课题2 正弦交流电路

课题二正弦交流电路1.理解正弦交流电的基本概念及正弦交流电的三要素。2.掌握单一参数电路的电压、电流大小及相位关系。3.了解RL串联电路的特点。4.掌握三相交流电路中三相负载的星形联结和中性线的作用。5.了解三相交流电路中三相对称负载的三角形联结方式和三相电功率的概念。6.掌握电能的测量方法，能正确使用和安装单相电能表。7.能识别和检测电感和电容元件。图3-1交流发电机模型任务一认识单相正弦交流电图3-1所示为一个最简单的交流发电机模型，它是根据电磁感应原理制成的。课题三正弦交流电路1.交流电的产生和表示方法图3-2交流电压随时间变化的波形知识链接图3-2所示为交流电压随时间变化的波形。任务一认识单相正弦交流电课题三正弦交流电路图3-3交流电的有效值(1)瞬时值、最大值和有效值2.正弦交流电的三要素1)瞬时值。

2)最大值。任务一认识单相正弦交流电课题三正弦交流电路3)有效值。正弦交流电的有效值和最大值之间有如下关系（见右侧）2.正弦交流电的三要素任务一认识单相正弦交流电课题三正弦交流电路(2)周期、频率和角频率1)周期。

2)频率。3)角频率。2.正弦交流电的三要素任务一认识单相正弦交流电课题三正弦交流电路(3)相位与初相位1)相位。

2)初相位。2.正弦交流电的三要素任务一认识单相正弦交流电课题三正弦交流电路1.正弦交流电在0.1s时间内变化了5次，那么它的周期等于

，频率等于

。

2.我国民用交流电压的频率为

Hz，有效值为

V。

3.正弦交流电的三要素是

、

、

。

4.已知一正弦交流电流最大值是50A，频率为50Hz，初相位为120°，则其解析式为

。5.已知某电路电流的瞬时表达式为i=14.14sin(314t+30°)A，问：(1)该电流的最大值、有效值各是多少？(2)周期、频率各为多少？(3)初相角是多少？思考与练习任务一认识单相正弦交流电课题三正弦交流电路1.纯电阻电路图3-5纯电阻电路知识链接仅由电阻元件组成的电路叫纯电阻电路，如图3-5所示。任务二单一元件交流电路和元件的识别与检测课题三正弦交流电路电压与电流同相位电阻和电压有效值之间的关系它们之间的关系是符合欧姆定律的，即

平均功率交流电通过电阻时，电阻从电源吸取电能，把它转换成热能，所以电阻元件是耗能元件。

1.纯电阻电路任务二单一元件交流电路和元件的识别与检测课题三正弦交流电路2.纯电感电路图3-6纯电感电路在交流电路中，如果只有电感线圈作负载，而且线圈的电阻和分布电容均可忽略不计，这样的电路成为纯电感电路，如图3-6所示。任务二单一元件交流电路和元件的识别与检测课题三正弦交流电路纯电感电路中，电感两端的电压超前电流90°。感抗和电压有效值之间的关系是符合欧姆定律的，即3)无功功率。2.纯电感电路任务二单一元件交流电路和元件的识别与检测课题三正弦交流电路3.纯电容电路1)纯电容电路中，电容两端的电压滞后电流90°。

2)容抗和电压有效值之间的关系是符合欧姆定律的，即

3)无功功率。图3-7纯电容电路在交流电路中，仅由电容元件组成的电路叫做纯电容电路，如图3-7所示。任务二单一元件交流电路和元件的识别与检测课题三正弦交流电路1.电容器和电阻器都是构成电路的基本元件，但它们在电路中所起的作用却是不同的，从能量上来看，电容器是一种

元件，而电阻器则是

元件。

2.在纯电感交流电路中，电感两端的电压

电流π/2，在纯电容电路中，电容两端的电压

电流π/2。思考与练习任务二单一元件交流电路和元件的识别与检测课题三正弦交流电路3.一个220V、60W的灯泡接在u=220sin(314t+30°)V的电源上，求流过灯泡的电流，并写出电流的瞬时表达式。4.将一个阻值为48.4Ω的电炉，接到电压为u=220sin(ωt-60°)的电源上，求:(1)通过电炉的电流为多少?写出电流的解析式；(2)电炉消耗的功率是多少？5.当R=2Ω的电阻通入交流电，已知交流电流的表达式为i=4sin(314t-45°)A，则电阻上消耗的功率是多少?思考与练习任务二单一元件交流电路和元件的识别与检测课题三正弦交流电路1.电能表图3-8单相电能表的铭牌任务三配电板和白炽灯照明电路的安装知识链接图3-8所示的为最常用的一种交流感应式电能表。课题三正弦交流电路1)根据测量任务选择电能表的形式。

