電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版） 課件 項(xiàng)目五 認(rèn)識(shí)單相正弦交流電路

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）項(xiàng)目五認(rèn)識(shí)單相正弦交流電路凡大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電流、電壓和電動(dòng)勢(shì)稱為交流電流、交流電壓和交流電動(dòng)勢(shì)，統(tǒng)稱交流電。交流電分為正弦交流電和非正弦交流電兩種。最常見(jiàn)的交流電是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的正弦電壓和正弦電流，本文討論的交流電和交流電路僅是正弦交流電和正弦交流電路。任務(wù)一認(rèn)識(shí)單相正弦交流電任務(wù)二認(rèn)識(shí)正弦交流電的基本要素任務(wù)三認(rèn)識(shí)單一元件的正弦交流電路△任務(wù)四認(rèn)識(shí)多個(gè)元件的正弦交流電路項(xiàng)目評(píng)價(jià)項(xiàng)目小結(jié)思考與練習(xí)任務(wù)一認(rèn)識(shí)單相正弦交流電電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///任務(wù)分析利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，通過(guò)示波器直接觀測(cè)信號(hào)的波形，是電子產(chǎn)品調(diào)試中最常用的一種方法。下面在了解正弦交流電基本概念及如何產(chǎn)生的情況下，通過(guò)示波器觀察信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的正弦交流電波形。一、正弦交流電的基本概念相關(guān)知識(shí)電壓、電流的大小和方向確定之后就不再隨時(shí)間變化的稱為直流電，而大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電壓和電流統(tǒng)稱為交流電。交流電分為正弦交流電和非正弦交流電。如圖5-1所示，三角波、方波、鋸齒波為非正弦交流電。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///4

///（a）正弦波

（b）三角波

（c）方波

（d）鋸齒波圖5-1交流電波形

二、正弦交流電的產(chǎn)生正弦交流電是由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，簡(jiǎn)易的發(fā)電機(jī)由一對(duì)能夠產(chǎn)生的磁極（定子）和能夠產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的線圈（轉(zhuǎn)子）組成，結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。磁場(chǎng)按正弦規(guī)律分布，所以，當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度ω逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象會(huì)在N匝矩形線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。如果存在閉合回路，那么，外電路中也產(chǎn)生了相應(yīng)的正弦電壓與正弦電流。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流都是按正弦規(guī)律變化的。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///（a）交流發(fā)電機(jī)工作示意圖（b）截面圖圖5-2交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)式（5-1）、式（5-2）、式（5-3）分別是電動(dòng)勢(shì)、電流和電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式，它們統(tǒng)稱為正弦交流電的解析式。e

Emsin(ωt

φ0)（5-1）i

Imsin(ωt

φ0)（5-2）u

Umsin(ωt

φ0)（5-3）電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///6

///圖5-3電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)波形圖交流電的變化規(guī)律除用解析式表示以外，還能用波形圖直觀表示出來(lái)，電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)波形圖如圖5-3所示。三、觀察正弦交流電波形將信號(hào)發(fā)生器的函數(shù)輸出端接上同軸導(dǎo)線，示波器CH1端子接上示波器探頭，然后將探頭和同軸導(dǎo)線連接在一起，同軸導(dǎo)線的紅夾子與示波器的彎鉤（信號(hào)輸入端）相連，同軸導(dǎo)線的黑夾子與示波器的黑夾子相連，連接方式如圖5-4所示。開啟信號(hào)發(fā)生器，通過(guò)“波形選擇”按鈕選擇正弦波波形，頻率調(diào)節(jié)為1kHz，幅度調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置，然后調(diào)節(jié)示波器上的CH1通道的“VOLTS/DIV（垂直）”旋鈕及“SEC/DIV（水平）”旋鈕，在示波器上調(diào)節(jié)出大小適中、穩(wěn)定的正弦波形。完整的波形應(yīng)占滿屏幕的2/3。圖5-4信號(hào)發(fā)生器與示波器連接方式電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///測(cè)量實(shí)驗(yàn)室插座上的交流電壓1．插座的有關(guān)知識(shí)實(shí)驗(yàn)室墻壁的插座一般不用開關(guān)控制，始終帶電。插座插孔的分類和極性如圖5-5所示。雙孔插座水平安裝時(shí)，左孔為零線，右孔為火線；豎直排列時(shí)，下孔為零線，上孔為火線；三孔插座左孔為零線，右孔為火線，上孔為地線；三相四孔插座，下面三個(gè)較小的孔分別接三相電源的相線，上面較大的孔接保護(hù)地線。技能訓(xùn)練

