电工电子技术 课件 4. 单一参数正弦交流电路的测试

单一参数正弦交流电路的测试04变压器安全用电常识正弦交流电的基本特征单一参数元件交流电路分析电压等级项目介绍安装一个照明电路1.安装荧光灯照明电路2.说明荧光灯照明电路工作原理3.设计并搭建一个单开双控电路分别连接测试电阻器、电感线圈和电容器构成的单一参数交流电路，使用示波器观测交流电压波形，测量相关物理量，注意安全用电。工作任务单一参数交流电路的测试一、电压等级1.发电输电概述水力、火力、核能发电太阳能、风能、地热等380V/220V高压输电一、电压等级2.安全电压等级1KV以下低电压36V以下安全电压注意：潮湿容易导电的地方，安全电压为12V二、变压器（transformer）1.变压器原理变压器是指利用电磁感应原理将某一等级的交流电压或电流变换成同频率的另一等级的交流电压或电流的电气设备。二、变压器（transformer）1.变压器原理单相变压器的实物图变压器的原理图变压器的图形符号当变压器的一次绕组接上交流电压u1时，一次绕组中便有电流i1流过。电流i1在铁心中产生闭合磁通

，磁通

随i1的变化而变化，从而在二次绕组中产生感应电动势。二、变压器（transformer）1.变压器原理一次绕组、二次绕组的匝数分别为N1和N2，当K>1时，为降压变压器，

K<1时，为升压变压器电压变换电流变换阻抗变换电压比二、变压器（transformer）2.变压器的应用电压互感器常用来扩大电压测量范围，主要用于高电压的测量电路中，是将一次侧的高电压按比例变为100V或更低等级的标准二次电压的变换设备。电压互感器原理图电压互感器（VoltageTransformer）电流互感器（CurrentTransformer）测流钳电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。二、变压器（transformer）2.变压器的应用隔离变压器初级和次级是通过磁场交换能量，没有物理上的硬连接，二次两根线都不接地，所以人体站在大地上，然后接触二次任意一根线都和大地没有电位差，所以不会触电，但如果同时接触次级线圈的两根线，同样会触电。隔离变压器三、安全用电常识1.电流对人体的作用直流电一般引起电伤，而交流电则电伤与电击同时发生。电击电伤电流通过人体，使内部器官组织受到损伤对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等三、安全用电常识1.电流对人体的作用电流/mA通电时间生理反应0一0.5连续通电没有感觉0.5一5连续通电开始有感觉，手指手腕等处有痛觉，没有痉挛，能够摆脱带电体5一30数分钟内痉挛，不能摆脱带电体，呼吸困难，血压升高，是可以忍受的极限30一50数秒到数分心脏跳动不规则，昏迷，血压升高，强烈痉挛，时间过长即引起心室颤动50一几百低于心脏搏动周期受强烈冲击，但未发生心室颤动超过心脏搏动周期昏迷，心室颤动，接触部位留有电流通过的痕迹超过数百低于心脏搏动周期在心脏搏动周期的特定时刻触电时，发生心室颤动，昏迷，接触部位有电流流过的痕迹.超过心脏搏动周期心脏停止跳动，昏迷，可能致命的电灼伤。一般认为40~60Hz的交流电对人最危险三、安全用电常识2.影响电流大小的因素人体不同，对电流的敏感程度也不一样，一般地说，儿童较成年人敏感,女性较男性敏感。患有心脏病者，触电后的死亡可能性就更大。3.触电急救迅速脱离电源检查诊断救治抢救再判定三、安全用电常识四、正弦交流电的基本特征1.正弦量的三要素大小和方向都随时间按正弦规律周期性变化的电流、电压、电动势等统称为正弦交流量，通常用三角函数式或波形图表示。幅值（最大值）角频率初相位频率、幅值和初相位就称为确定正弦量的三要素。四、正弦交流电的基本特征1.正弦量的三要素大小和方向都随时间按正弦规律周期性变化的电流、电压、电动势等统称为正弦交流量，通常用三角函数式或波形图表示。幅值（最大值）角频率初相位频率、幅值和初相位就称为确定正弦量的三要素。四、正弦交流电的基本特征1.正弦量的三要素大小和方向都随时间按正弦规律周期性变化的电流、电压、电动势等统称为正弦交流量，通常用三角函数式或波形图表示。幅值（最大值）角频率初相位频率、幅值和初相位就称为确定正弦量的三要素。四、正弦交流电的基本特征1.正弦量的三要素四、正弦交流电的基本特征2.周期、频率与角频率周期：正弦量变化一次所需的时间（秒）称为周期T。频率：每秒内变化的次数称为频率f。

工频

50Hz角频率：指交流电在1s内变化的电角度，用ω来表示，它的单位是弧度/秒（rad/s）。上式表示T、f、ω三个物理量之间的关系，只要知道其中之一，则其余均可求出。四、正弦交流电的基本特征3.瞬时值、最大值与有效值瞬时值：正弦量在任意时刻的值称为瞬时值，用小写字母表示，如i、u及e。最大值：最大的瞬时值称为最大值，也称幅值,用Im、Um及Em表示。有效值：有效值是根据其热效应来确定的。*最大值与有效值关系四、正弦交流电的基本特征4.相位、初相位与相位差相位：ωt+φ称为正弦量的相位角或相位，它反映出正弦量变化的进程。初相：t=0时的相位称为初相，

