電工應(yīng)用技術(shù) 課件 安磊 -模塊3 交流電路

電工應(yīng)用技術(shù)目錄Contents電工測量及工具使用2電路基本知識1交流電路3變壓器4三相異步電動機(jī)及控制5職業(yè)目標(biāo)養(yǎng)成積極參與實(shí)踐操作、重視學(xué)習(xí)、注意安全文明等優(yōu)良的勞動態(tài)度和行為習(xí)慣。知識目標(biāo)理解正弦量的特征、表示方法及其分析計算方法；掌握日光燈的工作原理；了解日光燈常見故障的排除方法。能力目標(biāo)能熟練使用萬用表；掌握提高功率因數(shù)的方法；能夠利用萬用表排除日光燈的常見故障。交流電路模塊三目標(biāo)項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三（一）正弦交流電的基本概念

交流電是指大小和方向都隨時間做周期性變化的電動勢（電壓或電流）。發(fā)電廠提供的交流電是隨時間按正弦規(guī)律變化的，稱為正弦交流電。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三1.正弦交流電的周期、頻率和角頻率T=0.5s單位是秒u(i)交流電完成一次周期性變化所需要的時間叫做交流電的周期。用T表示。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三交流電在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)稱為交流電的頻率，用f表示。1秒鐘f=2Hz單位是赫茲u(i)項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三T=0.5sω=4πrad/s單位是每秒弧度三者是從不同的角度反映的同一個問題：交流電隨時間變化的快慢程度。交流電一秒鐘內(nèi)經(jīng)歷的電角度稱為角頻率，用ω表示。交流電變化一個周期，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)繞組轉(zhuǎn)動了弧度或3600。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三2.正弦交流電的瞬時值、最大值和有效值交流電隨時間按正弦規(guī)律變化，對應(yīng)各個時刻的數(shù)值稱為瞬時值，瞬時值是用正弦解析式表示的，即：

瞬時值是變量，注意要用小寫英文字母表示。(1)瞬時值項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三(2)最大值

正弦量振蕩的最高點(diǎn)稱為最大值或峰值，用Um(或Im)表示項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三

有效值是指與交流電熱效應(yīng)相同的直流電數(shù)值。

兩電流熱效應(yīng)相同，可理解為二者做功能力相等。我們把做功能力相等的直流電的數(shù)值I定義為相應(yīng)交流電i的有效值。有效值可確切地反映正弦交流電的大小。(3)有效值有效值用U或I表示。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三3.正弦交流電的相位、初相和相位差顯然，相位反映了正弦量隨時間變化的整個進(jìn)程。(1)相位項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三

初相確定了正弦量計時開始的位置，初相規(guī)定不得超過±180°。(2)初相正弦量與縱軸相交處若在正半周，初相為正。正弦量與縱軸相交處若在負(fù)半周，初相為負(fù)。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三u、i的相位差為：顯然，兩個同頻率正弦量之間的相位之差，實(shí)際上等于它們的初相之差。已知(3)相位差，求電壓與電流之間的相位差。注意：不同頻率的正弦量之間不存在相位差的概念。相位差不得超過±180°!項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三思考回答何謂交流電的三要素？它們各反映了什么？耐壓為220V的電容器，能否用在180V的正弦交流電源上？正弦量的三要素是指它的最大值、角頻率和初相位。最大值反映了交流電大小的變化范圍；角頻率反映了交流電變化的快慢；初相位反映了交流電的初始狀態(tài)。

不能！因?yàn)?80V的正弦交流電，其最大值≈255V>220V!項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三設(shè)正弦交流電流：角頻率：決定正弦量變化快慢最大值：決定正弦量的大小初相角：決定正弦量起始位置

