项目一日光灯电路的安装与测量

学习情境二交流稳态电路的分析与实践项目一日光灯电路的安装与测量职业技能目标：

项目教学目标*会用示波器观测正弦交流电的波形，测量其幅值和频率，会用双踪示波器观测同频率正弦电压的相位关系。*能完成日光灯电路的安装与测试。*会测量正弦交流电路中R、L、C元件的特性。*能测量单相交流电路的功率；会用“三表法”测量日光灯电路，并会求其参数。*会制作RLC串联电路并能完成电路的测试。*会提高日光灯电路的功率因数。*能利用相量进行正弦量的运算，能熟练地绘制简单电路的相量图，能熟练地利用相量法进行正弦交流电路分析。*会设计与安装照明电路。职业知识目标：

项目教学目标*熟练掌握正弦交流电的三要素，掌握正弦交流电有效值的概念

。*了解日光灯电路的组成，理解日光灯电路的工作原理。*熟练正弦量的相量表示法。*熟练掌握正弦交流电路中基尔霍夫定律的相量形式，电阻、电感和电容元件电压电流关系的相量形式。*掌握RLC串联电路的性质，掌握复阻抗的概念，理解阻抗三角形、电压三角形和功率三角形的关系。*掌握正弦交流电路有功功率、无功功率、视在功率、功率因数和复功率的计算；*掌握功率因数的概念及其提高方法。

职业素质目标：

*具有认真仔细的学习态度、工作态度和严格的组织纪律。*具有规范意识、安全生产意识和敬业爱岗精神。*具有独立学习能力、拓展知识能力以及承受压力能力。*具有良好沟通能力、良好团队合作能力和创新精神。项目教学目标任务一用示波器观测正弦交流电一、任务导入（1）什么是正弦交流电？与直流电、周期交流电相比有哪些区别？（2）正弦交流电有哪些优越性？TutuTt提出问题:二、任务实施一.观察示波器“标准信号”波形

将CH1或CH2测试线（红色夹子）接到示波器“CAL”输出端。改变触发源或调节触发电平数值，观察波形稳定情况。波形稳定后，用示波器测出该“标准信号”的峰峰值与周期，并与给定的标准值进行比较。测试值记录：U峰-峰=T=

二.测量信号发生器输出电压的幅值

将信号发生器输出频率调为f=1kHz，波形选择正弦波。由小到大调节输出幅值，用示波器和交流电压表分别测量，选取3个不同电压值记入表2-1-1，其中最后一次调为信号发生器最大输出电压值。由示波器测量结果计算出有效值并与交流电压表测量结果进行比较，选取一组数据画出波形图。二、任务实施表2-1-1测量信号发生器输出电压幅值记录测量次数123交流电压表读数U最大示波器测量峰-峰值有效值计算结果二、任务实施三.测量信号发生器输出电压的频率

将示波器接入信号发生器输出端，信号发生器输出调为U峰-峰=4V，波形选择方波，频率分别调为200Hz、1650Hz、5kHz（由信号发生器频率计读出），用示波器测出该信号的频率（采用两种测量方法），结果记入表2-1-2，选取一组数据画出波形图。测试时注意观察垂直耦合方式（DC/AC）改变对波形的影响，用文字叙述变化过程。二、任务实施表2-1-2示波器测量信号频率记录四.测量信号发生器同频率输出电压的相位差按图2-1-1接线。信号发生器输出频率f=1kHz、峰-峰值UP-P=4V的正弦波，用示波器同时观察信号源输出电压与电容电压的波形，调节R或C，观察波形的变化。记录R=2kΩ,C=0.2μF时观察到的波形，并测出它们的相位差。二、任务实施图2-1-1RC测试电路三、知识链接一、正弦交流电的定义二、正弦量的三要素1.最大值和有效值2.角频率3.初相位一、正弦交流电的定义时变电压和电流：

周期量：u、i随时间作周期性的变化；

交流量：若周期量其正半周期和负半周期的波形面积相等；

正弦量：若交流量随时间按正弦规律变化。

正弦交流电的解析式：i(t)=Imsin(wt+y)（2-1-1）正弦量的波形图：二、正弦量的三要素正弦量的三要素：1.最大值和有效值2.角频率3.初相位1.最大值和有效值

