项目三、家庭用电线路的设计与安装

1、实用电工知识 咸阳市技工学校电工教研室咸阳市技工学校电工教研室 周景琪主讲周景琪主讲 实用电工知识 项目三：家庭用电线路的设计与安项目三：家庭用电线路的设计与安 装装 一一 任务任务1:家庭用电线路的认识家庭用电线路的认识 一一 一一 任务任务2:2:家庭用电线路的设计家庭用电线路的设计 任务任务3:3:家庭用电线路的安装家庭用电线路的安装 实用电工知识 实用电工知识 任务一：认识家用电路任务一：认识家用电路 一一 子任务子任务1: 两个开关控制一盏灯两个开关控制一盏灯 一一 一一 一一 子任务子任务2:电度表的安装及使用电度表的安装及使用 任务任务3: 3: 功率的使用功率的使用 任务任务4

2、: 4: 日光灯的安装及维修日光灯的安装及维修 实用电工知识 实用电工知识 实用电工知识 一、基本结构 功率表大多采用电动式仪表的测量机构。它与电动式电压功率表大多采用电动式仪表的测量机构。它与电动式电压 表和电流表在结构上的区别是：其固定线圈和可动线圈不是串表和电流表在结构上的区别是：其固定线圈和可动线圈不是串 联成一条支路，而是将固定线圈与负载串联，称为电流线圈，联成一条支路，而是将固定线圈与负载串联，称为电流线圈， 可动线圈串联后与负载并联，称为电压线圈。可动线圈串联后与负载并联，称为电压线圈。 功率表用于测量直流电路和交流电路的功率，又称电力表功率表用于测量直流电路和交流电路的功率，又

3、称电力表 或瓦特表。在交流电路中，由于测量电流的相数不同又分为单或瓦特表。在交流电路中，由于测量电流的相数不同又分为单 相功率表和三相功率表相功率表和三相功率表。 功率表 实用电工知识 功率的测量 单相交流和直流功率的测量单相交流和直流功率的测量 通常用电动式仪表来测量功率通常用电动式仪表来测量功率 功率表的接线图功率表的接线图 电压线圈电压线圈 电流线圈电流线圈 u i2 i1=i + * * 负负 载载 固定线圈：匝数少，导线粗，固定线圈：匝数少，导线粗， 与负载串联，作为电流线圈。与负载串联，作为电流线圈。 可动线圈：匝数多，导线细，可动线圈：匝数多，导线细， 与负载并联，作为电压线圈。

4、与负载并联，作为电压线圈。 实用电工知识 电压线圈后接。电压线圈后接。 功率表 实用电工知识 （一）功率表的接线原则（一）功率表的接线原则 （1）电流）电流线圈标有线圈标有“* *”号的端应接电源，另一端接负载。号的端应接电源，另一端接负载。 功率表 （2）电压线圈上标有）电压线圈上标有 “* *”号的电压端钮可以接号的电压端钮可以接 至电流线圈的任一端，电压至电流线圈的任一端，电压 线圈的另一端则跨接至负载线圈的另一端则跨接至负载 另一端，即电压线圈另一端，即电压线圈“* *” 端有前接和后接之分，如图端有前接和后接之分，如图 所示，电压线圈前接。所示，电压线圈前接。 实用电工知识 （二）测

5、单相电路功率时的接法（二）测单相电路功率时的接法 被测电路功率小于功率表量程时，功率表可直接按上图接被测电路功率小于功率表量程时，功率表可直接按上图接 入电路。若被测电路功率大于功率表量程，必须加接电流互感入电路。若被测电路功率大于功率表量程，必须加接电流互感 器与电压互感器扩大其量程，其电路如下图所示。器与电压互感器扩大其量程，其电路如下图所示。 这时电路的功率为这时电路的功率为 式中，式中，P被测功率。被测功率。 121 PkkP P1功率表读数。功率表读数。 k1电流互感器比率。电流互感器比率。 k2电压互感器比率。电压互感器比率。 实用电工知识 （三）测三相电路功率时的接法（三）测三相

6、电路功率时的接法 功率表 1用三个单相功率表测三相四线制电路的功率用三个单相功率表测三相四线制电路的功率 用三个单相功率表测三相四线制电路功率的接线图如图用三个单相功率表测三相四线制电路功率的接线图如图 所示。所示。 这时电路的总功率为三只功率表读数之和这时电路的总功率为三只功率表读数之和。 实用电工知识 功率表 2用两只单相功率表测三相三线制电路的功率用两只单相功率表测三相三线制电路的功率 用两只单相功率表测三相三线制电路功率的接线图如图所用两只单相功率表测三相三线制电路功率的接线图如图所 示。示。 电路总功率为两只单相功率表读数之和，即电路总功率为两只单相功率表读数之和，即 21 PPP

7、此电路也可用于测量完全对称的三相四线制电路的功率。此电路也可用于测量完全对称的三相四线制电路的功率。 如果被测电路的功率因数低于如果被测电路的功率因数低于 0.5，就会有一只功率表的读数，就会有一只功率表的读数 为负值（指针反偏），这时可将显示负数功率表的电流线圈接为负值（指针反偏），这时可将显示负数功率表的电流线圈接 头反接即可。头反接即可。 实用电工知识 （1）选用功率表时应注意功率表的电流量程应大于被测）选用功率表时应注意功率表的电流量程应大于被测 电路的最大工作电流，电压量程也应大于被测电路的最高工作电路的最大工作电流，电压量程也应大于被测电路的最高工作 电压。电压。 三、功率表使用注

