電工電子技術(shù)與技能 電子教案（5-6章）（）

YCF電工電子技術(shù)與技能電子教案（5-6章）電工電子技術(shù)與技能

（多學(xué)時(shí)）（第2版）

第一部分電路基礎(chǔ)項(xiàng)目一認(rèn)識實(shí)訓(xùn)室與安全用電項(xiàng)目二直流電路*項(xiàng)目三磁場及電磁感應(yīng)項(xiàng)目四電容和電感項(xiàng)目五單相正弦交流電路項(xiàng)目六三相正弦交流電路第二部分模擬電子技術(shù)項(xiàng)目七電子實(shí)訓(xùn)室的認(rèn)識與基本技能訓(xùn)練項(xiàng)目八常用半導(dǎo)體器件項(xiàng)目九整流、濾波和穩(wěn)壓電路項(xiàng)目十放大電路與集成運(yùn)算放大器第三部分?jǐn)?shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目十一數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目十二組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路項(xiàng)目十三數(shù)字電路的應(yīng)用目

錄項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.1熟悉實(shí)訓(xùn)室5.2正弦交流電路的基本物理量5.3正弦交流電路中的三種基本元件5.4RLC串聯(lián)電路5.5交流電路的功率5.6照明電路及其配電板的安裝實(shí)訓(xùn)回目錄項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.1熟悉實(shí)訓(xùn)室5.1.1實(shí)訓(xùn)室的工頻電源實(shí)訓(xùn)室使用的電源是頻率為50Hz的交流電源，稱為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率。5.1.2交流儀表和單相調(diào)壓器1.交流電壓表用于測量交流電壓。2.交流電流表用于測量交流電流。3.鉗形電流表用于在不斷開電路的情況下直接測量交流電流。4.調(diào)壓變壓器主要用于實(shí)驗(yàn)室和交流異步電動機(jī)的降壓起動設(shè)備中?；卣率醉擁?xiàng)目五單相正弦交流電路5.2正弦交流電路的基本物理量5.2.1正弦交流電的基本概念交流電在其電能的產(chǎn)生、輸送和使用方面都有很大的優(yōu)越性。大小和方向都隨時(shí)間作周期性變化的電壓和電流稱為交變電壓和交變電流，統(tǒng)稱為交流電。若交流電隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，則稱為正弦交流電。在交流電作用下的電路稱為交流電路。在正弦交流電路中，電動勢、電壓、電流的大小均隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化?；卣率醉擁?xiàng)目五單相正弦交流電路5.2.2正弦交流電的三要素正弦電動勢、正弦電壓、正弦電流等統(tǒng)稱為正弦量。正弦量包含三個(gè)基本的要素：角頻率（ω）、振幅值或最大值（Im）以及初相位（φ0）。正弦交流電路及其波形項(xiàng)目五單相正弦交流電路1.角頻率角頻率ω表示在單位時(shí)間內(nèi)正弦量所經(jīng)歷的電角度，即ω=α/t正弦交流電循環(huán)變化一周的時(shí)間稱為周期，用T表示，單位為秒（s）。單位時(shí)間（即1s）內(nèi)包含的周期數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為赫茲（Hz）。f=1/T或T=1/f角頻率ω和周期T（或頻率f）的關(guān)系為

ω=2π/T=2πf項(xiàng)目五單相正弦交流電路2.振幅值正弦量瞬時(shí)值中的最大值叫振幅值或最大值，也叫峰值。3.初相位正弦函數(shù)隨時(shí)間變化的角度，稱為相位，亦稱為相位角。相位是表示正弦量在某一時(shí)刻所處狀態(tài)的物理量，它不僅確定瞬時(shí)值的大小和方向，還能表示出正弦量變化的趨勢。開始計(jì)時(shí)（t=0）的相位角（φ0）稱為初相角，它反映了正弦量在計(jì)時(shí)起點(diǎn)的狀態(tài)。

對于某一正弦交流電量，只要它的角頻率、初相位和最大值這三個(gè)要素被確定下來，它在任一時(shí)刻的狀態(tài)也就被確定了。所以計(jì)算正弦交流電量的問題就是求它的三個(gè)要素。項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.2.3相位差觀察演示實(shí)驗(yàn) 用雙蹤示波器觀察RC串聯(lián)電路的波形。實(shí)驗(yàn)儀器和器材實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.2.4交流電的有效值正弦交流電的有效值