最大值（幅值）：瞬时值的最大数值，用大写字母带下标“m”表示,如Um、Im等。二、正弦量的三要素有效值：交流电“i”的大小等效于直流电“I”的热效应。热效应相当有效值也称方均根值。正弦量有效值与最大值的关系：其中：因此：同理有：注意：①只有周期性交流电才有有效值的概念，而非周期性交流电没有有效值的概念；②只有正弦交流电的最大值才等于有效值的倍。【例2-1-1】已知

试求有效值和时的瞬时值。解：

当所以2.角频率ω单位：rad/s（一个周期的弧度为2）二、正弦量的三要素相位角（相位）：角频率ω：正弦量相位随时间的变化速率,即周期T

：正弦量完成一次周期性变化所需的时间（单位：秒）频率：正弦量在1s时间内变化的周期数（单位：Hz）

中国电力标准频率：50Hz：t=0

时的相位，称为初相位（初相）。：正弦量的相位角（相位）。3.初相位正弦量的相位和初相与计时起点有关3.初相位若零点在坐标原点左侧，>0

若零点在坐标原点右侧，<0i

0（1）参考方向对正弦量的影响

图2-1-3（a）中，若参考方向反向，则式（2-1-1）变为

两个同频率正弦量相位之差φ(初相角之差)

（2）相位差超前：φ>0

滞后：φ

<0同相：φ=0正交：φ=π/2反相：φ=±π【例2-1-2】已知流过某电器的电流及其两端电压是工频正弦量，电流最大值为10A，电压最大值为100V，电压超前电流，试写出该正弦交流电流和正弦交流电压的解析式，

并画出波形图。

解：

选电流为参考正弦量，即则电压的初相位是得补充例题：

设有两个同频率的正弦电流，问哪一个电流超前？超前角度是多少？t解：因为j=y1-y2=60º-(-150º)=210º

表示i1比i2超前，超前的角度是210º。

或表示i2比i1超前，超前的角度是150º。

任务二日光灯电路的安装与电压、电流测量一、任务导入提出问题:⒈什么是相量？为什么正弦量可以用相量表示？⒉已知正弦量，如何写出正弦量的相量？反之，已知相量，又如何写出其对应的正弦量？⒊日光灯电路中的电源电压US为什么不等于镇流器两端电压UL和日光灯灯管两端电压UR之和？⒋在正弦交流电路中引入“相量”有什么好处？试举例说明。一、任务导入认识日光灯电路关系：图2-1-19日光灯工作原理图（a）日光灯实际电路图（b）启辉器结构

开关S闭合时，日光灯不导电，全部电压通过镇流器和灯管的两侧灯丝加在启辉器两触片之间，于是启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与定片接通，于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器；短时间后双金属片冷却收缩，使动片与定片断开，电路中电流突然减少，根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400V至500V的高压，灯管汞气电离，产生放电，日光灯的“电阻”进入负阻区，日光灯开始工作发光。日光灯工作原理启辉过程

日光灯正常发光后，由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。

正常发光图2-1-2图中：R是灯管的等效电阻，XL是镇流器的感抗，RL是镇流器线圈的内阻。

日光灯工作后，灯管相当于一电阻R，镇流器可等效为电阻RL和电感L的串联，所以整个电路等效为一个R、L串联电路，其电路模型如图2-1-2所示。二、任务仿真⒈各电压有效值的关系⒉各电压瞬时值关系（相量关系）由仿真，得由仿真，得三、任务实施1.按图2-1-1(a)接线，短路开关S闭合。合上电源开关、观察日光灯启动情况。2.日光灯正常后，断开短路开关S，用交流电流表测量电路电流，交流电压表分别测量电源、灯管、镇流器两端的电压，记录于表2-1-1。表2-1-1电路电流I(A)电源电压US(V)镇流器电压UL(V)灯管电压UR(V)实测值总结结论但有四、知识链接一、复数二、正弦量的相量表示法三、相量形式的基尔霍夫定律1、复数的几种表示方法①代数形式A=a(实)+jb(虚)其中：(虚数单位)由上图可知baA+1+j0一、复数②三角形式③指数形式④极坐标形式（欧拉公式）

掌握利用计算器将复数的代数形式与极坐标形式进行互换（见附录二P295）。

2、复数的加减运算设：；则：＋1+jBAA+B+1+jBAA-B-B（加）（减）（乘）设：或：3、复数的乘除运算（除）由欧拉公式可知注意：j、-j、-1都是旋转因子实部相等，虚部互为相反数的两个复数。例：A＝a+jb＝r∠的共轭复数为A*＝a-jb＝r∠-

