电工电子技术与技能课件：单相交流电路

单相交流电路

模块一正弦交流电及其基本电路模块二正弦交流电的功率计算模块三RLC串、并联电路及荧光灯电路

单相交流电路模块一正弦交流电及其基本电路模块一正弦交流电及其基本电路

1.了解交流发电机的工作过程2.掌握正弦交流电的基本物理量及相互关系【学习目标】

【能力目标】

1.学会正弦交流电的三种表示方法及相互转化2.能够安装简单的正弦交流电路模块一正弦交流电及其基本电路【知识探究】

人们使用的电可分为两种：一种是直流电，这种电大小和方向都不随时间变化（例如干电池、蓄电池灯）；另一种是交流电，这种电的大小和方向都会随着时间变化。如图3-1所示。图3-1

常见交流电正弦交流电具有以下优点：1)可以通过变压器变电压，便于电能的输送、分配，以满足不同用电户的要求。2）交流电机比相同功率的直流电机构造简单、造价低、便于维护、维修。3）交流电可以通过整流装置，将交流电变换为所需的直流电。（二）正弦交流电的产生

将单匝线圈abcd放置在匀强磁场中，把线圈的两根引线分别接到与线圈一起转动的两个铜环上，铜环通过电刷与外电路联接。当线圈abcd在外力作用下，在匀强磁场中以角速度匀速转动时，线圈的ab边和cd边作切割磁力线运动，线圈中产生感应电动势。如果外电路是闭合的，闭合回路中将产生感应电流。ad和bc边的运动不切割磁力线，不产生感应电流。图3-2简单交流发电机模型线圈以角速度逆时针匀速转动。设在起始时刻，线圈平面与中性面的夹角为，t时刻线圈平面与中性面夹角为叫，从图中可以看出，cd边运动速度v与磁力线方向的夹角也是叫，设cd边的长度为L，磁场的磁感应强度为B，则由于边作切割磁力线运动所产生的感应电动势为线圈的截面图如下同理．ab边产生的感应电动势为由于这两个感应电动势是串联的，所以整个线圈产生的感应电动势为称为电动势的最大值，也称为振幅外加负载形成闭合回路时，就会产生按正弦规律变化的电压和电流，分别为1.表征正弦交流电的物理量二、正弦交流电的三要素频率（角频率、周期）有效值（最大值）相位、初相位、相位差三要素例3-1．正弦交流电压，求电压的有效值U、频率f和最大值Um。解：二、正弦交流电的三要素频率（或角频率、周期）最大值（或有效值）初相位（1）反映正弦交流电的特征变化快慢变化幅度起始状态反映正弦交流电的（2）在我国的电力系统中，我国工业交流电的标准频率为50Hz，简称为工频，周期是0.02s。三要素的意义三、正弦交流电的表示方法

1.三角函数表示法正弦交流电动势、电压和电流的函数表示式分别是

三、正弦交流电的表示方法

2.波形图表示法波形图

u＝Umsin(ωt＋φ0)用波形图表示如下三、正弦交流电的表示方法

3.旋转相量表示法相量表示法

长度等于正弦量的有效值;与X轴正方向的夹角等于正弦量的初相位;旋转相量的符号为有效值符号上加一圆点。几个同频率的正弦量可以画在同一矢量图中，判断其相位关系时，可把几个正弦量一起逆时针旋转，在前者为超前。正弦量用矢量表示后，同频率正弦量的运算可以转化为矢量的运算，同频率正弦量的矢量相加应采用平行四边形法则。

四、典型正弦交流电路在交流电路中，只含有电阻，而没有电感和电容的电路叫纯电阻电路，如图所示。在日常生活中使用的白炽灯、电烙铁和电炉等电器组成的电路均可以看作纯电阻电路。1．纯电阻电路设电阻两端的电压为则：交流电路中，电阻端电压和流过它的电流符合欧姆定律四、典型正弦交流电路在纯电阻电路中，流过电阻的电流与端电压同纯电阻电压与电流的相位关系

四、典型正弦交流电路2．纯电感电路在交流电路中，如果用电感线圈作负载，且这些线圈的内阻忽略不计，那么这个电路称为纯电感电路如图所示。四、典型正弦交流电路感抗：电感对交流电的阻碍作用。记为XL，单位是