I=0.707Im

U=0.707Um

E=0.707Em常用的測量交流電壓和交流電流的各種儀表，所指示的讀數(shù)均為正弦電壓、電流的有效值。電機(jī)和各種電器銘牌上標(biāo)的也都是有效值。項(xiàng)目五單相正弦交流電路*5.2.5正弦交流電路的表示方法及其測量實(shí)訓(xùn)1.表示方法正弦量用相量表示不僅簡化了正弦量的運(yùn)算，而且簡化了正弦交流電路的分析運(yùn)算。正弦量i=Imsin（ωt+φi）的相量可以寫成Im=Im∠φi。用相量表示正弦量進(jìn)行正弦交流電路運(yùn)算的方法稱為相量法?；鶢柣舴蚨蓪涣麟娡瑯舆m用。2.正弦交流電壓、電流的測量儀器和器材技能訓(xùn)練電路內(nèi)容和步驟項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.3正弦交流電路中的三種基本元件

正弦交流電路中除了電源外，還有三種具有不同電路參數(shù)的無源元件，即電阻、電感和電容。5.3.1純電阻正弦交流電路1.電阻元件的性質(zhì)探索演示實(shí)驗(yàn)如果在某一部分電路內(nèi)，只考慮電阻的作用，則可用歐姆定律描述電路中電壓和電流的關(guān)系。當(dāng)電阻R的電壓和電流參考方向一致時(shí) uR=Ri

或i=UR/R回章首頁純電阻電路項(xiàng)目五單相正弦交流電路2.純電阻正弦交流電路中的相量關(guān)系電阻上的電壓和電流是同頻率的正弦量且相位相同（同相）。它們的數(shù)量大小關(guān)系為

URm=RIm

UR=RI如用相量表示，則為

U·Rm=RI·m或U·

=RI·

項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.3.2純電感正弦交流電路1.電感元件電壓波形觀察正弦電流在線性電感中產(chǎn)生同頻率的正弦電壓。正弦電壓在相位上超前電流90°。XL=ωL=2πfL，XL稱為電感電抗，簡稱感抗，具有和電阻相同的量綱，單位為歐姆（Ω）。電感電路中電流有效值和電壓有效值成正比，而與電路的感抗成反比。感抗是用來表示電感元件對正弦電流阻礙作用的一個(gè)物理量。波形觀察電路圖項(xiàng)目五單相正弦交流電路2.純電感電路中能量轉(zhuǎn)換和功率純電感線圈時(shí)而吸收功率，時(shí)而發(fā)出功率，因此它是一個(gè)儲能元件，一個(gè)周期的平均功率為零，即純電感線圈在正弦交流電路不消耗有功功率。電感元件的無功功率為

QL=ULI=XLI2=U2L/XL為了與有功功率相區(qū)別，規(guī)定無功功率的單位是乏爾（Var），簡稱乏。項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.3.3純電容正弦交流電路1.電容元件電壓波形觀察正弦電壓在電容中產(chǎn)生同頻率的正弦電流。電流在相位上超前電壓90°（或者電容中電壓滯后電流90°）。XC=1/（ωC）=1/（2πfC），稱為電容電抗，簡稱容抗。它具有和電阻相同的量綱，單位為歐姆（Ω）。在電容電路中，電流有效值I和電壓有效值U成正比，和容抗XC成反比。對直流來說，因ω=0，故XC→∞，可看做斷路，所以電容器有“隔直”作用。相量關(guān)系式

U·

=U∠0°，I·

=I∠90°項(xiàng)目五單相正弦交流電路2.純電容電路中的能量轉(zhuǎn)換和功率電容吸取的瞬時(shí)功率：

pC=uCi=UmsinωtImsin（ωt+90°）=UmImsinωtcosωt=UCIsin2ωt純電容電路中的瞬時(shí)功率是頻率二倍于電壓頻率的正弦函數(shù)。純電容電路的平均功率P和純電感電路的平均功率P一樣，為P=0。純電容電路不消耗有功功率，只有電容器和電源之間的能量交換。項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.4RLC串聯(lián)電路5.4.1RLC串聯(lián)電路的阻抗將交流電路中的三種基本元件電阻、電感、電容串聯(lián)起來就組成一種具有實(shí)際意義的電路。回章首頁RLC電路阻抗測量電路圖RLC串聯(lián)電路項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.4.2電壓三角形和阻抗三角形及其應(yīng)用阻抗三角形電壓相量三角形