两共轭复数的乘积是一个实数：4、共轭复数+j+1二、正弦量的相量表示法重点与难点重点：1.熟练掌握正弦量的相量表示法；2.熟练画出正弦量的相量图。

难点：1.为什么正弦量可以用相量表示？2.如何利用相量进行正弦量的加减运算？直接进行正弦量的加减运算比较繁琐，但运用相量计算较方便！问题：已知日光灯电路中镇流器电压uL和灯管电压uR，如何计算电源电压uS？求：已知：前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。复习与引入——正弦量的表示方法相量重点、难点瞬时值表达式：i(t)=Imsin(wt+y)

⒈完整表达⒉三要素波形图：Imti优点缺点形象直观不便于运算相量表示法：用复数表示正弦量的方法。（1）正弦交流电路中，响应、激励同f，问题集中在有效值和初相；（2）一个复数可以同时表达一个正弦量的有效值和初相。优点：⒈体现三要素；⒉直观方便；⒊便于运算。（1）旋转矢量在虚轴上的投影与正弦电流的一一对应关系1.相量表示法初始矢量时刻

旋转因子旋转因子

：表示以角速度ω逆时针旋转。（2）正弦交流电路中各正弦量具有相同的旋转因子。正弦电流的有效值相量有效值相量最大值相量＋1＋j0常用(3)相量表示法：模值等于正弦量的最大值（或有效值），辐角等于正弦量的初相位。

正弦电流的最大值相量不考虑旋转正弦量的相量表示:相量的模表示正弦量的有效值相量的幅角表示正弦量的初相位

相量图：将同频率正弦量的相量画在复平面上所得的图。yiyu【例2-1-3】解：图2-1-12(a)中正弦交流电流和正弦交流电压分别为试用相量表示电流、电压并作相量图。

(a)电流、电压瞬时值参考方向(b)电压、电流相量参考方向故同频率的正弦量相加减运算就变成对应的相量相加减运算。2.同频率正弦量的运算定理：正弦量的和（差）的相量等于正弦量的相量和（差）。【例2-1-4】解：已知两个同频率正弦电流分别为

试求：

所以2.同频率正弦量的运算同频率正弦量的加、减运算也可借助相量图进行。相量图在正弦稳态分析中有重要作用，尤其适用于定性分析。波形图瞬时值相量图相量小结：正弦量的四种表示法

Ti

符号说明瞬时值

---小写u、i有效值

---大写U、I复数、相量

---大写

+“.”最大值

---大写+下标阅读材料1

正弦量的相量表示实质上是一种数学变换，将正弦量从时间域变换到相量域(或称频域，实际为复数)来讨论，一旦得到相量的结果，又变换回到时间域中去。而且这种对应关系非常简单，知道了正弦量，可以直接写出表示它的相量(复数)；知道了表示正弦量的相量，也可以直接写出它所代表的正弦量。用相量来代表正弦量大大简化了正弦交流电路的运算，这个概念是1893年德国-澳大利亚数学家和电气工程师斯坦梅茨最初提出的。阅读材料2电学名人（八）——斯坦梅茨斯坦梅茨（全名为CharlesProteusSteinmetz,1865-1923）是德国-澳大利亚数学家和工程师，在交流电路的分析中引入了相量方法并以其在滞后理论方面的著作而闻名。斯坦梅茨出生于德国的布勒斯劳，一岁时就失去了母亲。青年时期由于他的政治活动被迫离开德国，那时候，他正在布勒斯劳大学即将完成他的数学博士论文。他移居瑞士后又去了美国。1893年受雇于通用电气公司，同一年，他发表了论文，首次将复数应用于交流电路的分析中，而后其专著“交流现象的理论和计算”在1897年由McGraw-Hill出版社出版。他一生写了多本教材书，1901年成为美国电气工程协会（即后来的IEEE）的主席。TheInstituteofElectricalandElectronicEngineering六、评价与讨论⒈收集任务书⒉教师检查与评价检查学生的实验结果，从好与不足两方面实事求是地进行评价。学生在任务书上进行自评，然后组长把任务书收集起来交给老师。⒊讨论围绕咨询问题进行讨论，重点讨论如下问题：讨论题

