《电工电子技术》课件 项目三 日光灯电路分析

日光灯电路分析目三项认识交流电分析单一参数元件正弦交流电路任务1任务2目录CONTENTS分析日光灯电路任务3任务1认识交流电一、直流电和交流电

交流电与直流电的区别在于：直流电的方向不随时间变化，而交流电的大小和方向随时间作周期性变化，如果其变化按正弦规律进行，则它在一个周期内的平均值为零。二、正弦交流电的三要素瞬时值、最大值和有效值是反映交流电大小的物理量。1.瞬时值、最大值和有效值（1）瞬时值交流电在某一时刻的值称为瞬时值。瞬时值用小写字母表示，例如：、、分别表示电压、电流、电动势的瞬时值。（2）最大值瞬时值中最大的值称为最大值，也称为幅值、峰值或振幅。最大值用大写字母加下标m表示，例如：、、分别表示电压、电流、电动势的最大值。（3）有效值交流电的瞬时值是随时间而变化的，不便于用它表示正弦量的大小。工程上常用有效值来计量正弦量的大小。有效值用大写字母表示，例如：、、分别表示电压、电流、电动势的有效值。正弦交流电的有效值与最大值之间的关系如下正弦电动势、电压、电流的瞬时值表达式为2.周期、频率和角频率周期、频率和角频率是反映交流电变化快慢的物理量。（1）周期交流电完成一次周期性变化所需的时间称为周期。用符号T表示，单位为秒（s）。（2）频率交流电在单位时间（1s）内完成周期性变化的次数称为频率。用符号f表示，单位为赫兹（Hz）。周期与频率的关系为互为倒数关系，即（3）角频率交流电在单位时间（1s）内角度的变化量称为角频率。用符号表示，单位为弧度/秒（）。角频率、频率和周期的关系（1）相位正弦交流电的表达式中称为交流电的相位3.相位、初相位和相位差（3）相位差（2）初相位时，称为初相位。单位为弧度（）或度（°）。初相可以为正、负或零。为了避免混乱，规定初相角的取值为。在交流电路中常引用“相位差”这个概念来描述两个同频正弦量之间的相位关系，即两个同频正弦量相位之差，用

表示。相位差的取值范围也为。相位差也是它们的初相位之差，与时间无关。三、正弦交流电的表达形式1.解析法2.波形图法3.旋转矢量法用相量表示的加、减运算可以按平行四边形法则进行运算用相量表示的加、减运算可以按平行四边形法则进行运算有三个同频率的正弦量为、、，请绘制它们的最大值相量图。任务2分析单一参数元件正弦交流电路一、纯电阻电路1.电压与电流的关系只含有电阻元件的交流电路称为纯电阻电路，由白炽灯、电烙铁、电阻器等组成的交流电路都可看成是纯电阻电路。当外加电压一定时，在纯电阻电路中影响电流大小的主要因素是电阻R。（1）相位关系设电流根据欧姆定律在纯电阻电路中，电压与电流是同频率、同相位的正弦量。（2）数量关系最大值 有效值 或或2.电阻电路的功率（1）瞬时功率在任一瞬间电压与电流瞬时值的乘积称为瞬时功率，用p表示，即

结论：③

与成比例①

说明电阻为耗能元件②

随时间变化（2）平均功率（有功功率）在工程上，常用平均功率表示电阻消耗功率的大小。瞬时功率在一个周期内的积分称为平均功率，又称有功功率，用大写字母P表示，即有功功率的单位为瓦特（W），简称瓦。常用单位还有千瓦（kW）和毫瓦（mW）。二、纯电感电路由纯电感组成的交流电路称为纯电感电路1.电压与电流的关系（1）相位关系设电流电感元件上的电压电流瞬时值关系为在纯电感电路中，电压与电流频率相同，但在相位上电压超前电流（2）数量关系最大值 有效值 或或令或得是表示电感线圈对交流电流阻碍作用大小的一个物理量，称为感抗，单位为欧姆（Ω