8、意事项三、功率表使用注意事项 （2）功率表的表盘刻度只标明分格数，往往不标明瓦特）功率表的表盘刻度只标明分格数，往往不标明瓦特 数。不同电流量程和电压量程的功率表，每个分所代表瓦数不数。不同电流量程和电压量程的功率表，每个分所代表瓦数不 一样，在测量时，应将指针所示分格数乘上分格常数，才能得一样，在测量时，应将指针所示分格数乘上分格常数，才能得 到被测电路的实际功率。到被测电路的实际功率。 实用电工知识 功率的测量 在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量在三相三线制中，广泛采用两功率表来测量 三相功率。三相功率。 A Z iA W1 W2 * * * * B Z C Z iB iC A B C

9、 两功率表测量三相功率两功率表测量三相功率 可见，三相功率可用两个功率表来测量。可见，三相功率可用两个功率表来测量。 实用电工知识 ZU U ZV ZW V W N * W1 * * W2 * * W3 * 3. 三表法三表法 3 3 2 21 1 P P P PP PP P 4. 三相功率表法三相功率表法 * 三相功率表三相功率表 * VWU IU IW UV W 读数为三读数为三 相总功率相总功率 三相功率的测量三相功率的测量 实用电工知识 三相功率的测量三相功率的测量 1 1 3 3P PP P （三相对称负载）（三相对称负载） 两表法测三相功率两表法测三相功率 * * U W1 V W

10、 Y接接 或或 接接 * * W2 2 21 1 P PP PP P Z U ZZ V W N 一表法测三相功率一表法测三相功率 * W1 * 实用电工知识 子项目三 电度表的使用 实用电工知识 实用电工知识 电度表：用于测量负载在一定时间内所耗电能的仪表。电度表：用于测量负载在一定时间内所耗电能的仪表。 电度表及电能的测量 分类：单相电度表、三相电度表。分类：单相电度表、三相电度表。 规格：规格：2 A、4 A、5 A、10 A、 20 A。 本节只介绍单相电度表，单相本节只介绍单相电度表，单相 电度表外形如图所示。电度表外形如图所示。 实用电工知识 一、结构及原理一、结构及原理 两个电磁铁

11、：一个线圈匝数多、线径小，与被测电路并联两个电磁铁：一个线圈匝数多、线径小，与被测电路并联 称为电压线圈；另一个线圈匝数少、线径大，与被测电路串联称为电压线圈；另一个线圈匝数少、线径大，与被测电路串联 称为电流线圈。称为电流线圈。 电度表及电能的测量 一个铝盘：在电磁铁中因电磁感应产生感应电流，因而在一个铝盘：在电磁铁中因电磁感应产生感应电流，因而在 磁场力作用下旋转。磁场力作用下旋转。 一套计数机构：可在铝盘的带动下转动，改变电度表面板一套计数机构：可在铝盘的带动下转动，改变电度表面板 上的读数。电路中负载越大，电流越大，铝盘旋转越快，单位上的读数。电路中负载越大，电流越大，铝盘旋转越快，单

12、位 时间内读数越大。时间内读数越大。 实用电工知识 在电度表面板上方有一个长方形的窗口，窗口内装有机械在电度表面板上方有一个长方形的窗口，窗口内装有机械 式计数器，从左到右依次为千、百、十、个和十分位，如下图式计数器，从左到右依次为千、百、十、个和十分位，如下图 所示。两次读数之差即为所用电的度数。所示。两次读数之差即为所用电的度数。 二、电度表读数 电度表及电能的测量 实用电工知识 实用电工知识 电度表电度表有四个接线桩，从左到有四个接线桩，从左到右按右按 1、2、3、4 编号编号。直。直 接接线方法一般有两种：接接线方法一般有两种： 三、电度表的接线 四、电度表的选用 选用时应注意与电器的

13、总电流相适应。选用时应注意与电器的总电流相适应。 （1）按编号按编号 1、3 接进接进线（线（ 1 接相线，接相线，3 接接零线），零线），2、4 接出线（接出线（ 2 接接相线，相线，4 接接零线零线）。）。 （2）按编号按编号 1、2 接进接进线（线（ 1 接相线，接相线，2 接零线），接零线），3、4 接出线（接出线（ 3 接相线，接相线，4 接零线）。接零线）。 实用电工知识 * * 相线 中性线 入 入出出 单相电度表接线时，电流线圈与负载串联，单相电度表接线时，电流线圈与负载串联， 电压线圈与负载并联。单相电度表共有四根电压线圈与负载并联。单相电度表共有四根 连接导线，两根输入，两

14、根输出。电流线圈连接导线，两根输入，两根输出。电流线圈 及电压线圈的电源端应接在相（火）线上，及电压线圈的电源端应接在相（火）线上， 并靠电源侧。并靠电源侧。 实用电工知识 实用电工知识 三三.相关实践知识相关实践知识 实用电工知识 图图2.1 两室一厅配电接线图两室一厅配电接线图 说明：按一定比例制作模型，元器件按实际规格选用：合计说明：按一定比例制作模型，元器件按实际规格选用：合计 五间小屋，分别为客厅、卧室五间小屋，分别为客厅、卧室1和和2、卫生间、厨房。六路配、卫生间、厨房。六路配 线为：照明及吊扇、插座、客厅空调、卧室空调、热水器和线为：照明及吊扇、插座、客厅空调、卧室空调、热水器和