2)根据负载的电压和电流数值选择电能表的额定电压和额定电流。

3)单相电能表的选用必须与用电器总功率相适应。表3-1不同规格电能表可装用电器的最大功率1.电能表电能表的选用任务三配电板和白炽灯照明电路的安装课题三正弦交流电路2.单相电能表的接线方法图3-9单相电能表接线

a)单相电能表接线盒b)单相电能表接线图任务三配电板和白炽灯照明电路的安装课题三正弦交流电路图3-10单相电能表经电

流互感器的接线任务三配电板和白炽灯照明电路的安装课题三正弦交流电路3.电能表的使用与维护1)电能表的安装环境应清洁、无腐蚀性气体、无剧烈振动；距地面高度，明装不低于1.8m，暗装不低于1.4m。

2)为保证测量的准确度，电能表必须严格垂直装设，并在额定电压、额定电流和额定频率下工作。

任务三配电板和白炽灯照明电路的安装课题三正弦交流电路1)根据图3-11所示的电路，结合实际元器件和基板的大小，规划布置元器件。图3-11安装电路安装配电板和白炽灯照明电路任务三配电板和白炽灯照明电路的安装课题三正弦交流电路①两个进线端分别接电源的相线和中性线。相线和中性线的判别可以采用验电笔测试，如图3-12所示。用测电笔正确搭接电源两端，凡是使测电笔氖管发光的即为相线，不能使氖管发光的即为中性线。

②两个出线端分别接负载，注意要求先通过开关再接负载，且使开关位于相线一侧，如图3-11所示。

3)完成组装接线后，自查组装及接线的正确性。

4)经教师检查接线无误后，合上开关接通电源，接上负载，观察电能表表盘的转动情况。

5)任务完成后，切断电源，整理现场。2)接线。任务三配电板和白炽灯照明电路的安装课题三正弦交流电路图3-12判别相线和中性线任务三配电板和白炽灯照明电路的安装课题三正弦交流电路1.RL串联电路(1)阻抗Z在串联电路中，电阻、电感共同对电流的阻碍作用用阻抗Z表示，阻抗Z的单位为Ω，计算公式为

(2)电流和电压之间的关系理论和实验证明，RL串联电路的电流

(3)功率在RL串联电路中，电阻消耗的功率为总电路的有功功率，即

(4)功率因数在RL串联电路中，既有耗能元件电阻，又有储能元件电感。知识链接任务三RL串联电路和荧光灯电路的安装课题三正弦交流电路图3-13RL

串联电路任务三RL串联电路和荧光灯电路的安装课题三正弦交流电路2.荧光灯电路(1)荧光灯的组成荧光灯主要由灯管、镇流器、辉光启动器等部分组成，如图3-14所示。

(2)主要工作过程当荧光灯开关闭合后，电源电压全部加在辉光启动器的两极之间，辉光启动器两电极产生辉光放电，使双金属动触片受热膨胀而与静触片接触。

任务三RL串联电路和荧光灯电路的安装课题三正弦交流电路图3-14荧光灯的组成部件1)灯管。

2)镇流器。

3)辉光启动器。任务三RL串联电路和荧光灯电路的安装课题三正弦交流电路图3-15荧光灯

的等效电路任务三RL串联电路和荧光灯电路的安装课题三正弦交流电路安装荧光灯电路1)荧光灯的接线如图3-16所示。

2)按图3-16组装荧光灯灯具并接线。

①用导线把辉光启动器座上的两个接线柱分别与两个灯座中的一个接线柱连接。

②把一个灯座中余下的另一个接线柱与电源的中性线相连接，另一灯座中余下的另一个接线柱与镇流器的一个接头连接。

③镇流器另一个接头与开关的一个接线柱连接，而开关另一个接线柱与电源相线连接。

任务三RL串联电路和荧光灯电路的安装课题三正弦交流电路图3-16荧光灯的接线任务三RL串联电路和荧光灯电路的安装课题三正弦交流电路任务三RL串联电路和荧光灯电路的安装课题三正弦交流电路使用日光灯时要注意以下几点：（1）使用日光灯要注意避免频繁启动。目光灯寿命一般不少于3000小时，其条件是每启动一次连续点燃3小时。随着每启动一次连续点燃时间的长短，灯管的寿命也相对延长或缩短。因为每启动一次，灯管的灯丝受高压冲击，启动时的电流是正常点燃时电流的2～3倍。启动加速了灯丝上电子发射物质的消耗，当灯丝上的电子发射物质消耗尽了，灯管的寿命也就完了。若启动一次，只让灯点燃1小时，灯管的寿命缩短到70％以下。所以使用日光灯时要尽量避免不合理的频繁启动。（2）电源电压高与低也会缩短日光灯的使用寿命。电压高于日光灯正常工作电压时，无疑使流过灯管的电流加大，灯丝的损耗加速，缩短了灯管的寿命。另外，这种情况还会使镇流器过热，造成绝缘物外溢或绝缘损坏而发生短路事故。但电压低于日光灯正常工作电压，也会使灯管的寿命缩短。因这时灯丝的预热温度低，启动困难，频繁的闪亮，使灯丝的损耗太大。因此，在电压高的地方要采取适当的降压措施，如果接扼流圈或暂时改变镇流器的配套关系（40瓦灯管暂用30瓦镇流器等）；还要注意在用电高峰时减少启动次数。在电压低的地方，可在镇流器两端并接高感抗线圈来解决启动困难问题，或用镇流器递增的方法暂时改变与灯管的配套关系。（3）在正常电压下，灯管与镇流器要配套使用。否则会使流过灯管的电流不正常，造成不必要的损失，或造成启动困难，启储器反复跳动方可点燃灯管，这使灯丝受离子轰击的机会增多，加速了灯管的老化。3)完成组装接线后，自查组装及接线的正确性。4)经教师检查接线无误后，合上开关接通电源。

