提高用電質(zhì)量，改善設(shè)備運(yùn)行條件，保（2）提高功率因數(shù)的原則：必須保證原負(fù)載的工作狀態(tài)不變。即：加至負(fù)載上的電壓和負(fù)載的平均功率不變。切記：提高功率因數(shù)cos不是改變負(fù)載的功率因數(shù)，而是在保證負(fù)載工作部受影響的前提下，提高整個(gè)供電系統(tǒng)的因數(shù)。（3）提高功率因素的方法：方法一：避免感性設(shè)備的空載和減少其輕載；方法二：在感性負(fù)載線路兩端并聯(lián)適當(dāng)電容，即補(bǔ)償電容。2022

25、/9/976（2）提高功率因數(shù)的原則：2022/9/478由于工業(yè)生產(chǎn)中用電設(shè)備的大多數(shù)都是異步電動(dòng)機(jī)，它的電路相當(dāng)于電阻、電感串聯(lián)?？梢杂秒娙菖c之并聯(lián)以提高功率因數(shù)。 圖3-34 提高功率因素的方法 圖3-35 提高功率因素的原理分析2022/9/977由于工業(yè)生產(chǎn)中用電設(shè)備的大多數(shù)都是異步電動(dòng)機(jī)，它的電路相當(dāng)于結(jié)合上圖說(shuō)明此方法提高功率因素cos的基本原理問答互動(dòng)2022/9/978結(jié)合上圖說(shuō)明此方法提高功率因素cos的基本原理問答互動(dòng)20一般正弦交流電路的解題步驟知識(shí)準(zhǔn)備正弦交流電路的分析與計(jì)算具體的一般步驟如下：1、根據(jù)原電路圖畫出相量模型圖(電路結(jié)構(gòu)不變)；2、根據(jù)相量模型列出相量方

26、程式或畫相量圖；3、用相量法或相量圖求解；4、將結(jié)果變換成要求的形式。2022/9/979一般正弦交流電路的解題步驟知識(shí)準(zhǔn)備正弦交流電路的分析與計(jì)算具舉例1 求：總電壓表和總電流表的讀數(shù)，并畫出相應(yīng)的電壓、電流波形圖。下圖電路中,已知：2022/9/980舉例1 求：總電壓表和總電流表的讀數(shù)，并畫出相應(yīng)的電壓、電第一步：第二步：根據(jù)相量模型列出相量方程式或畫相量圖因?yàn)樵诩冸娙蓦娐分?，電流超前于電?0o，故可知：根據(jù)原電路圖畫出相量模型圖(電路結(jié)構(gòu)不變)2022/9/981第一步：第二步：根據(jù)相量模型列出相量方程式或畫相量圖因?yàn)樵诩儎t存在：2022/9/982則存在：2022/9/484第三步

27、：代入數(shù)據(jù)求解、第四步：將結(jié)果變換成要求的形式。由可知：2022/9/983第三步：代入數(shù)據(jù)求解、第四步：將結(jié)果變換成要求的形式。可知：舉例2 、， 圖示電路中，已知試用支路電流法求解2022/9/984舉例2 、， 圖示電路中，已知試用支路電流法求解2022/方法一：應(yīng)用基爾霍夫定律求解、第一步：根據(jù)原電路圖畫出相量模型圖(電路結(jié)構(gòu)不變)2022/9/985方法一：應(yīng)用基爾霍夫定律求解第一步：根據(jù)原電路圖畫出相量模型第二步：根據(jù)相量模型列出相量方程式或畫相量圖應(yīng)用基爾霍夫定律列出相量表示方程：第三步：代入數(shù)據(jù)求解代入已知數(shù)據(jù)，解之可得：第四步：將結(jié)果變換成要求的形式。，可知：由可知2022/