15、 备用。初步建立感性认识。备用。初步建立感性认识。 实用电工知识 表.元器件名细表 序序 号号 名称名称规格规格要求要求 1电度表电度表 单相电子式电度表单相电子式电度表 DDS106 型（长寿命型）型（长寿命型） 或或DDSY106型（预付费型（预付费 型）型） 设计使用功率设计使用功率11.5kw 2 漏电断路器漏电断路器 或断路器或断路器 DZ47LEDZ47LE C45N/1P16A 除两路空调外，其余均须除两路空调外，其余均须 有漏电保护有漏电保护 3灯开关灯开关按钮式按钮式 4插座插座 空调插座空调插座15A-20 厨房插座厨房插座20A 热水器插热水器插10A-15A 其余插座其

16、余插座10A 空调插座距地面空调插座距地面1.8m 厨房插座距地面厨房插座距地面1.3m 热水器插座距地面热水器插座距地面2.2m 其余插座距地面其余插座距地面0.3m 实用电工知识 相关理论知识链接：相关理论知识链接： 1家庭用电的电源家庭用电的电源 问题问题: :模块一中的交流电模块一中的交流电, ,也就是我们生活中的交流电，是怎样的也就是我们生活中的交流电，是怎样的 电源电源? ?它的大小、方向又是如何变化的？它的大小、方向又是如何变化的？ 1.1正弦交流电正弦交流电 1.1.1正弦电压与电流的参考方向正弦电压与电流的参考方向:交流电压的交流电压的 极性和电流的方向本是随时间而交变的，而

17、极性和电流的方向本是随时间而交变的，而 在电路图上只能标出一个方向，这就是参考在电路图上只能标出一个方向，这就是参考 方向。电压和电流的参考方向是代表它们在方向。电压和电流的参考方向是代表它们在 正半周时的方向。在图正半周时的方向。在图2.2中，在电压中，在电压u 的正的正 半周时，上端为正，电位高；下端为负，电半周时，上端为正，电位高；下端为负，电 位低。这时电压的参考方向与其实际方向位低。这时电压的参考方向与其实际方向 致，故电压为正值。在电压的负半周时，变致，故电压为正值。在电压的负半周时，变 为上负下正，这时它的参考方向与其实际方为上负下正，这时它的参考方向与其实际方 向相反，故为负值

18、。向相反，故为负值。 图图2.2 正弦交流电的方向正弦交流电的方向 电网电压和正弦信号发生器电网电压和正弦信号发生器 输出电压的正弦波形可用示输出电压的正弦波形可用示 波器观察。波器观察。 实用电工知识 1.1.2正弦量的三要素正弦量的三要素 1)正弦量正弦量快慢的要素：频率快慢的要素：频率f、周期、周期T和角频率和角频率表示正弦量变化的快表示正弦量变化的快 慢。慢。 例如，已知例如，已知f=1000 Hz，则，则 周期周期T正弦量变化一次所需的时间（单位：秒）正弦量变化一次所需的时间（单位：秒） 频率频率f每秒正弦量变化的次数（单位：每秒正弦量变化的次数（单位： Hz） 角频率角频率 ：每秒

19、正弦量转过的弧度（一个周期的弧度为每秒正弦量转过的弧度（一个周期的弧度为2） 关系：关系：f=1/T 中国电力标准频率：中国电力标准频率：50 Hz、美国：、美国：60 Hz 实用电工知识 由于正弦量的平均值为零，需引入衡量其大小的物理量。有效由于正弦量的平均值为零，需引入衡量其大小的物理量。有效 值、幅值和瞬时值是表示正弦量的大小量。值、幅值和瞬时值是表示正弦量的大小量。 瞬时值瞬时值正弦量任意瞬间的值（用正弦量任意瞬间的值（用i、u、e表示）表示） 幅幅 值值瞬时值之中的最大值（用瞬时值之中的最大值（用Im、Um、Em表示）表示） 有效值有效值交流电流的有效值是从交流电流与直流电流具有相等

20、的热效交流电流的有效值是从交流电流与直流电流具有相等的热效 应观点引出的。应观点引出的。 有效值为：有效值为： （这个式子适用于任何周期性变化量，但不能用于非周期量）。（这个式子适用于任何周期性变化量，但不能用于非周期量）。 对正弦量来讲：对正弦量来讲：I (有效值有效值)=I m(幅值幅值)/1.414 2)正弦量大小的要素正弦量大小的要素 实用电工知识 t+ ：正弦波的相位角或相位；正弦波的相位角或相位； ： t = 0 时的相位，称为初相位或初相角。时的相位，称为初相位或初相角。 初相位是指计时起点初相位是指计时起点O与周波起点与周波起点A（或（或B）的关系。计时起点（）的关系。计时起点

21、（t=0） 取得不同，初相位也就不同。取得不同，初相位也就不同。 例如在图例如在图2.3中给出了初相位为（中给出了初相位为（-120）和（）和（+120）两个例子。）两个例子。 图图2.3 正弦量的初相位正弦量的初相位 两个同频率正弦量的初相位之差，称为相位差。它是不随计时起点而两个同频率正弦量的初相位之差，称为相位差。它是不随计时起点而 变的。比较两个正弦量的相位，有超前和滞后等。变的。比较两个正弦量的相位，有超前和滞后等。 3)正弦量位置的要素：相位、初相位正弦量位置的要素：相位、初相位 实用电工知识 两种正弦信号的相位关系两种正弦信号的相位关系 同同 相相 位位 21 2 i 1 i 1