（a）雙孔及三孔插座（b）三相四孔插座圖5-5插座插孔的分類和極性電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///2．使用萬(wàn)用表測(cè)量教室內(nèi)各插座的單相交流電壓值，并將結(jié)果填入表5-1。任務(wù)二認(rèn)識(shí)正弦交流電的基本要素電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///任務(wù)分析通過(guò)示波器觀察正弦交流電的波形之后發(fā)現(xiàn)，頻率、幅值不同，那么，波形的高低、寬窄都不同。我們能否從數(shù)學(xué)概念上予以定義呢？如何描述正弦交流電呢？下面通過(guò)不同的正弦波波形來(lái)理解決定正弦波交流電的基本要素。相關(guān)知識(shí)一、認(rèn)識(shí)不同形式的正弦波波形如圖5-6所示為各種形式的正弦波波形，假設(shè)將圖5-6（a）作為基本波，圖5-6（b）則將基本波向左進(jìn)行了移動(dòng)，而圖5-6（c）則將基本波向右進(jìn)行了移動(dòng)，圖5-6（d）雖然沒(méi)有進(jìn)行移動(dòng)，但波形的高度與圖5-6（a）不同，圖5-6（e）與圖5-6（a）基本波相比，波形高度相同，但好像被壓縮一樣，圖5-6（f）又好像被擴(kuò)張了。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///圖5-6各種形式的正弦波波形電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///11

///二、正弦交流電的基本要素我們選用電壓解析式（5-3）來(lái)說(shuō)明正弦交流電的基本要素。

u

Umsin(ωt

φ0)（5-3）由式（5-3）可以看出，決定瞬時(shí)電壓u大小的有Um、ω、φ三個(gè)參量，對(duì)應(yīng)的波形如圖5-7所示。圖5-7某一瞬時(shí)的正弦交流電波形電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///12

///1．振幅和有效值振幅和有效值都是描述正弦交流電數(shù)值大小的參數(shù)。振幅為正弦量在一個(gè)周期內(nèi)的最大值，表示方法用帶有下標(biāo)m的大寫字母表示，如式（5-3）中的Um。交流電通過(guò)電路時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)、磁效應(yīng)等各種效應(yīng)。交流電在電路中做功時(shí)，把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。交流電通過(guò)電阻會(huì)使電阻發(fā)熱，白熾燈、電烙鐵和電爐等都是利用電流的熱效應(yīng)進(jìn)行工作的。交流電通過(guò)線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交流電磁鐵、電鈴、繼電器等都是利用電流的磁效應(yīng)進(jìn)行工作的。交流電通過(guò)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電能就轉(zhuǎn)換成機(jī)械能……但是，正弦交流電的大小和方向都是隨時(shí)間作周期性變化的，在一個(gè)周期內(nèi)正弦量的平均值為零。2．頻率和周期頻率與周期是描述正弦交流電變化快慢的參數(shù)。正弦交流電每重復(fù)變化一次所需要的時(shí)間稱為周期（T），單位為秒（s）；交流電在1s內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)稱為頻率（f），單位為赫茲（Hz）；每秒鐘變化的弧度數(shù)為角頻率（ω），單位為弧度/秒（rad/s），三者間的關(guān)系為或

（5-7）電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///13

///（5-8）頻率常用單位還有千赫（kHz）、兆赫（MHz），它們之間的換算關(guān)系為1MHz

=

1

×

103kHz=1

×

106Hz我國(guó)供電系統(tǒng)交流電的頻率是50Hz，歐美一些國(guó)家交流電的頻率為60Hz。3．相位、初相和相位差正弦量隨時(shí)間而不斷變化，選取不同的計(jì)時(shí)零點(diǎn)，正弦量的初始值就不同。為加以區(qū)分，引入相位及初相位的物理量，（

t

+

φ）是表示交流電變化進(jìn)程的一個(gè)量，稱為交流電的相位。相位的大小表明正弦量在變化過(guò)程中所達(dá)到的狀態(tài)，不同的相位對(duì)應(yīng)著不同的正弦量瞬時(shí)值，相位決定著正弦量的瞬時(shí)值大小及其方向。計(jì)時(shí)開始（t

=

0）時(shí)的相位，稱為初相位，簡(jiǎn)稱初相，用φ表示。在研究單一的正弦交流電時(shí)，相位沒(méi)有什么實(shí)際意義，如果要分析兩個(gè)或兩個(gè)以上的同頻率正弦量時(shí)，初相的意義就顯示出來(lái)了。兩個(gè)同頻率正弦量之間相位的差值稱為它們的相位差。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///三、正弦交流電的相量表示正弦交流電除用解析式、波形圖表示以外，還可以用具有大小和方向的旋轉(zhuǎn)矢量來(lái)表示，即用矢量的長(zhǎng)度表示正弦交流電的有效值（或最大值，用矢量與橫軸的夾角表示正弦交流電的初相位，當(dāng)

>

0時(shí)，矢量在橫軸的上方；

<

0時(shí)，矢量在橫軸的下方，矢量以角速度

逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這就是正弦交流電的相量表示法。例如，正弦交流電u

=

Umsin（

t

+

u）的相量表示法如圖5-9所示。圖5-9正弦交流電的相量表示法電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///一、測(cè)量正弦交流電壓的峰-峰值將信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦波電壓信號(hào)送到示波器中，測(cè)量該電壓信號(hào)的峰-峰值和周期。調(diào)整信號(hào)發(fā)生器和示波器上的旋鈕，使得示波器上的波形穩(wěn)定并充滿示波器屏幕的2/3，正弦波電壓信號(hào)峰-峰值Up-p、周期的測(cè)量圖如圖5-10所示，即Up-p