⒈写出下列各正弦量对应的相量，并绘出相量图。

⒊已知日光灯电路中电流镇流器电压灯管电压试求电源电压，并绘出相量图。

⒉已知工频电压和电流，写出其对应的正弦量。1.相量形式的KCL代数和：流出结点取“+”，反之取“-”。

=0表明：

…组成一个闭合多边形。

三、相量形式的基尔霍夫定律

正弦交流电路中，任一回路的各支路电压的相量的代数和为零，即

先选绕行方向，参考方向与绕行方向一致取“+”，反之取“-”。

=0表明：

…组成一个闭合多边形。2.相量形式的KVL任务三正弦交流电路中的R、L、C元件分析一、任务导入提出问题:⒈电阻元件中电压电流的相位关系是什么？

⒉电感元件中电压电流的相位关系是什么？⒊电容元件中电压电流的相位关系是什么？二、任务仿真⒈由仿真得，电阻元件的电压和电流的仿真波形如图2-1-21示，虚线为电压，实线为电流。结论：电阻元件的电压和电流同相位。图2-1-21电阻元件的电压和电流仿真波形二、任务仿真⒉由仿真得，电感元件的电压和电流的仿真波形如图2-1-22示，虚线为电压，实线为电流。

结论：电感元件的电压超前电流90°。图2-1-22电感元件的电压和电流仿真波形二、任务仿真⒊由仿真得，电容元件的电压和电流的仿真波形如图2-1-23示，虚线为电压，实线为电流。

结论：电容元件的电流超前电压90°。图2-1-23电容元件的电压和电流仿真波形三、知识链接一、电阻元件在正弦交流电路中的特性二、电感元件在正弦交流电路中的特性三、电容元件在正弦交流电路中的特性重点与难点重点：电阻元件上的电压和电流的关系。

难点：电阻元件的相量关系。一、电阻元件在正弦交流电路中的特性1.电压和电流的关系（1）瞬时关系关联参考方向下R+－u

i（a）电路图及瞬时值参考方向图2-1-26电阻中电流、电压的波形图与相量图（2）大小及相位关系结论：关联参考方向下电阻中的电压与电流同相位，它们的有效值仍遵循欧姆定律。得到则设(3)相量关系u

i0ωt+－R（b）波形图

（c）相量模型及相量参考方向（d）相量图图2-1-26电阻中电流、电压的波形图与相量图得相量模型图（c）（1）瞬时功率

交流电路中,任一瞬间,元件上电压的瞬时值与电流的瞬时值的乘积叫做该元件的瞬时功率,用小写字母p(t)表示,即设2.功率图2-1-27电阻元件瞬时功率波形图对于任何瞬间，恒有，因此，电阻是耗能元件。功率的单位为瓦(W）,工程上也常用千瓦（kW）,即（2）平均功率：

瞬时功率在一个周期内的平均值,用大写字母P表示。平均功率又称为有功功率。公式的形式与直流电路中的完全相同，但各符号的意义不同！！【例2-1-5】

一个标称值为“220V、75W”的电烙铁，它的电压为试求它的电流有效值和有功功

率，并计算它使用20小时所耗电能的度数。解：

电流的有效值为因所加电压为额定电压，所以其消耗的功率为75W

20h消耗电能为

重点与难点重点：电感元件上的电压和电流的关系。

难点：电感元件的相量关系。二、电感元件在正弦交流电路中的特性（1）瞬时关系关联参考方向下（a）电路图及瞬时值参考方向1.电压和电流的关系（2）大小及相位关系XL称为感抗,当ω的单位为1/s，L的单位为H时，XL的单位为Ω。

设则有f↑，XL↑

。直流：ω=0，XL＝0。“通直”

电感元件上电压较电流超前90°图3－21电感中电流、电压的波形图与相量图相位关系（b）波形图（c）相量模型及相量参考方向（d）相量图

（3）相量关系(2-1-17)(2-1-20)(2-1-21)【例2-1-7】

解：如图2-1-29(a)所示电路中，已知电流表

的读数均为5A，试求电流表A的读数。图2-1-29例2-1-7图设端电压为参考相量，即

（1）方法一：选定电压、电流的参考方向如图2-1-29（a）所示，则(与电压同相)

(滞后于电压）由相量形式的KCL，有所以电流表A的读数为

方法二：画出对应的相量图如图2-1-29(b)所示，由相量图得电流表A的读数=（1）瞬时功率设通过电感元件的电流为则(2-1-22)2.功率图2-1-30电感元件瞬时功率波形图（2）平均功率结论：电感元件是储能元件。电感元件在交流电路中，虽然不消耗电能，但它还要和电源不断地进行能量交换。第一个周期:吸收能量并储存；