22、 2 t 0 21 落后于落后于 2 i 1 i 相相 位位 落落 后后2 2 i t 1 1 i 2 i 相相 位位 领领 先先 1 i0 21 领先领先 于于 1 i 2 i t 1 2 0 21 与与 1 i 2 i同相位同相位 实用电工知识 三相交流电路：三种电压初相位各差三相交流电路：三种电压初相位各差120。 B u C u A u t 实用电工知识 例例 已知正弦量的波形图如图已知正弦量的波形图如图2.3所示，所示， 试写出正弦量的解析式。试写出正弦量的解析式。 Vtu Vtu ) 6 sin(250 ) 3 sin(200 2 1 实用电工知识 1.2正弦交流电的相量表示法正弦

23、交流电的相量表示法 1.2.1 正弦波的表示方法：正弦波的表示方法： 波形图波形图 i t 瞬时值表达式瞬时值表达式301000sinti 相量相量 前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。 实用电工知识 概念概念 ：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线 段在纵轴上的投影值来表示。段在纵轴上的投影值来表示。 矢量长度矢量长度 = m U 矢量与横轴夹角矢量与横轴夹角 = 初相位初相位 矢量以角速度矢量以角速度 按逆时针方向旋转按逆时针方向旋转 tUu m sin m U t 1.2.2相量表示法相量表示法 实用电工

24、知识 一个正弦量由幅值、初相位和频率三个要素来确定。但一个正弦量由幅值、初相位和频率三个要素来确定。但 在家庭用电中，我们总是用的同一频率的交流电源，且在家庭用电中，我们总是用的同一频率的交流电源，且 频率是已知的工频频率是已知的工频50HZ，可不必考虑。因此，一个正，可不必考虑。因此，一个正 弦量由幅值（或有效值）和初相位就可确定。从而引出弦量由幅值（或有效值）和初相位就可确定。从而引出 向量向量的概念。的概念。 实用电工知识 IU 、 3）相量符号相量符号 包含包含幅度幅度与与相位相位的的信息。信息。 1）描述正弦量的有向线段称为相量描述正弦量的有向线段称为相量 。若。若其其 幅度用最大值

25、表示幅度用最大值表示 ，则用符号：则用符号： mm IU 、 相量的书写方式相量的书写方式 2）在实际应用中，幅度更多采用有效值，则用符号：在实际应用中，幅度更多采用有效值，则用符号： IU 、 实用电工知识 222 111 sin2 sin2 tUu tUu 1 U 1 2 U 2 2 U 落后于落后于 1 U 1 U 2 U 领先领先 落后落后 ？ 例例1：将：将 u1、u2 用用相量表示相量表示 相位：相位： 幅度：幅度：相量大小相量大小 12 UU 12 设：设： 实用电工知识 21 UUU 222 111 sin2 sin2 tUu tUu 同频率正弦波的同频率正弦波的 相量画在一起

26、，相量画在一起， 构成相量图。构成相量图。 例例2：同频率同频率正弦波相加正弦波相加 -平行四边形法则平行四边形法则 U 2 2 U 1 U 1 实用电工知识 注意注意 ： 1. 只有正弦量只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。才能用相量表示，非正弦量不可以。 2. 只有只有同频率同频率的正弦量才能画在一张相量图上，的正弦量才能画在一张相量图上， 不同频率不行。不同频率不行。 新问题新问题提出：提出： 平行四边形法则可以用于相量运算，但不方便。平行四边形法则可以用于相量运算，但不方便。 故引入故引入相量的复数运算法。相量的复数运算法。 相量相量 复数表示法复数表示法复数运算复数运算 实用电

27、工知识 sincosjUUjbaU 相量的复数表示相量的复数表示 a b U U j +1 将复数将复数 U 放到复平面上，可如下表示：放到复平面上，可如下表示： a b tg baU 1 22 实用电工知识 U eU jU jbaU j )sin(cos 代数式代数式 指数式指数式 极坐标形式极坐标形式 a b U U 实用电工知识 j eUjbaU 在第一象限在第一象限 设设a、b为正实数为正实数 j eUjbaU 在第二象限在第二象限 j eUjbaU 在第三象限在第三象限 在第四象限在第四象限 j eUjbaU 实用电工知识 解解： A506 .863010030 2 4 .141 j

28、I V5 .1901106022060 2 1 .311 jU 例例1: 已知已知: : V 3 314sin1 .311 A 6 314sin4 .141 tu ti 求：求： i 、u 的的 相量相量 实用电工知识 506 .863010030 2 4 .141 jI 5 .1901106022060 2 1 .311 jU 220 3/ U I 100 6/ A V 相量图相量图 实用电工知识 求：求： 21 ii 、 例例2：两个频率都为两个频率都为 1000 Hz 的正弦电流其相量形式为：的正弦电流其相量形式为： A10 A60100 30 2 1 j eI I A )306280s

29、in(210 A )606280sin(2100 2 1 ti ti 解解： 6280100022f s rad 实用电工知识 正弦波的四种表示法正弦波的四种表示法 波形图波形图 瞬时值瞬时值 相量图相量图 复数复数 符号法符号法 UeUjbaU j tUu m sin T m U t u U u 实用电工知识 正弦量的文字符号 瞬时值有效值幅值有效值相量幅值相量 电压uU 电流iI 实用电工知识 2. 家庭用电的负载 问题:我们生活中的用电器就是电源的负载， 负载有哪些种类，各种间有什么区别？ 2.1电阻性负载 : 图2.6 白炽灯电路 照明用的白炽灯是一个电阻性负载照明用的白炽灯是一个电阻