=（垂直距離DIV）×（擋位V/DIV）×（探頭衰減率）然后求出正弦波電壓有效值U為U

=

0.707Up-p/2二、測(cè)量正弦交流電壓的周期和頻率調(diào)整示波器的“水平位移”旋鈕，測(cè)算正弦波的周期T，即T

=（水平距離DIV）×（擋位t/DIV）然后求出正弦波的頻率。技能訓(xùn)練圖5-10正弦波電壓信號(hào)峰-峰值、周期的測(cè)量圖任務(wù)三認(rèn)識(shí)單一元件的正弦交流電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///任務(wù)分析任務(wù)二在討論直流電時(shí)，學(xué)習(xí)了電阻的電路，對(duì)于交流信號(hào)，電阻、電容和電感的表現(xiàn)與在直流電路中的特性相同嗎？下面將對(duì)電阻、電容和電感單一元件的正弦交流電路進(jìn)行分析。相關(guān)知識(shí)一、純電阻電路在交流電路中常常遇到白熾燈、電阻爐、電烙鐵等電阻負(fù)載，電阻負(fù)載在電路中起主要作用，而電感、電容對(duì)電路的影響很小，可以忽略，這種電路稱為純電阻電路。純電阻電路是最簡(jiǎn)單的交流電路，由交流電源和純電阻元件組成，如圖5-11所示。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///1．電流與電壓的關(guān)系我們知道，在交流電路中，電壓和電流的方向是不斷變化的，為了分析方便，假定電壓和電流的正方向如圖5-11（b）所示，并且假定電流的初相位為0，即以電流作為參考，則通過(guò)R的瞬時(shí)電流

為（a）吊頂燈（純電阻）（b）吊頂燈電路圖5-11純電阻電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///18

///電阻兩端的瞬時(shí)電壓uR為圖5-12純電阻電路中電流與電壓的波形圖根據(jù)上述兩式作出純電阻電路中電流與電壓的波形圖，如圖5-12所示。由解析式和波形圖可以看出，在純電阻電路中，通過(guò)電阻的瞬時(shí)電流和加在電阻兩端的瞬時(shí)電壓具有相同的頻率和相位，且電流與電壓的有效值、瞬時(shí)值及相量都滿足歐姆定律。2．純電阻電路的功率在純電阻交流電路中，由于電壓和電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，電阻R上每一瞬間所消耗的功率p稱為瞬時(shí)功率，其值等于瞬時(shí)電壓u和瞬時(shí)電流i的乘積，即（5-9）電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///以電流為參考正弦量，即則R兩端電壓uR為代入式（5-9）中，即在純電阻電路中，由于電流、電壓同相，所以，瞬時(shí)功率p≥0，其最大值是

，最小值是零。這表明電阻總是消耗功率，把電能轉(zhuǎn)化為熱能，這種能量轉(zhuǎn)化是不可逆轉(zhuǎn)的。所以，電阻是一種耗能元件。由于瞬時(shí)功率是隨時(shí)間變化的，測(cè)量和計(jì)算都不方便，所以，在實(shí)際工作中常用平均功率來(lái)表示，瞬時(shí)功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值稱為平均功率，又稱有功功率，用大寫字母P表示。這樣，純電阻電路的平均功率為P

=

UI

（5-11）根據(jù)歐姆定律得電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///20

///平均功率還可以表示為（5-12）式中U—R兩端電壓的有效值，單位是伏特，符號(hào)為V；

I—流過(guò)電阻的電流有效值，單位是安培，符號(hào)為A；

P—電阻消耗的功率，單位是瓦特，符號(hào)為W。P又稱有功功率，也用千瓦（kW）表示。平時(shí)所說(shuō)的40W燈泡、30W電烙鐵等中的瓦數(shù)通常指其有功功率的數(shù)值。通過(guò)以上討論，可以得到如下結(jié)論：（1）純電阻交流電路中的電流和電壓具有相同相位、相同頻率。（2）電流和電壓在數(shù)值關(guān)系上，最大值、有效值和瞬時(shí)值均滿足歐姆定律。（3）電阻是耗能元件，電阻的平均功率（有功功率）等于電流有效值與電阻兩端電壓有效值的乘積?！纠?-1】某個(gè)標(biāo)有“220V，20W”的燈泡，加在燈泡兩端的電壓為

（V），試求出：（1）該燈泡兩端電壓的有效值；（2）流過(guò)該燈泡的電流瞬時(shí)值；（3）燈泡的電阻值。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///二、純電容電路純電容電路是只有電容器作為負(fù)載，而且電容器的漏電電阻和分布電感均忽略不計(jì)的交流電路，如圖5-14所示。1．電容器對(duì)交流電流的阻礙作用

通過(guò)圖5-15所示的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究電容器對(duì)交流電流的阻礙作用。按圖5-14連接電路，首先保證電壓不變，逐漸增加低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，觀察交流電流表讀數(shù)的變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著電源頻率的增加，電流隨之增大，這說(shuō)明隨著頻率的增加，電容器對(duì)交流電流的阻礙減小了。【例5-2】已知某純電阻電路中