Im

2TiO項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三【例2-1】某正弦電壓的最大值Um=310V,初相φu=300;某正弦電流的最大值Im=14.1A,初相φi=-600。它們的頻率均為50Hz。（1）分別寫出電壓和電流的瞬時值表達(dá)式。（2）正弦電壓和電流的相位差。解：(1)(2)項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三4.正弦交流電的向量表示法在分析正弦交流電路時，同一電路中的所有電壓、電流都是同頻率的正弦量，且頻率與電源的頻率相同。前提：一個正弦量由最大值（或有效值）和初相位兩個要素也能確定。因此：描述正弦交流電的有向線段稱為相量。符號表示：正弦量：在復(fù)平面上可以用長度為最大值Im,與實(shí)軸正向夾角為φi的有向線段表示項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三正弦量：例：項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三（二）單一參數(shù)的正弦交流電路1.正弦交流電的純電阻電路（1）電阻元件上的電壓、電流關(guān)系iR

u電流、電壓的瞬時值表達(dá)式u、i即時對應(yīng)！u、i同相！項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三相量圖u、i最大值或有效值之間符合歐姆定律的數(shù)量關(guān)系。相量關(guān)系式UI項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三瞬時功率P則uipωtuip0項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三平均功率P(有功功率)公式：定義：瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值，稱為平均功率或有功功率。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三【例2-3】電路中只有電阻R=2Ω，正弦電壓u=10sin(314t-600)V，試完成（1）寫出通過電阻的電流瞬時值表達(dá)式（2）電阻消耗的功率。解：項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三2.正弦交流電的純電感電路電感器是用漆包線、紗包線或塑皮線等在絕緣骨架或磁芯、鐵芯上繞制成的一組串聯(lián)的同軸線匝。LL帶磁芯或鐵芯的電感器項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三電感量用L表示，基本單位是H(亨利)特點(diǎn)

a通直流，阻交流；b通低頻，阻高頻電感對交流電的這種阻礙作用稱為電感抗，簡稱感抗，或電抗。用XL表示，單位是Ω。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三純電感電路電感上的電壓u和電流i是一個同頻率的正弦量，并且電流i在相位上比電壓u滯后900。在純電感電路中，電流的有效值與電壓的有效值成正比，與感抗成反比項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三IUuiωt項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三uiωt說明：（1）p>0，電感線圈吸取電能，并以磁能的方式儲存起來（2）p<0，電感線圈把儲存的磁能轉(zhuǎn)換為電能，還給電路項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三為和有功功率相區(qū)別，無功功率的單位定義為乏爾[Var]。平均功率P電感元件不耗能！電感元件雖然不耗能，但它與電源之間的能量交換始終在進(jìn)行，這種電能和磁場能之間交換的規(guī)?？捎脽o功功率來衡量。即：無功功率Q項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三【例2-4】在電壓為220V、工頻50Hz的電力網(wǎng)內(nèi)，接入電感L=0.127H、而電阻可忽略不計的電感線圈。試求電感線圈的感抗、電感線圈中電流的有效值及無功功率。解：項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三3.正弦交流電的純電容電路電容器由兩塊金屬板及兩極板中間的絕緣介質(zhì)（電介質(zhì)）構(gòu)成。用字母C表示。分類a有機(jī)介質(zhì)電容器（紙、有機(jī)薄膜）b無機(jī)介質(zhì)電容器（云母、瓷，玻璃）c空氣介質(zhì)電容器d電解電容器電容器的用途和性能取決于其所用的電解質(zhì)材料。廣泛應(yīng)用于電動機(jī)啟動，儲能元件，提高功率因數(shù)等。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三功能+－US+q-qEa充電一個極板接電源正極，另一個接負(fù)極，使電容器帶電的過程稱為充電。結(jié)果：把從電源獲得的電能儲存在電容器中，兩極板之間有電壓。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三+－US+q-qEb放電使充電后的電容器失去電荷的過程稱為放電。（用導(dǎo)線替換電源，兩極板電荷中和）結(jié)果：電容器放出電能，兩極板間不再存在電場，也沒有電壓。應(yīng)用電容是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，廣泛應(yīng)用于隔直、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路、能量轉(zhuǎn)換、控制電路等方面。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三電容對交流電的阻礙作用，稱為容抗，用XC表示。即：對直流電路，f=0,XC→∞純電容電路電容上的電壓u和電流i是一個同頻率的正弦量，并且電壓u在相位上比電流