30、性负载R 电炉、电饭锅、电热水器、烘箱等电炉、电饭锅、电热水器、烘箱等 实用电工知识 u i R 根据根据 欧姆定律欧姆定律 iRu tIt R U R u i tUu sin2sin2 sin2 设设 则则 电阻元件的交流电路 实用电工知识 tIt R U R u i tUu sin2sin2 sin2 1. 频率相同频率相同2. 相位相同相位相同3. 有效值关系有效值关系：IRU 电阻电路电阻电路中电流、电压的关系中电流、电压的关系 4. 相量关系相量关系：设设 0UU U I 0 R U I 则则 RIU 或或 实用电工知识 电阻电路中的功率电阻电路中的功率 )(sin2 )(sin2

31、tUu tIi RuiRiup/ 22 u i R 1. 瞬时功率瞬时功率 p：瞬时电压与瞬时电流的乘积瞬时电压与瞬时电流的乘积 小写小写 实用电工知识 1. （耗能元件耗能元件）0p 结论：结论： 2. 随时间变化随时间变化p 22 iu 、 3. 与与 成比例成比例p RuiRiup/ 22 t u i p t 实用电工知识 TT dtiu T dtp T P 00 11 2. 平均功率（有功功率）平均功率（有功功率）P P：一个周期内的平均值一个周期内的平均值 UIdttUI T dttUI T T T 0 0 2 )2cos1 ( 1 sin2 1 大写大写 IUP 实用电工知识 dt

32、 di Lu 基本基本关系式关系式： i uL tIisin2设设 )90sin(2 )90sin(2 cos2 tU tLI tLI dt di Lu 则则 2.22.2电感元件的交流电路电感元件的交流电路 感性负载：空调、电动机、变压器等感性负载：空调、电动机、变压器等 实用电工知识 电感电路中电流、电压的关系电感电路中电流、电压的关系 1. 频率相同频率相同 2. 相位相差相位相差 90 （u 领先领先 i 90 ） )90sin(2 )90sin(2 tU tLIu tIisin2 i u t 90 U I LI I 设：设： 实用电工知识 3. 有效值有效值 LIU 感抗感抗（）LX

33、 L 定义：定义： )90sin(2 )90sin(2 tU tLIu L XIU 则：则： 实用电工知识 U I 4. 相量关系相量关系 )90sin(2 tUu tIisin2 0 II设设 ： 9090LIUU )( 9090 90 L j jXIeLIU L I U I U 则：则： 实用电工知识 感抗（感抗（XL =L ）是频率的函数，是频率的函数， 表示电感电路中电表示电感电路中电 压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。 XL LL XIU = 0 时时 XL = 0 关于感抗的讨论关于感抗的讨论 e + _ L R 直流直流 E +

34、 _ R 实用电工知识 电感电路中的电感电路中的功率功率 )90sin(2 sin2 tUu tIi tUI ttUIuip 2sin cossin2 1. 瞬时功率瞬时功率 p ： i uL 实用电工知识 储存储存 能量能量 P 0 P 0 t u i u i u i u i u i t 实用电工知识 2. 平均功率平均功率 P （有功功率）有功功率） 0)2(sin 1 1 0 0 dttIU T dtp T P T T 结论：结论：纯电感不消耗能量纯电感不消耗能量，只和电源进行，只和电源进行能量能量 交换交换（能量的吞吐）。（能量的吞吐）。 tUIuip2sin 实用电工知识 3. 3.

35、 无功功率无功功率 Q L L X U XIIUQ 2 2 Q 的单位：乏、千乏的单位：乏、千乏 ( (varvar、kvarkvar) ) Q 的定义：电感的定义：电感瞬时功率瞬时功率所能达到的所能达到的最大值最大值。用。用 以衡量电感电路中能量交换的规模。以衡量电感电路中能量交换的规模。 tUIuip2sin 实用电工知识 基本关系式基本关系式: dt du Ci 设设 ： tUusin2 u i C )90sin(2 cos2 tCU tUC dt du Ci 则：则： 2.32.3电容元件的交流电路电容元件的交流电路 容性负载：补偿电容柜容性负载：补偿电容柜 实用电工知识 1. 频率相

36、同频率相同 2. 相位相差相位相差 90 （u 落后落后 i 90 ） )90sin(2 tCUi tUusin2 电容电路电容电路中电流、电压的关系中电流、电压的关系 i u t 90 I CU U U 实用电工知识 3. 有效值有效值 或或 CUI I C U 1 容抗容抗（） C X C 1 定义：定义： C XIU 则：则： 实用电工知识 4. 相量关系相量关系 设设 ： 0UU 9090CUII I U )90sin(2 tCUi tUusin2 90 1 CI U 则：则： C XI j C IU 90 1 实用电工知识 E + - C X c 1 e + - 关于容抗的讨论关于容

37、抗的讨论 直流直流 是频率的函数，是频率的函数， 表示电容表示电容 电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦 波有效波有效。 容抗容抗）（ C X C 1 0 时时 c X C断路断路 实用电工知识 电容电路中的功率电容电路中的功率 u i )90sin(2 sin2 tUu tIi tIUuip2sin 1. 瞬时功率瞬时功率 p 实用电工知识 tIUuip2sin 充电充电 p 放电放电 放电放电 P 0 储存储存 能量能量 u i u i u i u i iu t t 实用电工知识 T T tIU T dtP T P 0 0 02sin 1

38、 1 2. 平均功率平均功率 P tIUuip2sin 实用电工知识 瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）瞬时功率达到的最大值（吞吐规模） 3. 无功功率无功功率 Q （电容性无功取负值）电容性无功取负值） UIQ tUIp2sin 实用电工知识 已知：已知： C 1F ) 6 314sin(27 .70 tu 求：求：I 、i 例例 u i C 解：解： 3180 10314 11 6 C X C 电流有效值电流有效值 mA2.22 3180 7 .70 C X U I 求电容电路中的电流求电容电路中的电流 实用电工知识 mA) 3 314sin(2 .222 ) 26 314sin(2 .22