，試指出它的角頻率、周期、幅值、有效值和初相，并畫出波形圖。圖5-14純電容電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///將電容對(duì)交流電的阻礙作用稱為容抗，用XC表示。電容的容抗表示電容對(duì)通過(guò)自身的交變電流的反抗作用，它只有在正弦交流電路中才有意義。理論和實(shí)驗(yàn)證明：容抗XC的大小和電源頻率成反比，與電容的容量成反比。2．電流、電壓間的相位關(guān)系圖5-15所示的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭覀冄芯考冸娙蓦娐分须娏髋c電壓的相位關(guān)系。按圖5-15連接好電路，圖中超低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率在1Hz左右。當(dāng)開關(guān)S閉合以后，仔細(xì)觀察電流表、電壓表的指針擺動(dòng)情況，從中可以看到：電流超前電壓

。設(shè)電容器兩端的電壓為則電路中的電流為圖5-15純電容實(shí)驗(yàn)電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///圖5-16純電容電路電流、電壓的波形圖3．電流、電壓間的數(shù)量關(guān)系純電容交流電路的電流與電壓的有效值（或最大值）符合歐姆定律，即（5-14）值得注意的是，式中，XC為容抗，且將式（5-14）兩端同時(shí)乘以

，得

（5-15）4．純電容電路的功率我們把電壓瞬時(shí)值uC與電流瞬時(shí)值i的乘積稱為瞬時(shí)功率，用p表示，即電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///三、純電感電路純電感電路是只有空心線圈作為負(fù)載，而且線圈的電阻和分布電容均忽略不計(jì)的交流電路，如圖5-17所示。純電感是一個(gè)理想電路的模型，實(shí)際的電感線圈都有一定的電阻，當(dāng)電阻很小，小到可以忽略不計(jì)時(shí)，可近似看作純電感元件，計(jì)算出來(lái)的結(jié)果與實(shí)際電感線圈電路的結(jié)果近似相同。各種加工機(jī)械，如車床、銑床、刨床、磨床及大型加工機(jī)械（龍門銑床、龍門刨床）等，應(yīng)用最多的是電動(dòng)機(jī)類負(fù)載，如圖5-18（a）所示。交流異步電動(dòng)機(jī)等效電路如圖5-18（b）所示。【例5-3】一個(gè)10μF的電容器，接在

V的交流電源上。試求：（1）通過(guò)電容器的電流為多少？寫出電流的解析式。（2）電路的無(wú)功功率為多少？圖5-14純電容電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///在照明電路中使用的白熾燈為純電阻性負(fù)載，日光燈屬于感性負(fù)載，家用風(fēng)扇為單相交流電動(dòng)機(jī)，它的等效電路如圖5-19所示。（a）電動(dòng)機(jī)

（b）等效電路圖5-18交流異步電動(dòng)機(jī)

圖5-19家用風(fēng)扇的等效電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///26

///1．電感線圈對(duì)交流電的阻礙作用通過(guò)如圖5-20所示的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究電感線圈對(duì)交流電的阻礙作用。按圖5-20連接電路，保持電壓不變，低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率從零開始逐步增大，觀察交流電流表的讀數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著電源頻率的增加，電流減小，這說(shuō)明隨著頻率的增加，電感線圈對(duì)交流電流阻礙增加。將線圈對(duì)通過(guò)自身交流電的阻礙作用稱為感抗，用XL表示。理論和實(shí)驗(yàn)證明：感抗的大小和電源頻率成正比，和線圈的電感成正比，即（5-18）圖5-20純電感實(shí)驗(yàn)電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

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///2．電流、電壓的相位關(guān)系通過(guò)圖5-20所示的實(shí)驗(yàn)來(lái)研究純電感電路中電流與電壓間的相位關(guān)系。按圖5-20連接好電路，將低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率設(shè)置為1Hz。當(dāng)開關(guān)S閉合以后，仔細(xì)觀察電流表、電壓表的指針，可以看到：當(dāng)電壓表的指針到達(dá)右邊最大值時(shí)，電流表指針指到中間零值；當(dāng)電壓表指針由右邊最大值向中間運(yùn)動(dòng)至零值時(shí)，電流表指針由中間零值運(yùn)動(dòng)到右邊最大值；當(dāng)電壓表指針運(yùn)動(dòng)到左邊最小值時(shí)，電流表指針運(yùn)動(dòng)到中間零值等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在純電感交流電路中，電流與電壓的相位關(guān)系為電壓超前電流

，或者說(shuō)電流滯后電壓

，即若將它們放在同一個(gè)坐標(biāo)系中，則波形如圖5-21所示。圖5-21純電感電路電流、電壓的波形圖電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///28

///3．電流、電壓間的數(shù)量關(guān)系純電感交流電路的電流與電壓的有效值（或最大值）滿足歐姆定律，即（5-19）將兩端同時(shí)乘以

，得（5-20）4．純電感電路的功率我們把電壓瞬時(shí)值uL與電流瞬時(shí)值i的乘積稱為瞬時(shí)功率，用p表示為將

和

代入上式得由上式可以看出，純電感的瞬時(shí)功率p隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，其頻率為電源頻率的2倍，最大值為UI，其波形圖如圖5-22所示。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///29