28、9/986第二步：根據(jù)相量模型列出相量方程式或畫相量圖第三步：代入數(shù)據(jù)方法二：應(yīng)用疊加原理計(jì)算上例第一步都相同，在第二步有變化，具體如下：(1) 當(dāng)E1單獨(dú)作用時(shí)：同理（2）當(dāng)E1單獨(dú)作用時(shí)：2022/9/987方法二：應(yīng)用疊加原理計(jì)算上例第一步都相同，在第二步有變化，具第三步：代入數(shù)據(jù)求解代入已知數(shù)據(jù)，解之可得：第四步：將結(jié)果變換成要求的形式。由可知2022/9/988第三步：代入數(shù)據(jù)求解代入已知數(shù)據(jù)，解之可得：第四步：將結(jié)果變方法三：應(yīng)用戴維寧定理計(jì)算上例第一步都相同，在第二步有變化，具體如下：圖3-41 示例2電路相量模型戴維南定理應(yīng)用轉(zhuǎn)換2022/9/989方法三：應(yīng)用戴維寧定理計(jì)算上

29、例第一步都相同，在第二步有變化，解：(1)斷開Z3支路，求開路電壓 (2)求等效內(nèi)阻抗（3）求的支路電流代入已知數(shù)據(jù)，解之可得：第四步：將結(jié)果變換成要求的形式可知：由2022/9/990解：(1)斷開Z3支路，求開路電壓(2)求等效內(nèi)阻抗（3）求結(jié)合任務(wù)1，嘗試運(yùn)用多種方法分析求解任務(wù)1，并將結(jié)果填于表3-11中。任務(wù)實(shí)施2022/9/991結(jié)合任務(wù)1，嘗試運(yùn)用多種方法分析求解任務(wù)1，并將結(jié)果填于表3表3-11 提高感性負(fù)載電路的功率因數(shù)測(cè)試2022/9/992表3-11 提高感性負(fù)載電路的功率因數(shù)測(cè)試2022/9/49(一)準(zhǔn)備器材：根據(jù)電路可知，所需電器元件有：三相自耦調(diào)壓器、燈管、XD0

30、6掛箱中起輝器、鎮(zhèn)流器、電容器組、交流電流表、電流插座、插頭、智能型數(shù)字功率表、數(shù)字萬(wàn)用表、導(dǎo)線。(二)實(shí)施操作過程1用萬(wàn)用表的二極管檔，判斷單相交流功率表（以下簡(jiǎn)稱功率表）的電流線圈中的熔斷器以及燈管的熔斷器導(dǎo)通情況。操作實(shí)施具體步驟技能操作任務(wù)任務(wù)要求：按電路圖操作連接電路功能并檢測(cè)各參數(shù)，與計(jì)算參數(shù)進(jìn)行比較驗(yàn)證。2022/9/993(一)準(zhǔn)備器材：操作實(shí)施具體步驟技能操作任務(wù)任務(wù)要求：按電路2）按圖3-2所示電路聯(lián)接線路，方法：將功率表標(biāo)有“I*”的電流線圈與標(biāo)有“U*”電壓線圈同名端短接，并與三相自耦調(diào)壓器的輸出端某個(gè)相線相聯(lián)。按照先串聯(lián)回路聯(lián)接，后并聯(lián)回路聯(lián)接的原則接線，將標(biāo)有“U”

31、電壓線圈與中性線N相聯(lián)。將燈管、啟輝器、鎮(zhèn)流器和電容器組按圖接入電路，并確保各電容器組的開關(guān)斷開。3）完成因無(wú)補(bǔ)償電容和不同的補(bǔ)償電容時(shí)電路的電壓、電流以及電路的功率、功率因數(shù)的測(cè)量和電路的總功率因數(shù)曲線cos=f(C)的測(cè)量。并測(cè)出將電路的總功率因數(shù)提高到最大值時(shí)所需補(bǔ)償電容器的電容值。(日光燈額定電壓為220V，額定功率30W)（1）按“開機(jī)操作”程序進(jìn)行操作。檢查線路無(wú)誤后，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)三相自耦調(diào)壓器同軸旋鈕，將三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓調(diào)高至交流電壓表有效值示數(shù)為日光燈額定電壓220V。2022/9/9942）按圖3-2所示電路聯(lián)接線路，方法：2022/9/496保持三相自耦調(diào)壓器輸出電壓2