39、2 t ti 瞬时值瞬时值 i 领先于领先于 u 90 电流有效值电流有效值 mA2.22 3180 7 .70 C X U I U I 6 3 相量图相量图 实用电工知识 R R、L L、C C电路的比较电路的比较 电路电路 参数参数 电路图电路图 （正方向）（正方向） 复数复数 阻抗阻抗 电压、电流关系电压、电流关系 瞬时值瞬时值有效值有效值相量图相量图相量式相量式 功率功率 有功功率有功功率 无功功率无功功率 R i u iRu R 设设 则则 tUusin2 tIisin2 IRU RIU U I u、 i 同相同相 UI 0 L i u dt di Lu C i u dt du Ci

40、 Lj jXL cj C j jXC 1 1 设设 则则 tIisin2 )90sin( 2 t LIu 设设 则则 tUusin2 )90sin( 1 2 t C U i LX IXU L L C X IXU C C 1 U I u领先领先 i 90 U I u落后落后i 90 L jXIU C jXIU 0 0 L XI UI 2 C XI UI 2 基本基本 关系关系 实用电工知识 * 电压、电流瞬时值的关系符合欧姆定律、克氏定律。电压、电流瞬时值的关系符合欧姆定律、克氏定律。 dt di LiR uuu LR uL i uR u R L 2.42.4简单正弦交流电路的关系简单正弦交流电

41、路的关系( (以以R-LR-L电路为例）电路为例） 实用电工知识 * 电流、电压相量符合相量形式的欧姆定律、克氏定律电流、电压相量符合相量形式的欧姆定律、克氏定律 U I L U R U ) LLR LLR jXRIUUU jXIURIU （ 、 R L I U R U L U 实用电工知识 R X | Z | Z为阻抗由电阻R和电抗X合成， 它们之间符合阻抗 三角形的关系。 R X XRZ arctan 22 电压有效值与电流有效值的关系： 阻抗三角形阻抗三角形 电压三角形电压三角形 *阻抗三角形、电压三角形阻抗三角形、电压三角形 电感性负载的特点是总电压的相位超前电流一个角度。 可以通过示

42、波器观察电压与电流的相位关系。 实用电工知识 *功率三角形及功率因数功率三角形及功率因数 电阻R: 消耗的有功功率P= IR 或 P=URI 单位为瓦（W）。 电感L: 纯电感是不消耗能量的，所以电感上的P=0；电感上的 无功功率为Q=IXL ， 单位为乏（VAR）。 S为视在功率：S=IU （VA） 可见S一定时，角的大小直 接影响到有功功率与无功功 率的大小的分配，为此把它 称为功率因数角，而COS称 为功率因数功率因数。 功率三角形功率三角形 实用电工知识 )90sin() 1 (2 )90sin()(2 sin2 t c I tLI tIRu tIisin2 若若 则则 CLR uuu

43、u 电流、电压的关系：电流、电压的关系： u R L C R u L u C u i （一）一） 2.5R-L-C2.5R-L-C串联正弦交流电路串联正弦交流电路 实用电工知识 CL CL XXjRI jXIjXIRIU 总电压与总电流总电压与总电流 的关系式的关系式 CLR UUUU 相量方程式：相量方程式： 则则 CC LL R jXIU jXIU RIU 相量模型相量模型 R L C R U L U C U I U 0II 设设（参考相量）（参考相量） 实用电工知识 R-L-C串联交流电路串联交流电路 - - 相量图相量图 先画出参先画出参 考相量考相量 CL XXjRIU 相量表达式：

44、相量表达式： CL UU R L C R U L U C U I U C U U L U I R U 电压三角形电压三角形 R CL 1 U UU tg 实用电工知识 Z：复数阻抗复数阻抗 实部为阻实部为阻 虚部为抗虚部为抗 容抗容抗 感抗感抗 CL XXjRIU CL XXjRZ令令 则则 ZIU R-L-C串联交流电路中的串联交流电路中的 复数形式欧姆定律复数形式欧姆定律 复数形式的复数形式的 欧姆定律欧姆定律 R L C R U L U C U I U 实用电工知识 在正弦交流电路中，只要物理量用相量表示在正弦交流电路中，只要物理量用相量表示, 元件参数用复数阻抗表示，则电路方程式的形元

45、件参数用复数阻抗表示，则电路方程式的形 式与直流电路相似。式与直流电路相似。 是一个复数，但并不是正弦交流是一个复数，但并不是正弦交流 量，上面量，上面不能加点不能加点。Z在方程式中只在方程式中只 是一个运算工具是一个运算工具。 Z Z 说明：说明： CL XXjRZ ZIU R L C R U L U C U I U 实用电工知识 关于复数阻抗关于复数阻抗 Z Z 的讨论的讨论 iu i u I U Z I U I U Z ZIU 由复数形式的欧姆定律由复数形式的欧姆定律可得：可得： 结论：结论：的模为电路总电压和总电流有效值之比，的模为电路总电压和总电流有效值之比， 而而的幅角则为的幅角则