i

滯后900。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三

C

uUICiuωt項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三電路的功率iup=uiωt電容充電;建立電場;p>0電容放電;釋放能量;p<0電容充電;建立電場;p>0電容放電;釋放電能;p<0項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三平均功率P電容元件不耗能，是一個儲能元件電感元件雖然不耗能，但它與電源之間的能量交換始終在進(jìn)行無功功率Q單位是var項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三【例2-5】將C=38.5μF的電容器接到U=220V的工頻電源上，求XC，I，QC。解：項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三（三）多參數(shù)組合正弦交流電路1.電阻與電感串聯(lián)電路電阻、電感元件串聯(lián)的交流電路，即RL串聯(lián)電路如下圖。在電路中的各元件通過同一電流i。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三設(shè):電壓三角形總電壓有效值：項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三電阻、感抗、阻抗三者之間也符合一個直角三角形的三邊關(guān)系，稱為阻抗三角形。電流和總電壓之間的相位差φ的大小取決于電路的電阻R和感抗XL的大小，而與電壓、電流的量值無關(guān)。阻抗角：項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三（1）有功功率為：cosφ為電路功率因數(shù)，是交流電路運(yùn)行狀態(tài)的重要數(shù)據(jù)之一，大小由負(fù)載性質(zhì)決定。（2）無功功率為：項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三視在功率S總電壓U和電流I的乘積叫做電路的視在功率。即：V·A(伏安)或KV·A(千伏安)單位視在功率用來表示電氣設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器等）的容量。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三2.功率因數(shù)的提高電源設(shè)備的容量：它的輸出功率：cosφ為電路的功率因數(shù)，是用電設(shè)備的一個重要參數(shù)。提高功率因數(shù)的意義（1）充分利用電源設(shè)備的容量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。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三（2）減小輸電線路上的能量損耗電流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cosφ。為了減小電能損耗，改善供電系統(tǒng)質(zhì)量，需提高cosφ。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三提高功率因數(shù)的方法用電設(shè)備的大多數(shù)都是異步電動機(jī)，它的電路相當(dāng)于電阻、電感串聯(lián)。可以用電容與之并聯(lián)以提高功率因數(shù)。項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三3.

日光燈的工作原理項(xiàng)目一照明電路交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路

（4）三相感應(yīng)電動機(jī)比直流電動機(jī)和其他類型的交流電動機(jī)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、價格低廉。三相交流電的優(yōu)點(diǎn)：（1）三相發(fā)電機(jī)比尺寸相同的單相發(fā)電機(jī)輸出的功率要大；

（2）三相發(fā)電機(jī)和變壓器的結(jié)構(gòu)及制造都不復(fù)雜，且使用和維護(hù)都較方便、運(yùn)轉(zhuǎn)時比單相發(fā)電機(jī)的振動??；

（3）在同樣條件下輸送同樣大的功率時，特別是在遠(yuǎn)距離輸電時，三相輸電線比單相輸電線可節(jié)約25%左右的線材；交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路1.三相交流電動勢的產(chǎn)生由三相繞組產(chǎn)生三相對稱的正弦交流電動勢，它們的頻率相同、振幅相同、相位互差120°，構(gòu)成三相電源。在三相交流發(fā)電機(jī)中有3個相同的繞組。3個繞阻的首端分別用U1、V1、W1表示，末端分別用U2、V2、W2表示。這3個繞組分別稱為U相、V相、W相繞組。交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路工作原理：動磁生電(尾端)+eAeBeCXABYCZ(首端)++–––定子轉(zhuǎn)子ZAXYNSC-+B???交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路相量圖波形圖e0eAeBeC2