UR=Ucosφ

UX=UL-UC=Usinφ 總電壓為U=I｜Z｜電流的有效值I與電壓的有效值U成正比，而與電路的阻抗|Z|成反比。這條規(guī)律不僅適用于RLC串聯(lián)電路，而且對任何線性正弦交流電路都適用，稱為交流電路的歐姆定律。阻抗三角形電壓三角形RLC串聯(lián)電路的電壓電流波形圖項(xiàng)目五單相正弦交流電路*5.4.3RLC串聯(lián)諧振電路1.串聯(lián)諧振的條件和諧振頻率在RLC串聯(lián)電路中當(dāng)XL=XC時(shí)，即φ=0，表示|Z|=R，電路呈現(xiàn)純電阻性質(zhì)，這時(shí)總電壓u和電流i同相位，這時(shí)電路中就產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。XL=XC為電路產(chǎn)生諧振的條件諧振時(shí)的頻率f0=1/(2π(LC)0.5)2.串聯(lián)諧振的特點(diǎn)串聯(lián)諧振時(shí)電感兩端的電壓UL、電容兩端的電壓UC可以比總電壓U大許多倍。串聯(lián)諧振時(shí)電路的阻抗最小，在一定電壓下電路中電流的有效值最大。項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.5交流電路的功率5.5.1有功功率、無功功率和視在功率有功功率P=URI=UIcosφ無功功率Q=UXI=UIsinφ=QL-QC把總電壓U和電流I的乘積稱為視在功率，用S表示，即S=UI。

S=(P2+Q2)0.5=UI視在功率S的單位為伏安（VA）?；卣率醉擁?xiàng)目五單相正弦交流電路5.5.2功率三角形和功率因數(shù)功率三角形有功功率P=UIcosφ功率因數(shù)λ=cosφ功率三角形項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.5.3提高功率因數(shù)的方法當(dāng)功率P和電壓U一定時(shí)，功率因數(shù)λ越高，電路中電流I就越小。用電設(shè)備的額定功率是指額定的視在功率SN，其表達(dá)式為SN=UNIN，即額定電壓與額定電流的乘積。電感性負(fù)載并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙?，可以提高電路總的功率因?shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中還采用如下方法來提高自然功率因數(shù)：合理地選用電動機(jī)，不用大功率的電動機(jī)來帶動小功率負(fù)載，在操作中避免或減少電動機(jī)的空轉(zhuǎn)，盡量使電感性負(fù)載與電容性負(fù)擔(dān)相平衡。提高功率因數(shù)的現(xiàn)實(shí)意義是減少電路中的無功電流（無功功率），提高發(fā)電設(shè)備的利用率，減少輸電線路上的損耗。項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.6照明電路及其配電板的安裝實(shí)訓(xùn)1.實(shí)訓(xùn)目的通過對白熾燈照明燈具的安裝，加深對單相照明線路的認(rèn)識和理解，并訓(xùn)練實(shí)際操作技能。掌握選擇導(dǎo)線截面的技能。2.實(shí)訓(xùn)器材3.實(shí)訓(xùn)電路4.實(shí)訓(xùn)原理一只開關(guān)控制一盞燈。燈的額定電壓與電源電壓一致。安裝燈頭線。為了防止電路過載或短路，均應(yīng)在照明線路前面安裝熔斷器?；卣率醉撜彰麟娐穲D項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容燈座的安裝。單聯(lián)開關(guān)的安裝。插座的安裝。6.實(shí)訓(xùn)步驟（1）定位及劃線。（2）固定線卡。（3）敷設(shè)導(dǎo)線。（4）檢查線路無誤后接上電源線，合上閘刀開關(guān)，觀察電路有無異?，F(xiàn)象，用試電筆檢查插座是否有電，白熾燈是否工作正常。7.實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求總結(jié)照明配電板安裝方法、步驟和注意事項(xiàng)。燈泡控制電路的接法項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.6.2熒光燈電路的安裝及故障排除1.實(shí)訓(xùn)目的學(xué)會安裝熒光燈電路。正確掌握交流電流表、交流電壓表、萬用表測量交流電，會使用單相功率表。學(xué)會熒光燈電路的故障排除。2.實(shí)訓(xùn)器材3.實(shí)訓(xùn)線路4.實(shí)訓(xùn)原理熒光燈的組成和工作原理。熒光燈電路的安裝。熒光燈電路的故障排除。實(shí)驗(yàn)電路圖項(xiàng)目五單相正弦交流電路5.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容（1）熒光燈電路的安裝。在控制木板上定位及畫線，確定各電氣元件的位置。固定各電氣元件和日光燈。按圖5-38所示接線，導(dǎo)線可采用BV1mm2塑料銅芯軟線，接線方法如圖5-39所示。斷開開關(guān)SA2。合上電源開關(guān)SA1，點(diǎn)亮熒光燈。（2）熒光燈電路的故障排除。6.實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求整理熒光燈電路的安裝和故障排除的方法和步驟。項(xiàng)目六三相正弦交流電路6.1三相正弦交流電源*6.2三相負(fù)載的連接*6.3三相交流電路的星形連接實(shí)訓(xùn)回目錄項(xiàng)目六三相正弦交流電路6.1三相正弦交流電源電能的產(chǎn)生、輸送和分配一般都采用三相制的正弦交流電，也就是由三個(gè)電壓、頻率相同而相位依次相差120°的電源供電系統(tǒng)，這樣三個(gè)電源系統(tǒng)稱為對稱三相電源。負(fù)載有單相和三相之分：單相負(fù)載只和三相制供電系統(tǒng)的某一個(gè)電源接通；三相負(fù)載則必須接通三個(gè)電源，這樣構(gòu)成了三相交流電路。組成三相電路的每一個(gè)單相電路稱為一相?；卣率醉擁?xiàng)目六三相正弦交流電路6.1.1三相正弦交流電的基本概念三相對稱電源是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。三相對稱電壓的瞬時(shí)值解析式為