32、20V不變，通過開關(guān) 控制接入不同的電容，測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)并記錄于表3-11中。注意：在接入不同的電容時(shí)，隨著總功率因數(shù)變化，不要遺漏電路的總功率因數(shù)提高到最大值時(shí)所需補(bǔ)償電容器的電容值的測(cè)量。（2）將三相自耦調(diào)壓器調(diào)至零4）完成圖3-2所示點(diǎn)亮日光燈時(shí)所需電壓U點(diǎn)亮和日光燈熄滅時(shí)電壓U熄滅的測(cè)量。（1）斷開所有的電容開關(guān)。 緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)三相自耦調(diào)壓器，當(dāng)調(diào)至日光燈管剛剛點(diǎn)亮?xí)r，停止調(diào)壓。用交流電壓表測(cè)量此時(shí)調(diào)壓器輸出電壓有效值，該電壓即為日光燈的最低啟輝電壓U點(diǎn)亮。將該數(shù)據(jù)記錄于表3-11中。2022/9/995保持三相自耦調(diào)壓器輸出電壓220V不變，通過開關(guān) 控制接入（2）繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)三相自耦調(diào)壓器同

33、軸旋鈕，將其輸出電壓調(diào)高至交流電壓表有效值示數(shù)為220V。然后緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)三相自耦調(diào)壓器同軸旋鈕，降低其輸出電壓，當(dāng)調(diào)至日光燈管剛剛熄滅時(shí)，停止調(diào)壓，用交流電壓表測(cè)量此時(shí)三相自耦調(diào)壓器的輸出電壓有效值，記錄于表3-11中。操作注意事項(xiàng)：（1）線路接線正確，但日光燈不能啟輝時(shí)，應(yīng)檢查啟輝器接觸是否良好。（2）在接入不同的電容時(shí)，不要遺漏電路的總功率因數(shù)提高到最大值時(shí)所需補(bǔ)償電容器的電容值的測(cè)量。（3）本實(shí)驗(yàn)是強(qiáng)電實(shí)驗(yàn)，務(wù)必注意用電和人身安全。供電電源從相線和零線引出。每一次實(shí)驗(yàn)電路測(cè)試完畢后，在三相自耦調(diào)壓器調(diào)至零的前提下方可斷開電源開關(guān)，然后進(jìn)行拆線或接線。2022/9/996（2）繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)三相自

34、耦調(diào)壓器同軸旋鈕，將其輸出電壓調(diào)高至交流97示波器的使用及電容元件知識(shí)拓展1、示波器使用圖3-42 GOS-6021型模擬示波器控制面板圖區(qū)：顯示屏控制 區(qū)：觸發(fā)控制區(qū)：垂直控制 區(qū)：水平控制 區(qū)：波形測(cè)量顯示 1）操作面板介紹2022/9/99799示波器的使用及電容元件知識(shí)1、示波器使用圖3-42 GOS-6021為一般用途的20MHz雙通道的示波器，具有光標(biāo)讀出裝置，數(shù)字面板設(shè)定。 垂直靈敏度1mV到20V，共有14個(gè)檔位；水平偏向系統(tǒng)從0.2us到0.5s。ALT-MAG功能，可使基本掃描波形和局部放大掃描波形一起被顯示。放大率為三檔5、10、20。 2）使用過程中的事項(xiàng)穩(wěn)壓電源應(yīng)先開

35、啟，調(diào)整好所需電壓值后，再連接到電路上。信號(hào)源輸出幅度大小以測(cè)量值為準(zhǔn)，儀器本身的顯示值是在特定條件下才正確的。各儀器的外殼是通過電源線接大地的，因此通過電源線各儀器的外殼事實(shí)上是連通的。而信號(hào)源、示波器等的信號(hào)線負(fù)極線是直接接外殼的，也就是各儀器的負(fù)極線是連通的，因此在連接電路板時(shí)要特別注意，不要因?yàn)閮x器的信號(hào)負(fù)極線把電路板短路掉。 2022/9/998GOS-6021為一般用途的20MHz雙通道的示波器，具有光2、電容器（Capacitance）認(rèn)識(shí)與使用1）電容及其符號(hào)電容（Capacitance）：亦稱作“電容器”，顧名思義就是“儲(chǔ)存電荷的容器”，是表現(xiàn)電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量作用：