120°240°360°相量表示EBEA..120°120°120°EC.三相電動勢瞬時表示式交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路對稱三相電動勢的瞬時值之和為0三相交流電到達(dá)正最大值的順序稱為相序。最大值相等頻率相同相位互差120°稱為對稱三相電動勢三個正弦交流電動勢滿足以下特征供電系統(tǒng)三相交流電的相序?yàn)锳BC交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路2.三相電源繞組的連接

三相發(fā)電機(jī)的三個繞組向外供電時，分星型（Y）連接和三角形（Δ）連接兩種。星型連接又可分為三相三線制和三相四線制（此時負(fù)載也必須是星型連接）。（1）三相電源繞組的星型連接

三相繞組的星型連接是把發(fā)電機(jī)三個線圈的末端X、Y、Z連接在一起，成為一個公共端點(diǎn)，由這一點(diǎn)及始端A、B、C向外引連接線，也稱為三相四線制。交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路中性線(零線、地線)中性點(diǎn)端線(相線、火線)在低壓系統(tǒng),中性點(diǎn)通常接地，所以也稱地線。XYZNBCAeA+–eC+–eB+–交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路相電壓：端線與中性線間（發(fā)電機(jī)每相繞組）的電壓線電壓：端線與端線間的電壓、Up、Ul由相量圖可得交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路相量圖30°AXYZNBCeA+–eC+–eB+–+–+–+––+–+–+

線電壓的有效值等于相電壓有效值的

倍，在相位上線電壓與其對應(yīng)的相電壓超前30度

。交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路（2）三相電源繞組的三角形連接

三相電源的三角形連接就是把三個電源首尾順次連接成三角形，從三個連接點(diǎn)引出3根輸電線與負(fù)載或電網(wǎng)連接的方式。–++–+BAC–線電壓=相電壓交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路3.三相負(fù)載的連接三相負(fù)載不對稱三相負(fù)載：

不滿足ZA=ZB=

ZC

（如由單相負(fù)載組成的三相負(fù)載）對稱三相負(fù)載：ZA=ZB=

ZC

（如三相電動機(jī)）分類單相負(fù)載：只需一相電源供電（照明負(fù)載、家用電器）

負(fù)載三相負(fù)載：需三相電源同時供電（三相電動機(jī)等）交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路線電流：流過端線的電流相電流：流過每相負(fù)載的電流結(jié)論：負(fù)載Y聯(lián)結(jié)時，線電流等于相電流。Y:三相三線制Y0：三相四線制(1)負(fù)載的星形連接N電源中性點(diǎn)N′負(fù)載中性點(diǎn)交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路1)負(fù)載端的線電壓＝電源線電壓2)負(fù)載的相電壓＝電源相電壓3)線電流＝相電流Y連接時：4)中線電流+ZBZCZAN'N++–––交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路（2）三相負(fù)載的三角形連接線電流:流過端線的電流相電流:流過每相負(fù)載的電流、、ZABZBCZCAACB+++–––交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路線電流不等于相電流相電流負(fù)載相電壓=電源線電壓即:UP=UL

一般電源線電壓對稱，因此不論負(fù)載是否對稱，負(fù)載相電壓始終對稱,即UAB=UBC=UCA=Ul=UP交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路三相負(fù)載的聯(lián)接原則負(fù)載的額定電壓=電源的線電壓應(yīng)作

聯(lián)結(jié)負(fù)載的額定電壓=電源線電壓應(yīng)作Y聯(lián)結(jié)

應(yīng)使加于每相負(fù)載上的電壓等于其額定電壓，而與電源的聯(lián)接方式無關(guān)。交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路4.三相負(fù)載的功率無論負(fù)載為Y或△聯(lián)結(jié)，每相有功功率都應(yīng)為

Pp=UpIpcosp對稱負(fù)載聯(lián)結(jié)時：對稱負(fù)載Y聯(lián)結(jié)時：當(dāng)負(fù)載對稱時：P=3UpIpcosp交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路同理相電壓與相電流的相位差所以交流電路模塊三項(xiàng)目二三相電路5.三相供電系統(tǒng)的組成