5)任务完成后，切断电源，整理现场。安装荧光灯电路任务三RL串联电路和荧光灯电路的安装课题三正弦交流电路什么是对称三相交流电？对称三相正弦电压是由三相发电机产生的，它们的频率相同、振幅相等、相位彼此相差120°，我们把这样一组正弦电压称为对称三相正弦电压。

任务五认识三相交流电课题三正弦交流电路三相分别称为U相、V相和W相，三相电源的始端（也叫相头）分别标以U1、V1、W1，末端（也叫相尾）分别标以U2、V2、W2，如左图所示。对称三相电压解析式为(2-27)相量表示为(2-28)图3-17三相交流发电机示意图任务五认识三相交流电课题三正弦交流电路1.三相交流电的产生(1)三相交流电的产生三相交流电是由三相交流发电机产生的。(2)三相交流电的特点在实际生产中，电能的输送、分配基本上采用的都是三相交流电，这是因为三相交流电与单相交流电相比具有以下优点：1)在体积相同的条件下，三相交流发电机输出的功率比单相发电机大。

知识链接任务五认识三相交流电课题三正弦交流电路(3)

相序三相电动势随时间按正弦规律变化,它们到达最大值(或零值)的先后次序称为相序。正序：U-V-W-U

负序：U-W-V-U2)三相发电机的结构和制造不比单相发电机复杂多少，并且使用和维护均较方便，运转时比单相发电机的振动要小。

3)在同样条件下输送同样大的功率时，特别是远距离输电时，三相输电可比单相输电节省电线材料。

4)从三相电力系统中可以很方便地获得3个独立的单相交流电，可以满足只需使用单相交流电的场合。任务五认识三相交流电课题三正弦交流电路图3-18三相正弦交流电的

电动势波形图任务五认识三相交流电课题三正弦交流电路2.三相四线制(1)中性点、中性线和零线三相四线制是把三相发电机绕组的3个末端U2、V2、W2连接在一起，成为一个公共端点，又称为中性点，用符号“N”表示。图3-19中性点、中性线和零点、零线

a)中性点、中性线b)零点、零线任务五认识三相交流电课题三正弦交流电路图3-20三相四线制电路

a)三相绕组的联结b)中性线和相线2.三相四线制任务五认识三相交流电课题三正弦交流电路(2)相电压和线电压三相四线制供电系统可输送两种电压，即相电压和线电压。

1)相电压。2)线电压是指相线与相线之间的电压，通用符号用“UL”表示。线电压与相电压之间的数量关系为：2.三相四线制任务五认识三相交流电课题三正弦交流电路3．三相电源的三角形联结

如下图所示，将三相电源的相头和相尾依次联结，从三角形的三个顶点引出三根线作为输电线，这种联接方式称为三角形联接。

由图2-37可以看出，三相电源三角形联接时各线电压就是对应的相电压。图3-21三相负载的星形联结任务六三相负载的星形联结课题三正弦交流电路三相负载的星形联结任务六三相负载的星形联结按图3-22将负载接成星形联结。图3-22演示实验图课题三正弦交流电路表3-2三相对称负载星形联结数据记录任务六三相负载的星形联结课题三正弦交流电路2)三相对称负载星形联结时，各相负载相电压

(相等/不相等)，均等于电源

(相电压/线电压)。

3)三相对称负载星形联结时，中性线电流

(为零/不等于零)，去掉中性线或中性线断开，

(会/不会)影响电路的正常工作。1)三相对称负载星形联结时，流过三相对称负载的各相电流

(相等/不相等)，线电流的大小(等于/不等于)相电流，即IYL

IYP。任务六三相负载的星形联结课题三正弦交流电路表3-3三相不对称负载星形联结数据记录任务六三相负载的星形联结课题三正弦交流电路2)三相不对称负载星形联结有中性线时，各相负载相电压(相等/不相等)，均等于电源(相电压/线电压)，各相负载(能/不能)正常工作。

3)三相不对称负载星形联结有中性线时，中性线起什么作用？1)三相不对称负载星