36、電容主要用于電源濾波、信號(hào)濾波、信號(hào)耦合、諧振、濾波、補(bǔ)償、充放電、儲(chǔ)能、隔直流等電路中。小容量的電容，通常在高頻電路中使用，如：收音機(jī)、發(fā)射機(jī)和振蕩器中。大容量的電容往往是作濾波和存儲(chǔ)電荷用。而且還有一個(gè)特點(diǎn)，類型：一般1F以上的電容均為電解電容，而1F以下的電容多為瓷片電容、獨(dú)石電容、滌綸電容、云母電容等。2022/9/9992、電容器（Capacitance）認(rèn)識(shí)與使用2022/9/表3-12 電容符號(hào)及其外觀2022/9/9100表3-12 電容符號(hào)及其外觀2022/9/41022）電容的主要參數(shù)(1) 標(biāo)稱容量，是指電容兩端加上電壓后它能儲(chǔ)存電荷的能力。儲(chǔ)存電荷越多 , 電容量 越大

37、：反之，電容量越小。標(biāo)在電容外部上的電容量數(shù)值稱電容的標(biāo)稱容量。(2) 額定耐壓值，是表示電容接入電路后，能連續(xù)可靠地工作，不被擊穿時(shí)所能承受的最大直流電壓。使用時(shí)絕對(duì)不允許超過這個(gè)電壓值，否則電容就要損壞或被擊穿。一般選擇電容額定電壓應(yīng)高于實(shí)際工作電壓的10%20% 。如果電容用于交流電路中，其最大值不能超過額定的直流工作電壓。(3) 允許誤差，電容的容量誤差一般分為三級(jí)，即：士5% 、士10% 、士20%, 或?qū)懗?I 級(jí)、 II 級(jí)、 III 級(jí)。有的電解電容的容量誤差可能大于20% 。 2022/9/91012）電容的主要參數(shù)2022/9/41033）電容器的型號(hào)命名法國(guó)產(chǎn)電容器的型號(hào)

38、一般由四部分組成（不適用于壓敏、可變、真空電容器），依次分別代表名稱、材料、分類和序號(hào)。如： 2022/9/91023）電容器的型號(hào)命名法如：2022/9/41044）電容器的標(biāo)注方法圖3-43直接標(biāo)注電容實(shí)例（1）直標(biāo)法 電容器的直標(biāo)法與電阻器的直標(biāo)法一樣，在電容器外殼上直接標(biāo)出標(biāo)稱容量和允許偏差。還有不標(biāo)單位的情況。當(dāng)用整數(shù)表示時(shí)， 單位為pF；用小數(shù)表示時(shí)， 單位為F 。舉例：2200為2200pF。 0.056為0.056F2022/9/91034）電容器的標(biāo)注方法圖3-43直接標(biāo)注電容實(shí)例（1）直標(biāo)法2（2）色標(biāo)法 順著引線方向，第一、二環(huán)表示有效值，第三環(huán)表示倍乘。也有用色點(diǎn)表示電

39、容器的主要參數(shù)。 圖3-44文字符號(hào)標(biāo)注電容實(shí)例電容器偏差標(biāo)志符號(hào)： H：+100%-0；R：+100%-10%、T：+50%-10%；Q：+30%-10%；S：+50%-20%；Z：+80%-20%電容器的色標(biāo)法與電阻相同。2022/9/9104（2）色標(biāo)法圖3-44文字符號(hào)電容器偏差標(biāo)志符號(hào)： 電容器的（4）數(shù)碼法是用三位數(shù)來(lái)表示標(biāo)稱容量，再用一個(gè)字母表示允許偏差，如104k、512M等。前兩位數(shù)是表示有效值，第三位數(shù)為倍乘，即10的多少次方。對(duì)于非電解電容器，其單位為pF,而對(duì)電解電容器而言單位為F。（3）文字符號(hào)法 采用單位開頭字母（P、n、 、m、F）來(lái)表示單位量，允許偏差和電阻的表