///通過(guò)波形圖的觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)：純電感電路中平均功率為零，即純電感電路的有功功率為零。說(shuō)明在純電感電路中，不消耗電能，而只與電源進(jìn)行能量的交換，電感為儲(chǔ)能元件。當(dāng)線圈中電流不斷增大時(shí)，線圈儲(chǔ)存的電場(chǎng)能也隨之不斷增大，瞬時(shí)功率為正值，說(shuō)明電感線圈從電源吸取了電能，并且轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來(lái)。同理，當(dāng)電流不斷減小時(shí)，線圈將儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能釋放，并且轉(zhuǎn)化成電能返還給電源。為反映出純電感電路中能量的相互轉(zhuǎn)換，將電感與電源之間能量轉(zhuǎn)換的最大值，也即瞬時(shí)功率的最大值ULI，稱為無(wú)功功率，用符號(hào)QL表示為感性無(wú)功功率的公式還可寫成圖5-22純電感電路電流、電壓及功率波形圖電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///30

///【例5-4】一個(gè)10mH的電感器，接在V的交流電源上。試求：（1）通過(guò)線圈的電流為多少？寫出電流的解析式。（2）電路的無(wú)功功率為多少？日光燈電路的連接與測(cè)量日光燈電路如圖5-23所示。圖5-23（a）為日光燈圖片，圖5-23（b）為日光燈電路接線圖。日光燈電路由電源、開關(guān)、燈管、鎮(zhèn)流器、啟輝器和連接導(dǎo)線組成。其中燈管可看作電阻，與吊燈電路相比，日光燈電路多了一個(gè)鎮(zhèn)流器，鎮(zhèn)流器可看作電感，其原理圖如圖5-23（c）所示。技能訓(xùn)練電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///31

///（a）日光燈

（b）日光燈電路接線圖

（c）日光燈電路原理圖圖5-23日光燈電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///32

///1．日光燈電路的結(jié)構(gòu)日光燈結(jié)構(gòu)及各部分的作用見(jiàn)表5-2。2．日光燈的工作原理當(dāng)開關(guān)合上的瞬間，燈管兩端的電壓為220V，此電壓不足以使燈管點(diǎn)亮，加在啟輝器兩端的電壓也為220V，使啟輝器內(nèi)的氖管產(chǎn)生輝光放電發(fā)熱，啟輝器內(nèi)的兩個(gè)觸片接通，于是電流通過(guò)鎮(zhèn)流器和燈管兩端的燈絲，使燈絲加熱并發(fā)射電子。此時(shí)，由于氖管被雙金屬片短路已停止輝光放電，雙金屬片也因溫度降低而分開，鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生相當(dāng)高的電壓，它和220V電壓一起加在燈管兩端，使燈管內(nèi)的氣體發(fā)生弧光放電，將日光燈點(diǎn)亮。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///33

///3．日光燈電路的安裝表5-3日光燈的安裝步驟與方法步驟安裝示意圖操作方法燈架的組裝與固定將鎮(zhèn)流器安裝在燈架中央，啟輝器安裝在燈架一端，燈座分別裝在燈架兩端（中間距離要根據(jù)燈管長(zhǎng)度量好，既要能插入燈腳，又要緊密接觸），然后將燈架固定到緊固件上接線按照原理圖接線。與鎮(zhèn)流器連接的導(dǎo)線既可以通過(guò)瓷接線柱，又可以直接連接，但要絕緣電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///34

///步驟安裝示意圖操作方法燈管的安裝插入式燈座：先插入帶彈簧的一端，壓住彈簧順勢(shì)插入另一端。開啟式燈座：將燈腳兩端同時(shí)卡入燈座，握住燈管兩端旋轉(zhuǎn)90°啟輝器的安裝將啟輝器旋放在啟輝器底座上，接上開關(guān)，檢查后就可以通電試用了電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///35

///4．日光燈電路的常見(jiàn)故障維修表5-4日光燈電路的常見(jiàn)故障維修故障現(xiàn)象可能原因排除方法接通電源，燈管不發(fā)光（1）啟輝器損壞或與底座接觸不良；（2）燈絲斷開或漏氣；（3）鎮(zhèn)流器損壞（1）更換啟輝器或底座；（2）用萬(wàn)用表檢查，更換燈管；（3）修理或更換鎮(zhèn)流器燈管兩端發(fā)紅，不起輝（1）啟輝器損壞；（2）氣溫太低；（3）燈管陳舊（1）更換啟輝器；（2）給燈管架罩；（3）更換燈管啟輝困難，燈管兩端不斷閃爍（1）啟輝器、鎮(zhèn)流器與燈管不配套；（2）環(huán)境溫度太低；（3）燈管陳舊（1）采用配套的啟輝器、鎮(zhèn)流器；（2）給燈管加罩；（3）更換燈管燈管兩端發(fā)黑或有黑斑（1）燈管陳舊；（2）啟輝器內(nèi)電容擊穿（1）更換燈管；（2）去掉電容或更換啟輝器電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///36