对于交流电，频率越高，则XL越大；频率越低，则XL越小。对直流电，由于f=0，则XL=0，电感相当于短路。因此，电感线圈有“通直流、阻交流，通低频、阻高频”的特性。四、典型正弦交流电路在纯电感电路中，电流与电压数值关系交流电路中，纯电感端电压和流过它的电流有效值、最大值之间符合欧姆定律

，但瞬时值之间不符合欧姆定律

四、典型正弦交流电路纯电感电路中，电压超前电流90度设电感线圈中通过的电流为

则：纯电感电路中电压与电流的相位关系

四、典型正弦交流电路在交流电路中，如果只用电容器做负载，且可以忽略介质的损耗时，那么这个电路就叫做纯电容电路。2．纯电容电路四、典型正弦交流电路容抗：电容对交流电的阻碍作用，记为Xc，单位是对于交流电，频率越高，XC就越小；反之，频率越低，XC就越大。对于直流电来说，由于f=0，XC

=∞，可视为断路。因此，电容器有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的特性。四、典型正弦交流电路纯电容电路中，电流与电压数值关系交流电路中，纯电容端电压和流过它的电流有效值、最大值之间符合欧姆定律

，但瞬时值之间不符合欧姆定律

四、典型正弦交流电路纯电容电路，电流超前电压90度，设电容端电压为则：纯电容电路中电压与电流的相位关系

四、典型正弦交流电路模块一正弦交流电及其基本电路

【课堂小结】1.交流电的大小和方向都会随着时间变化。2.频率（或周期、角频率）、最大值（或有效值）和初相位分别能反映正弦交流电的特征：变化快慢、变化幅度、起始状态，故称为正弦量的三要素3.正弦交流电有三角函数、波形图和相量三种表示法。4.纯电阻电路电阻两端电压与流过电流同相；纯电感电路电感两端电压超前电流90º；纯电容电路电容两端电压滞后电流90º。单相交流电路

模块一正弦交流电及其基本电路模块二正弦交流电的功率计算模块三RLC串、并联电路及荧光灯电路单相交流电路

模块二正弦交流电的功率计算模块二正弦交流电的功率计算

1.了解瞬时功率、有功功率、无功功率和视在功率的概念2.理解提高功率因数的意义【学习目标】

【能力目标】

1.能计算电路的有功功率、无功功率和视在功率2.能够对功率因数进行补偿修改【知识探究】

在交流电路中，任何瞬间电压与电流瞬时值的乘积称为瞬时功率，以小写字母p表示，即模块二正弦交流电的功率计算

1．瞬时功率纯电阻电路瞬时功率模块二正弦交流电的功率计算

将电压与电流瞬时数值逐点相乘，即可画出图所示的瞬时功率曲线从图中可以看出，瞬时功率在任一瞬间的数值都为正值，这说明电阻始终在消耗电能，因为电阻是一个耗能元件。模块二正弦交流电的功率计算

在纯电感和纯电容电路中的瞬时功率分别是将电压与电流瞬时数值逐点相乘，可得图所示的波形图p为正值，说明在该段时间内，电感线圈（或电容）从电源获取电能，并将电能储存起来，这时是负载；p为负值，说明在该段时间把储存的电能送回，此时起到电源作用。在一个周期内，时而“吸收”功率，时而“释放”功率，只与电路交换能量，自身并不消耗电能。因此，电感线圈和电容器都是储能元件。通常用瞬时功率在一个周期内的平均值来衡量电路功率的大小，它是电路中实际消耗的功率，称为有功功率，用大写字母P来表示。平常说某电烙铁的功率是35W、白炽灯的功率是40W或者电阻炉的功率是1000W都是指有功功率。模块二正弦交流电的功率计算

2．有功功率纯电阻的有功功率可以写成：电感线圈和电容器是储能元件，不消耗电能，那么它们的有功功率为零，即P=0模块二正弦交流电的功率计算

例题3-3已知某白炽灯工作时的电阻为484Ω，若在其两端加上电压试求该白炽灯正常工作时的有功功率。解：白炽灯的有功功率为：3．无功功率在交流电路中，电感和电容虽然不消耗有功功率，但它们都参与了与电源的能量交换，这就产生了无功功率，降低了发电机和电网的供电效率。通常把瞬时功率的最大值称为无功功率，用符号Q表示，单位为var(乏)或者kvar(千乏)，用公式表示为模块二正弦交流电的功率计算