46、为总电压和总电流的相位差。总电压和总电流的相位差。 iu I U Z （二）二） （）（）Z和总电流、总电压的关系 和总电流、总电压的关系 实用电工知识 （）（） Z Z 和电路性质的关系和电路性质的关系 CL XXjRZZ 一定时电一定时电 路性质由参路性质由参 数决定数决定 R XX tg CL iu 1 当当 时时， 表示表示 u 领先领先 i 电路呈电路呈感性感性 CL XX 0 CL XX 0当当 时，时， 表示表示 u 、i同相同相 电路呈电路呈电阻性电阻性 CL XX 0 当当 时时， 表示表示 u 落后落后 i 电路呈电路呈容性容性 阻抗角阻抗角 实用电工知识 （）阻抗（）阻抗

47、（Z Z）三角形三角形 R XX tg XXRZ CL CL 1 22 )( ZXXjRZ CL )( Z R CL XXX 阻抗阻抗 三角形三角形 实用电工知识 （）（）阻抗三角形和电压三角形的关系阻抗三角形和电压三角形的关系 电压三电压三 角形角形 阻抗三阻抗三 角形角形 相相 似似 CL CLR XXjRI UUUU CL XXjRZ Z R CL XXX C U R U U L U CL UU I 实用电工知识 （三）三）R、L、C 串联电路中的功率计算串联电路中的功率计算 CLR pppiup 1. 瞬时功率瞬时功率 2. 平均功率平均功率 P （有功功率）有功功率） RIIUP d

48、tppp T pdt T P RR T CLR T 2 0 0 )( 1 1 u R L C R u L u C u i 实用电工知识 总电压总电压总电流总电流u 与与 i 的夹角的夹角 IUP R 平均功率平均功率P与总电压与总电压U、总电流总电流 I 间的关系：间的关系： R U U CL UU COS - 功率因数功率因数 cosUU R 其中：其中： cosUIP 实用电工知识 在在 R、L、C 串联的电路中，串联的电路中，储能元件储能元件 R、L、C 虽然不消耗能量虽然不消耗能量，但存在能量吞吐，但存在能量吞吐， 吞吐的规模吞吐的规模用用 无功功率来表示。其大小为：无功功率来表示。其

49、大小为： sinIU IUU IUIU QQQ CL CL CL ）（ ）（ 3. 无功功率无功功率 Q： R U U CL UU 实用电工知识 4. 视在功率视在功率 S： 电路中总电压与总电流有效值的乘积。电路中总电压与总电流有效值的乘积。 UIS 单位：伏安、千伏安单位：伏安、千伏安 P Q S 注：注： SU I 用来用来衡量发电机可能提供的最大功衡量发电机可能提供的最大功 率率（额定电压（额定电压额定电流）额定电流） 视在功率视在功率 UIS 5. 功率三角形：功率三角形： sinUIQ 无功功率无功功率 cosUIP 有功功率有功功率 实用电工知识 R U U CL UU 电压三角

50、形 S Q P 功率三角形 CL XX Z R 阻抗三角形阻抗三角形 R L C R U L U C U I U 实用电工知识 （一）（一） 简单串并联电路简单串并联电路 Z1 Z2 I i U o U oiO uU ZZ Z U 21 2 i Z1 Z2 i u o u 2.62.6简单的正弦交流电路分析简单的正弦交流电路分析 实用电工知识 Z1Z2 I 2 I i U 1 I i Z1Z2 i u 1 i 2 i YUYYUI ）（ 21 Y1、Y2 - 导纳导纳 ）（ 2121 21 11 ZZ U Z U Z U III Y1Y2 实用电工知识 实用电工知识 任务二：家用电路的设计任务

51、二：家用电路的设计 一一 子任务子任务1: 开关的选择及安装要求开关的选择及安装要求 一一 一一 一一 子任务子任务2:电线的选择及安装要求电线的选择及安装要求 子任务子任务3: 3: 电度表大小的选择电度表大小的选择 任务任务4: 4: 空气开关的选择空气开关的选择 实用电工知识 家庭用电线路的设计家庭用电线路的设计 问题：家电的功率是多少？导线如何选择？怎样更节能？问题：家电的功率是多少？导线如何选择？怎样更节能？ 1.家庭用电负荷的计算家庭用电负荷的计算 1.1家庭用电负荷的计算家庭用电负荷的计算: 90年代，按每平方米建筑面积年代，按每平方米建筑面积25瓦标准设计供电设瓦标准设计供电设

52、 施，两居室用户的用电量不超过施，两居室用户的用电量不超过1400瓦，三居室用户不瓦，三居室用户不 超过超过1700瓦。现行国家标准规定，一般两居室住宅用电瓦。现行国家标准规定，一般两居室住宅用电 负荷为负荷为4000瓦，进户铜导线截面不应小于瓦，进户铜导线截面不应小于10平方毫米。平方毫米。 这满足了大多数住户的要求，但对于电热设备多的住户宜这满足了大多数住户的要求，但对于电热设备多的住户宜 按按6kW-12kW/户考虑。户考虑。 实用电工知识 常用家用电器的容量范围大致如下：常用家用电器的容量范围大致如下： 微波炉为微波炉为600-1500瓦；电饭煲为瓦；电饭煲为5001700瓦；电磁瓦；

53、电磁 炉为炉为300瓦瓦1800瓦；电炒锅为瓦；电炒锅为800-2000瓦；电热水器为瓦；电热水器为 800-2000瓦；电冰箱为瓦；电冰箱为70250瓦；电暖器为瓦；电暖器为800-2500 瓦；电烤箱为瓦；电烤箱为8002000瓦；消毒柜为瓦；消毒柜为600-800瓦；电熨瓦；电熨 斗为斗为500-2000瓦；空调器为瓦；空调器为600-5000瓦。瓦。 考虑到远期用电发展，每户的用电量应按最有可能同时考虑到远期用电发展，每户的用电量应按最有可能同时 使用的电器最大功率总和计算，所用家用电器的说明书上都使用的电器最大功率总和计算，所用家用电器的说明书上都 标有最大功率，可以根据其标有最大功