///故障現(xiàn)象可能原因排除方法燈管啟輝后有雜聲（1）鎮(zhèn)流器硅鋼片未插緊；（2）鎮(zhèn)流器過(guò)載或內(nèi)部短路；（3）電壓過(guò)高；（4）啟輝器不良（1）更換鎮(zhèn)流器；（2）更換鎮(zhèn)流器；（3）設(shè)法降壓；（4）更換啟輝器鎮(zhèn)流器過(guò)熱（1）電壓過(guò)高或容量過(guò)低；（2）鎮(zhèn)流器內(nèi)部線圈局部短路；（3）燈管閃爍時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（1）降壓或更換容量較大的鎮(zhèn)流器；（2）更換鎮(zhèn)流器；（3）檢查閃爍原因并排除任務(wù)四認(rèn)識(shí)多個(gè)元件的正弦交流電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///37

///任務(wù)分析由電阻、電感和電容單個(gè)元件組成的正弦交流電路是最簡(jiǎn)單的交流電路，實(shí)際電路中沒(méi)有純電阻、電感、電容元件，電容有泄漏電阻，線圈有一定的電阻，因此，實(shí)際電路是多元件組成的電路，那么，這些電路一般用在什么地方？對(duì)電子系統(tǒng)能起到什么作用？相關(guān)知識(shí)電阻、電感和電容的串、并聯(lián)電路，包含了三個(gè)不同的電路參數(shù)，是在實(shí)際工作中常常遇到的典型電路，如供電系統(tǒng)中的補(bǔ)償電路和電子技術(shù)中常用的串聯(lián)諧振電路都屬于這種電路。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///38

///圖5-24RLC串聯(lián)電路一、RLC串聯(lián)電路電阻、電感、電容串聯(lián)組成的電路稱為RLC串聯(lián)電路，如圖5-24所示。1．電流與電壓關(guān)系因?yàn)樵诖?lián)電路中，各元件上流過(guò)同一電流，故以電流為參考正弦量，即初相為0的正弦量。設(shè)電路中的電流為因電阻上的電壓

uR與電流同相，則電感上的電壓

uL比電流超前90°，即電感上的電壓

uC比電流超前90°，即根據(jù)基爾霍夫電壓定律，電路總電壓的瞬時(shí)值等于各個(gè)電壓瞬時(shí)值之和，即總電壓與電流間的相位差為電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///39

///2．阻抗電路各電壓與總電壓有效值之間的關(guān)系滿足式5-22（5-22）將

、

、

代入式5-22，可得（5-22）其中，X

=

XL

-

XC，X稱為電抗，電抗是電容和電感共同作用的結(jié)果。在RLC串聯(lián)電路中，阻抗、電阻、容抗、感抗間的關(guān)系為可見(jiàn)，阻抗

、電阻R和電抗X可以組成一個(gè)直角三角形，如圖5-25（a）所示。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///40

///圖5-25

RLC串聯(lián)電路的阻抗、功率三角形3．RLC串聯(lián)電路的功率在RLC串聯(lián)電路中，既有耗能元件電阻R，又有儲(chǔ)能元件電感L和電容C，存在著有功功率P、無(wú)功功率QL和QC。它們分別為除此之外還有視在功率，視在功率是指電源的容量，用字母S表示，單位為伏安（VA），對(duì)于大容量電源可以用千伏安（kVA）表示，即電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///41

///4．RLC串聯(lián)諧振電路在RLC串聯(lián)電路中，ω為某一值，恰好使感抗XL和容抗XC相等時(shí)，X

=

0，此時(shí)電路中的電流和電壓同相位，電路的阻抗最小，且等于電阻（Z

=

R）。電路的這種狀態(tài)稱為諧振。由于是在RLC串聯(lián)電路中發(fā)生的諧振，故又稱串聯(lián)諧振，此時(shí)的頻率稱為諧振頻率f0。串聯(lián)諧振條件是電路的感抗等于容抗，即或ω為諧振角頻率，用ω0表示，則電路發(fā)生諧振的頻率稱為諧振頻率，即諧振頻率f0僅由電路參數(shù)L和C決定，與電阻R的大小無(wú)關(guān)，它反映電路本身的固有頻率。因此，f0又稱電路的固有頻率。電路發(fā)生諧振時(shí)，外加電源的頻率必須等于電路的固有頻率。在實(shí)際應(yīng)用中，常利用改變電路參數(shù)L或C的辦法來(lái)使電路在某一頻率下發(fā)生諧振。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///42