无功功率衡量电感器、电容器和电源之间交换能量规模在交流电路中，电源其输出的总电流与总电压的乘积称为视在功率，用符号S表示，单位是VA（伏安）或者kVA（千伏安）。用公式表示模块二正弦交流电的功率计算

4．视在功率有功功率P和视在功率S的比值定义为功率因数，用表示模块二正弦交流电的功率计算

5．功率因数提高功率因数的意义：在发电机的额定电压、额定电流一定时,发电机的容量即是它的视在功率一定.如果发电机在额定容量下运行,输出的有功功率的大小取决于负载的功率因数.率因数在电力系统中是一个非常重要的参数，提高功率因数的方法是在感性负载两端并联适当的电容，其电路见图从矢量图中，可知感性负载两端并联电容器后电路中各物理量的变化情况：电路中总的有功功率不变，感性设备自身的各个物理量没有变化；电路中的总电流、视在功率以及无功功率都有所减小；整个供电线路功率因数得到提高。

【课堂小结】1.瞬时功率2.有功功率3无功功率4.视在功率5.功率因数。模块二正弦交流电的功率计算

单相交流电路

模块一正弦交流电及其基本电路模块二正弦交流电的功率计算模块三RLC串、并联电路及荧光灯电路

单相交流电路模块三串、并联电路及荧光灯电路模块三串、并联电路及荧光灯电路1.了解RLC串联、并联电路的结构及特点，2.理解串联谐振、并联谐振的条件与特点。【学习目标】

【能力目标】

能够安装与调试荧光灯电路【知识探究】

由电感、电容、电阻相串联组成的电路称为RLC串联电路。在无线电技术中，收音机的调谐电路、振荡电路等都是此类电路。1．RLC串联电路模块三串、并联电路及荧光灯电路模块三串、并联电路及荧光灯电路如图所示模块三串、并联电路及荧光灯电路设通过电路的电流为则电阻两端的电压为电感线圈两端的电压为电容两端的电压为总电压为用矢量表示为模块三串、并联电路及荧光灯电路取电压矢量为参考矢量，画出其矢量图如下电压矢量构成电压三角形从电压三角形中可以看出

阻抗三角形模块三串、并联电路及荧光灯电路阻抗角电抗阻抗

阻抗角的大小决定于电路中的参数R、L、C和电源的频率f；电抗X的数值决定了电路的性质。（1）当XL＞XC时，X＞0，＞0，总电压u超前电流i，电路呈感性。＜0，总电压u滞后电流i，电路呈容性。=0，总电压u与电流i同相，电路呈纯电阻性，电路的这种状态称为谐振。（2）当XL＜XC时，X＜0，（3）当XL=XC时，X=0，模块三串、并联电路及荧光灯电路模块三串、并联电路及荧光灯电路不同性质电路的电压与电流矢量图如下（2）串联谐振电路具有以下特点：

①阻抗最小，且为纯电阻，即=R；③电感与电容两端的电压相等，其大小为总电压的Q倍，

Q称为串联谐振电路的品质因数，电子技术中，常用品质因数Q值的高低来体现选择性的好坏。②电路中的电流最大，且与电压同相，即模块三串、并联电路及荧光灯电路由电感、电容、电阻相并联组成的电路称为RLC串联电路。2．RLC并联电路模块三串、并联电路及荧光灯电路模块三串、并联电路及荧光灯电路设加在RLC并联电路两端电压为则通过电阻的电流为通过电感的电流为通过电容的电流为电路中的总电流相量图如图在（a）图中，IC＞IL，总电流超前电压，电路呈容性；在（b）图中，IC＜IL，总电流滞后电压，电路呈感性；在（c）图中，IC=IL，总电流与总电压同相，电路呈纯电阻性,这种状态称为并联谐振。模块三串、并联电路及荧光灯电路并联谐振的特点：并联谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率。谐振时，电路的总电流最小，而支路的电流往往大于电路的总电流，因此，并联谐振也称为电流谐振。发生并联谐振时，在电感和电容元件中流过很大的电流，因此会造成电路