u1=Umsinωt

u2=Umsin(ωt-120°)

u3=Umsin(ωt-240°)=Umsin(ωt+120°)三相對稱電壓的波形圖及相量圖項(xiàng)目六三相正弦交流電路6.1.2企業(yè)生產(chǎn)用電的現(xiàn)狀

工廠企業(yè)廣泛采用三相制的原因是它與單相交流供電相比有下列優(yōu)點(diǎn)：三相發(fā)電機(jī)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都比單相發(fā)電機(jī)優(yōu)越。在相同的輸電條件下輸送同樣大的功率，采用三相制輸電可以大大節(jié)約線材。三相交流電動機(jī)的性能比單相的好，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。項(xiàng)目六三相正弦交流電路6.1.3三相四線供電制1.三相電源的三角形連接三相電源的三角形（又叫△形）連接：三角形連接的電源只有三個(gè)端點(diǎn)，沒有中性點(diǎn)，只能引出三根端線，故稱為三相三線制。三相電源進(jìn)行三角形連接時(shí)，相線與相線之間的電壓等于每一相繞組上的電壓，即線電壓等于相電壓UL=UP三相電源的△形連接項(xiàng)目六三相正弦交流電路2.三相電源的星形連接對三相發(fā)電機(jī)來說，通常采用星形（又叫Y形）連接，就是把三相繞組的末端U2、V2、W2連接成一點(diǎn)N，N點(diǎn)稱為三相電源的中性點(diǎn)或零點(diǎn)。三相電源的△形連接項(xiàng)目六三相正弦交流電路3.三相四線制 三相電源的星形連接中：發(fā)電機(jī)三相繞組的三根始端U1、V1、W1的引出線稱為端線，俗稱火線。中點(diǎn)N的引出線稱為中性線，為了安全，常將中性線接地，俗稱地線。 這種有中性線的三相供電線路稱為三相四線制。如果不引出中性線，則稱為三相三線制。三相電源星形連接時(shí)，如果相電壓是對稱的，則線電壓的有效值UL等于相電壓有效值UP的3倍，并且線電壓在相位上超前相電壓30°，因此，三個(gè)線電壓也是對稱的。三相四線制的低壓供電系統(tǒng)中常用380V/220V的供電系統(tǒng)，就是指電源星形連接時(shí)的線電壓為380V，相電壓為220V。項(xiàng)目六三相正弦交流電路*6.2三相負(fù)載的連接*6.2.1三相負(fù)載的星形連接三個(gè)負(fù)載的一端連在一起，接到電源中性點(diǎn)N上；三個(gè)負(fù)載的另一端分別與三根端線L1、L2、L3相連。（1）三相對稱負(fù)載。（2）三相不對稱負(fù)載。回章首頁三相負(fù)載的星形連接項(xiàng)目六三相正弦交流電路*6.2.2三相負(fù)載的三角形連接三相負(fù)載也可接成三角形的形式，各相負(fù)載接在三根端線之間。負(fù)載三角形連接時(shí)，無論負(fù)載是否對稱，其相電壓總是對稱的。對稱負(fù)載三角形連接時(shí)，線電流有效值IL等于相電流有效值IP的3倍。各線電流I1、I2、I3分別比各相電流I12、I23、I31滯后30°角，因此三個(gè)線電流也是對稱的。三相負(fù)載的三角形連接項(xiàng)目六三相正弦交流電路*6.2.3三相電路的功率三相負(fù)載吸取的總有功功率等于每相負(fù)載吸取的有功功率之和。

P總=P1+P2+P3每相負(fù)載的功率等于相電壓乘以負(fù)載相電流及其夾角的余弦。 P總=U1相I1相cosφ1相+U2相I2相cosφ2相+U3相I3相cosφ3