40、示方法相同。小于10PF的電容，其允許偏差用字母代替：.1%PF；C：.%PF，：.%PF，：1%PF2022/9/9105（4）數(shù)碼法（3）文字符號(hào)法2022/9/41075）電容選用方法首先，應(yīng)根據(jù)電路要求和電容器工作環(huán)境選擇電容器的類型。對(duì)于要求不高的低頻電路和直流電路，一般可選用紙介電容器，也可選用低頻瓷介電容器；在高頻電路中，當(dāng)電氣性能要求較高時(shí)，可選用云母電容器、高頻瓷介電容器或穿心瓷介電容器；在要求較高的中頻及低頻電路中，可選用塑料薄膜電容器；在電源濾波、去耦電路中，一般可選用鋁電解電容器；對(duì)于要求可靠性高、穩(wěn)定性高的電路中，應(yīng)選用云母電容器、漆膜電容器或鉭電解電容器；對(duì)于高壓電

41、路，應(yīng)選用高壓瓷介電容器或其他類型的高壓電容器；對(duì)于調(diào)諧電路，應(yīng)選用可變電容器及微調(diào)電容器。 2022/9/91065）電容選用方法首先，應(yīng)根據(jù)電路要求和電容器工作環(huán)境選擇電容其次，合理確定電容器的電容量及允許偏差。在低頻的耦合及去耦電路中，一般對(duì)電容器的電容量要求不太嚴(yán)格，只要按計(jì)算值選取稍大一些的電容量便可以了；在定時(shí)電路、振蕩回路及音調(diào)控制等電路中，對(duì)電容器的電容量要求較為嚴(yán)格，因此選取電容量的標(biāo)稱值應(yīng)盡量與計(jì)算的電容值相一致或盡量接近，應(yīng)盡量選精度高的電容器；在一些特殊的電路中，往往對(duì)電容器的電容量要求非常精確，此時(shí)應(yīng)選用允許偏差在0.10.5范圍內(nèi)的高精度電容器。2022/9/910

42、7其次，合理確定電容器的電容量及允許偏差。2022/9/410再次，選用電容器的工作電壓應(yīng)符合電路要求。一般情況下，選用電容器的額定電壓應(yīng)是實(shí)際工作電壓的1.21.3倍。對(duì)于工作環(huán)境溫度較高或穩(wěn)定性較差的電路，選用電容器的額定電壓應(yīng)考慮降額使用，留有更大的余量才好；若電容器所在電路中的工作電壓高于電容器的額定電壓，往往電容器極易發(fā)生擊穿現(xiàn)象，使整個(gè)電路無(wú)法正常工作；電容器的額定電壓一般是指直流電壓，若要用于交流電路，應(yīng)根據(jù)電容器的特性及規(guī)格選用；若要用于脈動(dòng)電路，則應(yīng)按交、直流分量總和不得超過電容器的額定電壓來(lái)選用。 最后，優(yōu)先選用絕緣電阻大、介質(zhì)損耗小、漏電流小的電容器。2022/9/910

43、8再次，選用電容器的工作電壓應(yīng)符合電路要求。2022/9/413、電感器的認(rèn)識(shí)與使用1）電感器及其符號(hào) 圖3-45 常用電感器件外觀2022/9/91093、電感器的認(rèn)識(shí)與使用圖3-45 常用電感器件外觀202電感是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量，是閉合回路的一種屬性。當(dāng)線圈中有恒定電流流過時(shí)，會(huì)在導(dǎo)線四周激起恒定的磁場(chǎng)，如將這個(gè)線圈放在一電流回路中，當(dāng)這個(gè)回路中的直流電變化時(shí)（如從小到大或從大到小），電感中的磁場(chǎng)也應(yīng)該會(huì)發(fā)生變化，變化的磁場(chǎng)會(huì)帶來(lái)變化的“新電流”，由電磁感應(yīng)定律，這個(gè)“新電流”一定和原來(lái)的直流電方向相反，從而在短時(shí)刻內(nèi)關(guān)于直流電的變化構(gòu)成一定的抵抗力。不過，一旦變化完成，電