第二个周期:释放能量定义：把电感元件上电压有效值和电流有效值的乘积叫做电感元件的无功功率,用ＱL表示。

QL：表示感性无功功率。单位：“乏”（var）或“千乏”（kvar）物理意义：QL等于瞬时功率的最大值，也就是电感元件与外电路交换能量的最大速率。（3）感性无功功率

（1）解：(1)电感元件的电流解析式和吸收的无功功率QL；(2)f=150Hz时，U不变，L上的I和QL

？【例2-1-8】

将一个0.6H的电感元件,接到电压为的电源上,试求电流解析式为电感元件吸收的无功功率为

吸收的无功功率也减小为原来的1/3，即【例2-1-8】续

（2）感抗与频率成正比，频率变为原来的3倍，则感抗也变为原来的3倍，电压有效值不变，则根据

电流变为原来的1/3，即重点与难点重点：电容元件上的电压和电流的关系。

难点：电容元件的相量关系。三、电容元件在正弦交流电路中的特性（1）瞬时关系关联参考方向下图2-1-31（a）电路图及瞬时值参考方向1.电容元件电压和电流的关系设则有XC称为容抗,当ω的单位为1/s，C的单位为F时，XC的单位为Ω。

（2）大小及相位关系f↑，Xc↓。直流：ω=0，Xc＝∞。“隔直”图2-1-31电容中电流和电压的波形图与相量图相位关系（d）相量图（b）波形图（c）相量模型及相量参考方向（3）相量关系2.电容元件的功率（1）瞬时功率（设）图2-1-32电容元件的瞬时功率（2）平均功率定义：把电容元件上电压的有效值与电流的有效值的乘积,称为电容元件的无功功率,用QC表示。即QC：表示容性无功功率。单位：乏（var）或千乏(kvar)。(3)容性无功功率物理意义：QC等于瞬时功率的最大值，也就是电容元件与外电路交换能量的最大速率。【例2-1-9】

有一电容元件，电容量接在的正弦交流电源上。求：（1）容抗

功功率（2）若电源频率增加到150Hz，容抗、电流和无

功功率又是多少？解：

（1）容抗为电容电流为无功功率为（2）容抗与频率成反比，频率变为原来的3倍，则容抗变为原来的1/3，即

电压有效值不变，则根据电流变为原来的3倍,即

吸收的无功功率也变为原来的3倍，即

电路电压和电流的大小关系相位关系阻抗功率相量关系电阻R感抗容抗总结（1）并联（当电容量不够时）总的电荷量为并联的等效电容为电容元件的并联和串联(a)电容并联(b)等效电容图2-1-33电容的并联（2）串联（当单个电容耐压不够时）总电压为串联的等效电容为即同时有所以有：：＝：：(a)电容串联(b)等效电容图2-1-34电容的串联任务四RLC串联电路的测量与分析

一、任务导入提出问题:⒈电阻元件中电压电流的相量关系：⒉电感元件中电压电流的相量关系：⒊电容元件中电压电流的相量关系：复习:RLC串联电路中电压电流的相量关系怎样？二、任务仿真⒈选择工频电源电压有效值为220V，电阻R为3欧姆，电感L为0.0159H，电容C为3184.7μF，仿真时间0.2s，得RLC串联电路中电压电流仿真波形如下图2-1-40所示，虚线为电压，实线为电流。结论：感性RLC串联电路中电压超前电流。图2-1-40感性RLC串联仿真电路的电压电流相位关系

二、任务仿真⒉选择工频电源电压有效值为220V，电阻R为3欧姆，电感L为0.003185H

，电容C为636.9μF

，仿真时间0.2s，得RLC串联电路中电压电流仿真波形如下图2-1-41所示，虚线为电压，实线为电流。结论：容性RLC串联电路中电流超前电压。图2-1-41容性RLC串联仿真电路的电压电流相位关系

四、知识链接一、RLC串联电路的电压电流关系

二、RLC串联电路的相量图一.电压和电流的关系设则所以相量形式的欧姆定律jLR+-+-+-+-图2-1-43RLC串联电路(b)相量模型及参考方向定义：复阻抗代数量复阻抗的极坐标形式：复阻抗的模辐角、关联参考方向Z的实部为R,称为“电阻”,Z的虚部为X,称为“电抗”,它们之间符合阻抗三角形。图2-1-44阻抗三角形阻抗三角形