///5．RLC串聯(lián)諧振的特點(diǎn)（1）串聯(lián)諧振時(shí)，

，電路的復(fù)阻抗為Z

=

R，呈電阻性，其阻抗值最小。（2）因阻抗值最小，所以在電壓一定時(shí)，電路中諧振電流最大，即（3）串聯(lián)諧振時(shí)，電感和電容的端電壓大小相等，相位相反，并且等于總電壓的Q倍，因此，串聯(lián)諧振又稱電壓諧振，即（4）串聯(lián)諧振時(shí)，電路的無(wú)功功率為零，電源只提供能量給電阻元件消耗，而電路內(nèi)部電感的磁場(chǎng)能和電容的電場(chǎng)能正好完全相互轉(zhuǎn)換。（5）諧振時(shí)，電路的電抗為零，但感抗和容抗都不為零，此時(shí)的感抗或容抗稱為電路的特性阻抗，用字母ρ表示，單位是Ω。特性阻抗其實(shí)就是電路諧振時(shí)的感抗或容抗。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///43

///（6）通常把諧振電路的特性阻抗與電路中電阻的比值稱為品質(zhì)因數(shù)，用字母

表示。用品質(zhì)因數(shù)能夠說(shuō)明諧振電路的性能。6．RLC串聯(lián)諧振電路在工程中的應(yīng)用研究諧振的目的，一方面在生產(chǎn)上充分利用諧振的特點(diǎn)，如在無(wú)線電工程、電子測(cè)量技術(shù)等許多電路中的應(yīng)用；另一方面又要預(yù)防它所產(chǎn)生的危害。一般串聯(lián)諧振電路的R值很小，因此，品質(zhì)因數(shù)

Q的值總大于1，其值一般為幾十至幾百。串聯(lián)諧振時(shí)，電感和電容元件兩端的電壓達(dá)到電源電壓的

Q倍，即UL、UC都遠(yuǎn)大于電源電壓U。如果電壓過(guò)高可能損壞線圈或電容器，因此，電力工程上要避免發(fā)生串聯(lián)諧振。某收音機(jī)的接收電路如圖5-26所示。L1為接收天線，LC組成串聯(lián)諧振電路；天線接收到的各種頻率信號(hào)都會(huì)在RLC串聯(lián)電路中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，分別是e1、e2、e3，圖5-26中的R是線圈的電阻。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///44

///（a）電路圖（b）等效電路圖5-26收音機(jī)的接收電路7．RLC串聯(lián)諧振電路對(duì)工程設(shè)備的不良影響RLC串聯(lián)諧振電路對(duì)工程設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生不良影響。例如，低壓電網(wǎng)中有大量整流、變流和變頻裝置等諧波源，它們產(chǎn)生的高次諧波會(huì)嚴(yán)重危害主變壓器及系統(tǒng)中其他電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。為此，人們采用與電容器串聯(lián)的方法研制出濾波電抗器，它能有效地吸收電網(wǎng)諧波，同時(shí)提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行起到了較大的作用。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///45

///圖5-27RLC并聯(lián)電路二、RLC并聯(lián)電路將電阻、電容和電感并聯(lián)起來(lái)，接到電流電源上，就構(gòu)成了RLC并聯(lián)電路，如圖5-27所示。在并聯(lián)電路中，各支路兩端的電壓相等，設(shè)加在RLC并聯(lián)電路兩端的電壓為則流過(guò)電阻、電容和電感的電流分別為電路的總電流為三、并聯(lián)諧振在RLC并聯(lián)電路中，當(dāng)XL

=

XC，即

時(shí)，從電源流出的電流最小，電路的總電壓與總電流同相，這種現(xiàn)象被稱為并聯(lián)諧振，如圖5-28所示。諧振時(shí)，電路中電流與電壓同相，電路呈現(xiàn)阻性，諧振電流為諧振條件，即諧振角頻率為諧振頻率為RLC并聯(lián)諧振電路的性質(zhì)有些與串聯(lián)諧振電路相似，有些與串聯(lián)諧振電路相反。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///46

///電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///47

///觀察RLC串聯(lián)諧振現(xiàn)象按圖5-29連接好電路，在保證電壓不變的前提下，將低頻信號(hào)發(fā)生器的頻率從0開始提高，觀察交流電流表和電壓表指針的擺動(dòng)情況。當(dāng)電壓表的指針向右擺動(dòng)至最大時(shí)，若再增大，則指針又向左偏轉(zhuǎn)，那么此時(shí)指針停留在最右端瞬間的頻率，就是該串聯(lián)諧振的諧振頻率。將觀察結(jié)果填入表5-6中。技能訓(xùn)練圖5-29

RLC串聯(lián)諧振連接電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///48

///項(xiàng)目評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5-7。項(xiàng)目評(píng)價(jià)表5-7項(xiàng)目評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目評(píng)價(jià)分值評(píng)分細(xì)則評(píng)分備注正弦波觀測(cè)20（1）不能通過(guò)儀器調(diào)節(jié)出波形，扣10分；（2）擋位設(shè)定不合理，扣10分

正弦波基本要素10（1）不能根據(jù)示波器所顯示的波形說(shuō)出基本要素，扣5分；（2）不能根據(jù)瞬時(shí)表達(dá)式說(shuō)出基本要素，扣5分