54、率，可以根据其标注的最大功率，计算出总用电标注的最大功率，计算出总用电 量。量。 一定要按照电能表的容量来配置家用电器。如果电能表一定要按照电能表的容量来配置家用电器。如果电能表 容量小于同时使用的家用电器最大使用容量，则必须更换电容量小于同时使用的家用电器最大使用容量，则必须更换电 能表，并同时考虑入户导线的端面积是否符合容量的要求。能表，并同时考虑入户导线的端面积是否符合容量的要求。 实用电工知识 1.2导线的选择 进户线是按每户用电量及考虑今后发展的可能性选取的，进户线是按每户用电量及考虑今后发展的可能性选取的， 每户用电量为每户用电量为4kW5kW，电表为，电表为5(20)A，进户线为

55、，进户线为BV 一一310mm;每户用电量每户用电量6kW8kW，电表为，电表为15(60)A， 进户线为进户线为BV一一316mm，每户用电量为，每户用电量为10kW，电表，电表 为为20(80)A，进户线为，进户线为BV一一225+116。这样选择既。这样选择既 可满足要求又留有一定的裕量。户配电箱各支路导线为：可满足要求又留有一定的裕量。户配电箱各支路导线为： 照明回路为照明回路为BV-22.5mm，普通插座回路为，普通插座回路为BV一一 32.5mm，厨房回路、空调回路均为，厨房回路、空调回路均为BV一一340 mm。 铜芯线电流密度一般环境下可取铜芯线电流密度一般环境下可取45A/m

56、m。 实用电工知识 住宅内常用的电线截面住宅内常用的电线截面1.5m、2.5 m、4 m、6 m 、10 m、16 m 、25 m、35 m、50 m等。等。 另外住宅电气电路一定选用铜导线，因使用铝导线会埋下另外住宅电气电路一定选用铜导线，因使用铝导线会埋下 众多的安全隐患，住宅一旦施工完毕，很难再次更换导线，众多的安全隐患，住宅一旦施工完毕，很难再次更换导线， 因此，不安全的隐患会持续多年。因此，不安全的隐患会持续多年。 居民家庭用的保险丝应根据用电容量的大小来选用。如使居民家庭用的保险丝应根据用电容量的大小来选用。如使 用容量为用容量为5安的电表时，保险丝应大于安的电表时，保险丝应大于6

57、安小于安小于10安；如安；如 使用容量为使用容量为10安的电表时，保险丝应大于安的电表时，保险丝应大于12安小于安小于20安，安， 也就是选用的保险丝应是电表容量的也就是选用的保险丝应是电表容量的1.22倍。选用的保倍。选用的保 险丝应是符合规定的一根，险丝应是符合规定的一根，而不能以小容量的保险丝多根而不能以小容量的保险丝多根 并用，更不能用铜丝代替保险丝使用。并用，更不能用铜丝代替保险丝使用。 实用电工知识 1.3无功功率的补偿 目前市场上的大功率家用电器，大致分为电阻性 和电感性两大类。电阻性负载的家用电器以纯电 阻为负载参数，电流通过时会转换成光能、热能， 如白炽灯、电水壶、电炒锅、电

58、饭煲、电熨斗等。 电感性负载的家用电器电能转变为机械能或其他 形式的能量，如以电动机作动力的洗衣机、电冰 箱、抽油烟机、电风扇、空调器等。 由于感性负载的功率因数有时较低，使家庭用电 的总功率因数达不到要求的0.85以上，需进行功 率因数的提高，称为无功功率的补偿。 实用电工知识 三个问题: （1）什么是功率因数？）什么是功率因数？ （2）为什么要提高功率因数？）为什么要提高功率因数？ （3）怎么提高功率因数？）怎么提高功率因数？ 实用电工知识 日常生活中很多负载为感性的，其等效电路及相量日常生活中很多负载为感性的，其等效电路及相量 关系如下图。关系如下图。 u i R L R u L u C

59、OS I当当U、P 一定时，一定时， 希望将希望将 COS 提高提高 U I R U L U P = PR = UICOS 其中消耗的有功功率为：其中消耗的有功功率为： 实用电工知识 例例40W白炽灯白炽灯 1COS 40W日光灯日光灯 5 . 0COS A364. 0 5 . 0220 40 cos U P I 发电与供电发电与供电 设备的容量设备的容量 要求较大要求较大 供电局一般要求用户的供电局一般要求用户的 ， 否则受处罚。否则受处罚。 85. 0COS A182. 0 220 40 U P IcosUIP 实用电工知识 纯电阻电路纯电阻电路 )0( 1COS 10COSR-L-C串联

60、电路串联电路 )9090( 纯电感电路或纯电感电路或 纯电容电路纯电容电路 0COS)90( 电动机电动机 空载空载 满载满载 3 . 02 . 0COS 9 . 07 . 0COS 日光灯日光灯 （R-L-C串联电路）串联电路） 6 . 05 . 0COS 常用电路的功率因数常用电路的功率因数 实用电工知识 提高功率因数的措施提高功率因数的措施: u i R L R u L u 并电容并电容 C 实用电工知识 并联电容值的计算并联电容值的计算 u i R L R u L u C 设原电路的功率因数为设原电路的功率因数为 cos L，要求补偿到要求补偿到 cos 须并联多大电容？（设须并联多大