Z是一个复数,所以又称为复阻抗,|Z|是阻抗的模,

j为阻抗角。复阻抗的图形符号与电阻的图形符号相似。复阻抗的单位为Ω。1.电感性电路:XL>XC

此时X>0,

j

>0。

2.电容性电路:XL<XC

此时X<0,

j

<0。

3.电阻性电路（电路发生谐振）:XL=XC

此时X=0,

j=0。电路的三种性质讨论电压：j=yu-yi为关联参考方向下电压相量超前电流相量的角度，等于阻抗角图2-1-45RLC串联电路的相量图二、相量图画相量图：选电流为参考相量(wL>1/wC)电压三角形UXU

日光灯导通后，镇流器与灯管串联，镇流器可用电感元件作为其模型，灯管可用电阻元件作为其模型。一个日光灯电路的R=300Ω，L=1.66H，工频电源的电压为220V。试求：电源电压与灯管电流的相位差、灯管电流、灯管电压和镇流器电压。解：镇流器的感抗电路的阻抗例2-1-10（一）电路的阻抗所以在关联参考方向下电源电压比灯管电流超前60°。灯管电流灯管电压、镇流器电压各为例2-1-11（一）如图2-1-47(a)所示电路中，已知电压表的读数均为50V，试求电压表V的读数。解：设端电流为参考相量，即

（1）方法一：选定各元件电压的参考方向如图2-1-47(a)所示，则例2-1-11（二）(与电压同相)(超前于电流）(滞后于电流）由相量形式的KVL，有所以电压表V的读数为。方法二：画出对应的相量图如图2-1-47(b)所示，由相量图得电压表V的读数=

任务五测量日光灯电路的有功功率及其交流参数

兆欧表功率表功率因数表接地电阻测量仪一、有功功率表及其使用电流线圈：与负载串联，反映流过负载的电流；电压线圈：与负载并联，反映负载两端的电压。2、图形符号：“用一个圆加一条水平粗实线来表示电流线圈，用一条竖直细实线来表示电压线圈。”。1、结构

通过电流线圈的电流I1为负载电流的有效值，即电压线圈的I2=U/R，测量机构指针偏转角为分格常数：3、工作原理

结论：偏转角与负载功率成正比。4、功率表的读数可携式功率表一般都具有多个量限，但标尺只有一条。因此功率表的标尺只标注分格数，在不同的电流、电压量限时，每分格所代表的瓦数也不同。多量程功率表图2-1-59多量程功率表的电压支路接线图图2-1-60用连接片改变功率表电流量程接线图一、任务导入提出问题:⒈怎样测量日光灯电路的功率？⒉如何正确读出有功功率表的读数？⒊如何求出日光灯电路的交流参数？一、任务导入图2-1-56测量日光灯电路有功功率接线图

三、任务实施1.按图2-1-56接线，短路开关S闭合。合上电源开关、观察日光灯启动情况。2.日光灯正常后，断开短路开关S，用交流电流表测量电路电流，有功功率表测量日光灯电路的功率，记录于表2-1-9。表2-1-9测量值计算值U（V）I（A）P（W）UL（V）UR（V）Z（Ω）R（Ω）XL（Ω）L（H）COSφ220V三、任务实施日光灯电路的交流参数可用下列计算公式求得：四、知识链接一.有功功率表及其使用二.单相交流电路中的功率与功率因数1.有功功率2.无功功率3.视在功率4.复功率拓展知识——用相量法分析正弦交流电路图3－42(a)一端口网络及参考方向φ是关联参考方向下电压超前电流的角度，即该无源一端口网络的等效阻抗的阻抗角。Pu+-i二.单相交流电路中的功率与功率因数1.有功功率一端口网络吸收的瞬时功率二.单相交流电路中的功率与功率因数(2-1-55)1.有功功率将式(2-1-55)括号内的第二项展开，整理得Pa0ωtUIcosφUIcosφPr0ωtUIsinφUIsinφ(a)有功分量(b)无功分量结论：正弦电流电路中无源一端口网络吸收的有功功率不等于电压与电流有效值的乘积，还与λ成正比。一端口网络的功率因数φ称为功率因数角，它等于一端口网络的等效阻抗的阻抗角。φ=0，λ=1，P=UI，一端口网络等效于一个电阻；