電路分析20（1）不了解電路基本特性，扣10分；（2）不了解電壓、電流相位關(guān)系，扣10分

20（1）不了解電路基本特性，扣10分；（2）不了解電壓、電流相位關(guān)系，扣10分

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///49

///項(xiàng)目評(píng)價(jià)分值評(píng)分細(xì)則評(píng)分備注實(shí)訓(xùn)記錄20（1）不按步驟進(jìn)行記錄，每次扣l0分；（2）不記錄實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)或記錄錯(cuò)誤，每處扣1分；（3）不畫波形或畫錯(cuò)，每次扣5分

安全文明操作10違反安全操作、工作臺(tái)上臟亂、不符合“7S”管理要求，酌情扣3～10分

合計(jì)100

電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///50

///本項(xiàng)目主要討論了正弦交流電的基本概念、觀測(cè)方法，分析了三種由單一元件構(gòu)成的正弦交流電路和RLC串聯(lián)正弦交流電路，以及三相正弦交流電路。1．交流電指電流或電壓的大小和方向隨時(shí)間作周期性變化，且在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為零，目前廣泛使用的是按照正弦規(guī)律變化的正弦交流電。2．表征正弦交流電的基本物理量有周期、頻率、角頻率、瞬時(shí)值、最大值、有效值、相位、初相位、相位差、其中最大值（或有效值）、角頻率和初相位稱為正弦交流電的三要素。3．在交流電路中，阻礙電流通過(guò)的電路元件有電阻、電容和電感。在電阻電路中，電流和電壓同相位，在純電感電路中，電壓超前電流90°，在純電容電路中，電壓滯后電流90°。4．在RLC串聯(lián)電路中，φ

=

0時(shí)，電壓和電流同相，電路呈阻性，電路產(chǎn)生了串聯(lián)諧振，此時(shí)的頻率稱為諧振頻率f0，諧振頻率為項(xiàng)目小結(jié)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///51

///當(dāng)電源頻率f

與電路參數(shù)L和C之間滿足該式時(shí)，則產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，調(diào)整電路參數(shù)L、C或調(diào)節(jié)電源頻率f都能使電路產(chǎn)生諧振。串聯(lián)諧振具有電壓與電流同相位，電路呈阻性，電流最大，電感和電容端電壓大小相等，相位相反的特點(diǎn)。5．在RLC并聯(lián)電路中產(chǎn)生的諧振，稱為并聯(lián)諧振。諧振頻率為并聯(lián)諧振電路中，電壓和電流同相位，電路呈阻性，電流最小，電感電流和電容電流幾乎大小相等，相位相反。電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///52

///一、選擇題1．交流電壓的（）隨時(shí)間作周期性變化。A．大小和方向

B．大小

C．方向

D．以上均不對(duì)2．冰箱使用的是（）。A．50Hz、單相380V正弦交流電 B．50Hz、三相220V正弦交流電C．50Hz、單相220V正弦交流電 D．380V直流電3．下列表達(dá)式哪些正確（）。A．U

=

IR

B．u

=

IR

C．u

=

iR D．Um

=

ImR4．已知正弦電動(dòng)勢(shì)e

=

311sin(314t

+

30°)V，其電動(dòng)勢(shì)的有效值為（）。A．311V B．220V C．280V D．209V思考與練習(xí)電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///53

///5．若i1

=

10sin(ωt

+

30°)A，i2

=

20sin(ωt

-

10°)A，則i1的相位比i2超前（）。A．20° B．-20°

C．40°

D．-40°6．已知u1

=

100sin(314t

+

60°)V，u2

=

100sin(314t

-

150°)V，則u1超前u2（）。A．-90° B．210°

C．-150°

D．-210°7．已知

A，通過(guò)R

=

2Ω的電阻時(shí)，消耗的功率是（）。A．4W B．16W C．8W D．32W8．u1、u2兩波形如圖5-30所示，u1相位與u2相位的關(guān)系是（）。A．超前 B．滯后

C．同相

D．反相電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///54

///9．純電阻電路中，電壓與電流的相位為（）。A．超前 B．滯后

C．同相

D．反相10．在正弦交流電路中，當(dāng)總電流的相位超前總電壓一個(gè)角度時(shí)，這種負(fù)載稱為（）負(fù)載。A．感性

B．容性

C．電阻性 D．電源性11．純電感電路中，電壓與電流的相位（）。A．超前 B．滯后

C．同相

D．反相12．電感的感抗為（）。A．XL

=

ωL

B．

C．

D．

13．在RLC串聯(lián)諧振電路中，電壓和電流（），電路呈（）性。A．超前 B．滯后

C．同相D．阻性 E．容性

F．感性14．RLC串聯(lián)諧振時(shí)，如改變R，則諧振頻率f0將（）。A．增加

B．減小

C．不變

D．無(wú)法確定電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能（第2版）

///55

///15．在RLC串聯(lián)的正弦交流電路中，已知電阻R

=

2Ω，容抗XC

=

10Ω，感抗XL

=

10Ω，則電路中的阻抗為（）Ω。A．22 B．12 C．2 D．2416．在RLC串聯(lián)電路中，電壓與電流同相時(shí)，參數(shù)LC與角頻率的關(guān)系是（）。A．ωL2C2

=

1 B．ω2LC

=

1 C．ωLC

=

1 D．ω

=

LC二、判斷題1．正弦交流電的三要素是最大