44、流穩(wěn)定，磁場(chǎng)也不再變化，便不再有任何障礙發(fā)生?？梢钥闯鲭姼衅鞯暮诵淖饔檬亲柚闺娏鞯淖兓噲D維持原狀，這也正因?yàn)殡姼衅髂軌騼?chǔ)存一定能量的結(jié)果，當(dāng)電感器能量耗盡后，這種阻礙作用也自然不再存在。電感器是一種非線性元件，在電子制作中雖然使用得不是很多，但它們?cè)陔娐分型瑯又匾?。由于通過電感的電流值不能突變，所以，電感對(duì)直流電流短路，對(duì)突變的電流呈高阻態(tài)。電感器在電路中的基本用途有：LC濾波器、LC振蕩器，扼流圈、變壓器、繼電器、交流負(fù)載、調(diào)諧、補(bǔ)償、偏轉(zhuǎn)等。2022/9/9110電感是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量，是閉合回路的一種屬性表3-13 常用電感器的符號(hào)2022/9/9111表3-13 常

45、用電感器的符號(hào)2022/9/41132）電感器的主要參數(shù)電感的主要參數(shù)有電感量、允許偏差、品質(zhì)因數(shù)、分布電容及額定電流等。（1）電感量：電感量也稱自感系數(shù)，是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個(gè)物理量。電感器電感量的大小主要取決于線圈的圈數(shù)（匝數(shù)）、繞制方式、有無(wú)磁心及磁心的材料等等。通常，線圈圈數(shù)越多、繞制的線圈越密集，電感量就越大。有磁心的線圈比無(wú)磁心的線圈電感量大；磁心導(dǎo)磁率越大的線圈，電感量也越大。電感量標(biāo)稱值按E12系列分別有1、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2。（2）允許偏差：允許偏差是指電感器上標(biāo)稱的電感量與實(shí)際電感的允許誤差值。一

46、般用于振蕩或?yàn)V波等電路中的電感器要求精度較高，允許偏差為0.2%0.5%；而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高；允許偏差為10%15%。允許偏差采用百分?jǐn)?shù)表示，為5%(I)、10%()、20%()。2022/9/91122）電感器的主要參數(shù)2022/9/4114（3）品質(zhì)因數(shù)：品質(zhì)因數(shù)也稱Q值或優(yōu)值，是衡量電感器質(zhì)量的主要參數(shù)。它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時(shí)，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。電感器品質(zhì)因數(shù)的高低與線圈導(dǎo)線的直流電阻、線圈骨架的介質(zhì)損耗及鐵心、屏蔽罩等引起的損耗等有關(guān)。（4）分布電容：:分布電容是指線圈的匝與匝之間，線圈與磁

47、心之間，線圈與地之間，線圈與金屬之間都存在的電容。電感器的分布電容越小，其穩(wěn)定性越好。分布電容能使等效耗能電阻變大，品質(zhì)因數(shù)變大。減少分布電容常用絲包線或多股漆包線，有時(shí)也用蜂窩式繞線法等。（5）額定電流：:額定電流是指電感器在允許的工作環(huán)境下能承受的最大電流值。若工作電流超過額定電流，則電感器就 會(huì)因發(fā)熱而使性能參數(shù)發(fā)生改變，甚至還會(huì)因過流而燒毀。電感線圈型號(hào)命名法2022/9/9113（3）品質(zhì)因數(shù)：品質(zhì)因數(shù)也稱Q值或優(yōu)值，是衡量電感器質(zhì)量的主3）電感線圈型號(hào)命名法4）電感器的標(biāo)注方法（1）直標(biāo)法：在采用直標(biāo)法時(shí)，直接將電感量標(biāo)在電感器外殼上，并同時(shí)標(biāo)允許偏差。 圖3-46 直接標(biāo)注電感器實(shí)例2022/9/91143）電感線圈型號(hào)命名法4）電感器