φ=±π/2，λ=0，P=0，一端口网络等效于一个电抗。2.无功功率Q

无功功率：瞬时功率无功分量的最大值讨论：(1)φ=0,一端口网络等效于一个电阻,它吸收的Q=0。

(2)感性一端口网络,φ

>0,Q>0,习惯上把它看作吸收（消耗）无功功率；容性一端口网络,φ

<0,Q<0,习惯上把它看作提供（产生）无功功率。(3)

φ=π/2，一端口网络等效于一个电感，它吸收的Q=UI=QL；φ=-π/2，一端口网络等效于一个电容，它吸收的Q=-UI=-QC。讨论：(4)若一端口网络既有电感又有电容，则它们在一端口网络内部先自行交换一部分能量,其差额再与外电路进行交换，一端口网络由外电路吸收的无功功率为(5)虽然无功功率在平均意义上并不做功，但在电力工程中也把无功功率看作可以“产生”或“消耗”的。在电力工程中无功功率的“产生”或“消耗”一般都是对感性无功功率而言的。(6)无功功率平衡：一端口网络吸收的无功功率等于各部分消耗的无功功率的代数和。(7)在实际应用中，为了减小电源供给的无功功率，可以在感性的一端口网络中增添（并联）电容元件。2.无功功率Q

图2-1-63功率三角形单位：V·A（伏安），

kV·A（千伏安）

视在功率：对于一端口网络，定义其端口电压、端口电流有效值的乘积。3.视在功率S

负载+_

一端口网络的、为关联参考方向，吸收的有功功率为P，无功功率为Q，定义一端口网络的复功率为设则4.复功率总结有功、无功、视在功率及复功率的关系：有功功率:P=UIcosj单位：w无功功率:Q=UIsinj单位：var视在功率:S=UI

单位：VAjSPQj|Z|RXjUURUXRX+_+_ºº+_功率三角形阻抗三角形电压三角形任务六提高日光灯电路的功率因数一、教学目标通过测量日光灯电路的功率因数，达到下列教学目标：1、学习正弦交流电路功率因数的测量方法及功率因数表的接线；2、理解正弦交流电路提高功率因数的意义。3、掌握提高正弦交流电路功率因数的方法。二、工作任务

按图2-1-76接线，短路开关S闭合。合上电源开关，使日光灯点亮工作。

日光灯正常发光后，断开短路开关S，逐渐增大电容C值，分别读取电流表和功率因数表数值。

图2-1-76仪器设备1、单相交流电源2、日光灯管、镇流器DS-C09单元板3、熔断器、启辉器DS-C20单元板4、功率因数表2A、220V,DS-C095、交流电流表0～500mADS-C046、并联电容器组∑C=10µF,400V,DS-C22

7、三相负荷开关中的一相DS-C18

三、实践知识

1、理解短路开关S对电流表和功率因数表的保护作用；2、学会功率因数表的接线与读数；3、实验中观察：⑴随着C值增大，电流表A的读数如何变化？⑵随着C值增大，功率因数表cosφ的读数如何变化？是否并联电容器的电容量越大，功率因数就越高？现象1：刚开始随着C增大，A减小；到达某一C值，A有一最小值；然后随着C增大，但A反而增大。现象2：刚开始随着C增大，cosφ（滞后）增大；到达某一C值，cosφ=1；然后随着C增大，cosφ（超前）减小。四、理论知识1、电力系统提高功率因数的意义是什么？（或者电力系统为什么要提高功率因数？）2、怎样提高电路（或日光灯电路）的功率因数？3、为什么并联电容器能提高功率因数？重点与难点重点：提高功率因数的意义和方法。

难点：提高功率因数的分析方法。1、电力系统提高功率因数的意义是什么？（或者电力系统为什么要提高功率因数？）*设备额定容量SN

向负载送多少有功要由负载的功率因数决定。SN75kVA负载P=SNcosjcosj=1,P=SN=75kWcosj=0.7,P=0.7SN=52.5kW*一般用户：功率因数较低。异步电动机空载cos=0.2-0.3，满载cos=0.7-0.85日光灯cos=0.45-0.6

(1)电源设备的容量不能得到充分利用。

P=UIcosj

，U、I一定，cosj↓，P↓(2)负载的cosj过低，在供电线路上要引起较大的能量损耗和电压降低。功率因数低带来下列问题：

总结原因：（1）为了充分利用电源设备的容量。（2）为了减少输电的电能损耗，提高电力系统的经济性，改善供电的电压质量。

3、为什么并联电容器能提高功率因数？2、怎样提高电路（或日光灯电路）的功率因数？提高日光灯电路功率因数的方法：采用电容器和负载并联。分析方法(难点之一）——（1）相量图分析法；（2）能量交换角度分析。（补充！）