）。与电感L和频率f成正比。f→∞，则XL→∞，此时电感可视为开路（断路）f=0（直流），则XL=0，此时电感可视为短路电感有“通直流，阻交流”和“通低频、阻高频”的特性。2.电感电路的功率（1）瞬时功率（2）平均功率（有功功率）以电流为正弦参考量，则电感两端的电压为由上式可知，电感元件的瞬时功率既可以为正，也可以为负。p>0，电感元件相当于负载，从电源吸收电能，并转化为磁场能储存起来；p<0，电感元件又将储存的磁场能释放出来，转换成电能。结论：纯电感不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐）。（3）无功功率电感元件虽不消耗功率，但与电源之间有能量交换，占用电源设备的容量。为了衡量这种能量交换的速度，引入无功功率，它是瞬时功率的最大值，用大写字母Q表示，为了与有功功率相区别，无功功率的单位为乏（）或千乏（），其数学表达式为“无功”的含义是“交换”而不是“消耗”，它是相对“有功”而言的，不能理解为“无用”。无功功率在生产实践中占有很重要的地位，具有电感性质的变压器、电动机等设备都是靠电磁转换工作的。三、纯电容电路在交流电路中，如果只用电容器作负载，而且电容器的绝对电阻很大，介质的损耗可以忽略，那么这个电路就称为纯电容电路1.电压与电流的关系（1）相位关系设电压电容元件上的电压电流瞬时值关系为在纯电容电路中，电压与电流频率相同，但在相位上电流超前电压（2）数量关系最大值 有效值 或或令或得是表示电容器对交流电流阻碍作用大小的一个物理量，称为容抗，单位为欧姆（Ω

）。与电容c和频率f成反比。f→∞，则Xc→0，此时电容可视为短路；

f=0（直流），则Xc→∞，此时电路视为开路。电容元件具有“通高频阻低频”或“通交流隔直流”的作用。2.电容电路的功率（1）瞬时功率（2）平均功率（有功功率）以电压为正弦参考量，则电容两端的电流为由上式可知，电容元件的瞬时功率既可以为正，也可以为负。p>0，电容元件相当于负载，从电源吸收电能，并转化为电场能储存起来；p<0，电容元件又将储存的电场能释放出来，转换成电能。结论：纯电容不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐）。（3）无功功率任务3分析日光灯电路当线圈的电阻不能忽略时，就构成了由电阻R和电感L串联的交流电路，简称RL串联电路。工厂里常见的电动机、变压器和日常生活中的日光灯等都可以看成是一个电阻与电感串联的电路。

本项目要进行分析的日光灯电路中，灯管视为电阻，镇流器视为一个有电阻的电感元件，将镇流器的电阻与灯管的电阻合为一个总电阻，镇流器就可视为无电阻的电感元件，其电路图可简化为如图所示，故日光灯电路经简化后为RL串联电路。

一、电压与电流关系1.相位关系以正弦电流为参考正弦值则电阻两端电压为电感线圈两端的电压为电路的总电压为作出电流和电压的相量图、、构成直角三角形，可以得到电压间的数量关系为总电压的相位超前电流2.数量关系在RL串联电路中即则在RL串联电中，电流与电压的数量关系为令

Z称为电路的阻抗，它表示电阻和电感串联电路对交流电的总阻碍作用，单位为欧姆（Ω）。电阻R、感抗L和阻抗Z三者之间也构成一个三角形，称为阻抗三角形

二、RL串联电路的功率1.有功功率由于电阻是耗能元件，而电感是储能元件，因此在串联电路中的功率既有有功功率，又有无功功率。由则2.无功功率由则视在功率定义为输出的总电流与总电压有效值的乘积，用S表示，单位为伏•安（V

•A

)或千伏•安（k

V•A

），即3.视在功率有功功率、无功功率与视在功率三者之间的关系也构成一个三角形，称为功率三角形4.功率因数由功率三角形可知，电源提供的功率不能被感性负载完全吸收。为了反映电源的利用率，常把有功功率与视在功率的比值称为电路的功率因数，用λ

表示，即在电源提供的功率为定值时，电路的功率因数越大，则电路的有功功率就越大，两者成正比，即电源所发出的电能转换为热能或机械能就越多，而电源与电感或电容之间相互交换的能量就越少，电源的利用率就越高。目前提高电路的功率因数常采用以下