如果是容性电路，要加一个线圈。

如果是感性电路，要加一个电容器。（1）相量图分析法LRC+_j1j2图2-1-77(a)接线图(b)相量图在并联C之前，日光灯电路中的电感单独与电源进行能量交换，它所消耗的无功功率全部由电源供给。（2）能量交换角度分析（补充！）并联C后，电源向负载输送的有功UILcosj1=UIcosj2不变，但是电源向负载输送的无功UIsinj2<UILsinj1减少了，减少的这部分无功就由电容器“产生”来补偿，使感性负载吸收的无功不变，而功率因数得到提高。j1j2PQCQLQ五、拓展知识1、提高功率因数,为什么采用并联电容器的方法而非串联?2、电力系统中常用什么方法提高功率因数？3、为什么并联电容器的电容量不是越大越好？（难点之二）1、提高功率因数,为什么采用并联电容器的方法而非串联?（1）因为日光灯电路中有电感，并联电容器可以提高功率因数，而串联电容器会改变日光灯的工作电压，可能使日光灯无法点亮。（2）电容器和电阻器正好相反，它是并联时增加电容器的容量，串联时减小电容器的容量，所以采用并联电容器的方法来提高功率因数。2、电力系统中常用什么方法提高功率因数？在电网的受电端接上一些同步电动机或同步调相机。3、为什么并联电容器的电容量不是越大越好？

补偿容量的确定：j1j2综合考虑，提高到适当值为宜[cosφ(滞后)=0.9左右]。图2-3-4补偿容量也可以用功率三角形确定：j1j2PQCQLQ图2-3-5已知：f=50Hz,U=380V,P=20kW,cosφ

1=0.6(滞后)。要使功率因数提高到0.9,求并联电容C。例P=20kWcosj1=0.6+_CLRC+_j1j2解：图2-3-6小结1、提高功率因数的意义是：（1）为了充分利用电源设备的容量。（2）为了减少输电的电能损耗，提高电力系统的经济性，改善供电的电压质量。

2、提高日光灯电路功率因数的方法是：采用电容器和负载并联。3、并联电容器能提高功率因数的原因：并联C后，电源向负载输送的有功UILcosφ1

=UIcosφ2不变，但是电源向负载输送的无功UIsinφ2

<UILsinφ1减少了，减少的这部分无功就由电容“产生”来补偿，使感性负载吸收的无功不变，而功率因数得到提高。思考题1.为什么不用串联电容器的方法提高功率因数？2.人工补偿时，并联电容器是不是越大越好？3.若将图2-3-1中的功率因数表改为瓦特表，如图2-3-7，当C值改变时，瓦特表的读数及日光灯支路的电流是否改变？为什么？4.一台250kVA的变压器，带功率因数cosφ

=0.8(φ

＞0)的负载满载运行，若负载端并联补偿电容，功率因数提高到0.9，求（1）补偿的无功功率QC；（2）此变压器还能外接多少千瓦的电阻性负载？图2-3-7思考题5.观察电路图2-3-8，回答问题：当电压U一定时，改变电容C的大小，交流电流表A、A1、A2的读数如何变化？为什么？图2-3-8综合实训2电气照明电路的设计与安接

【实训目的】1.训练设计实际电路的能力；2.培养团结协作的精神；3.进一步锻炼实际动手能力。【实训器材】（1）实训工作台（2）总开关（3）电度表（4）断路器（5）各种开关（6）插座（空调插座与一般插座）（6）连接导线（6）万用表（8）螺丝刀、剥线钳、斜口钳【实训内容】1.利用相邻两个实训台模拟二室一厅房屋；2.四人一组合作完成设计与装接。【设计要求】（1）电源由客厅内的电度表和总开关引入（2）吊灯一盏（由6个白炽灯组成）（3）走廊灯一盏（需在客厅和卧室两地均可控制）（4）电源插座一个（5）空调插座一个1.客厅设置（1）日光灯一盏（2）空调一部（3）调光灯一盏（4）插座一个【实训步骤】1.每组按照房间设计并绘制出电路图；2.检查所需元器件的好坏；3.根据设计装接电路；4.老师检查后通电运行。【注意事项】1.火线进开关，零线接灯头；2.火线用有颜色的导线，零线用黑线，保护地线用黄绿相间线；2.卧室设置3.接线工艺要求：横平竖直