规定初相的绝对值不能超过π。相位差：两同频率正弦量相位之差，用φ表示。若则请思考：如何理解超前、滞后、同相、反相和正交？四、正弦交流电的基本特征4.相位、初相位与相位差同相：初相相等的两个正弦量，它们的相位差φ=0°。反相：相位差φ=180°。正交：当一个正弦量较另一个正弦量超前（或滞后）90°。一个正弦量可以表示为：5.正弦量的表示方法四、正弦交流电的基本特征正弦量可以用有向线段表示有向线段可以用复数来表示5.正弦量的表示方法四、正弦交流电的基本特征一个复数A有四种表示方法：一个正弦量可以表示为：一个复数让它的模为，幅角为，则可以表示为：

5.正弦量的表示方法上式j=

,为虚单位，这一复数的虚部为一正弦时间函数，正好是已知的正弦量，所以一个正弦量给定后，总可以作出一个复数使其虚部等于这个正弦量。因此我们就可以用一个复数表示一个正弦量，其意义在于把正弦量之间的三角函数运算变成了复数的运算，使正弦交流电路的计算问题简化。四、正弦交流电的基本特征5.正弦量的表示方法对应关系不相等！！由于正弦交流电路中的电压，电流都是同频率的正弦量，故角频率这一共同拥有的要素在分析计算过程中可以略去，只在结果中补上即可。我们就把这一复数称为正弦量的有效值相量在表示相量的大写字母上打点“

”是为了与一般的复数相区别，这就是正弦量的相量表示法。四、正弦交流电的基本特征5.正弦量的表示方法四、正弦交流电的基本特征【例】

已知

，

，试用相量计算

，并画相量图。相量图五、单一参数元件交流电路分析1.电阻元件上电压和电流的关系（1）瞬时值关系：设：

则:（2）有效值关系:则（3）相量关系为：电压与电流同频率、同相位纯电阻电路五、单一参数元件交流电路分析2.电阻元件上的功率（1）瞬时功率p：（2）平均功率（有功功率）P：由于在任一时刻，u、i同相，p≥0，这说明电阻为耗能元件（2）电阻消耗的功率P（3）作相量图

例1：一电阻

，两端电压

求:（1）

通过电阻的电流I和i

所以（1）电压相量，则

（2）或（3）相量图如图所示解：五、单一参数元件交流电路分析五、单一参数元件交流电路分析电感（inductance）

a）电感元件b）电感元件符号当线圈中没有铁磁材料时，将Ψ=Li代入上式得:电感元件的储能p＞0，电感元件从外部吸取电功率，把电能转换成磁场能。p＜0，电感元件向外部电路输出电功率，把磁场能又转换成了电能。电感元件为储能元件自感电动势变化的电流，则线圈中要产生感应电动势五、单一参数元件交流电路分析电感（inductance）工字型电感当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感，单位是“亨利（H）”五、单一参数元件交流电路分析电感（inductance）电感符号：L

电感单位：亨（H）、毫亨（mH）、微亨（μH），换算关系为

1H=103mH=106μH=109nH。五、单一参数元件交流电路分析1.电感元件上电压和电流的关系

则:（2）有效值关系:（3）相量关系为：电感元件上电压超前电流90º（1）瞬时值关系：设：感抗五、单一参数元件交流电路分析2.电感元件上的功率（1）瞬时功率p：（2）平均功率（有功功率）P：（3）无功功率Q：WVar应该注意:

无功功率反映了电感与外电路之间能量交换的规模以后学习变压器,电动机的工作原理时就会知道,没有无功功率,它们无法工作。

五、单一参数元件交流电路分析例2：在电压为220V，频率为50Hz的电源上，接入电感的线圈（电阻不计），试求：（1）线圈的感抗；（2）线圈中的电流；（3）线圈的无功功率。（4）若线圈接在的信号源上，感抗为多少？

解：(1)(2)(3)

(4)

五、单一参数元件交流电路分析

a）电容器b）理想电容元件符号电容（capacitance）当电压、电流为关联参考方向时，于是:电容的单位为法拉（F)电容器存储的电荷量Q与两极板间电压U的比值为一常数，称为电容器的电容量，用C来表示:电容元件的储能p＞0，电容元件从外部吸取电功率（充电），把电能转换成电场能。p＜0，电容元件向外部电路输出电功率（放电），把电场能又转换成了电能。电容元件为储能元件电容是储存电荷的元件，当它两端电压发生变化时，其电荷也相应地发生变化，这时会有电荷在电路中移动，形成电流。五、单一参数元件交流电路分析电容（capacitance）五、单一参数元件交流电路分析电容（capacitance）1F=103mF=106μF=109nF=1012pF1μF以下的电容多为瓷片电容五、单一参数元件交流电路分析电容（capacitance）五、单一参数元件交流电路分析电容（capacitance）五、单一参数元件交流电路分析1.电容元件上电压和电流的关系

则:（2）有效值关系:电容元件上电流超前电压90º（1）瞬时值关系：设：容抗（3）相量关系为：五、单一参数元件交流电路分析2.电容元件上的功率（1）瞬时功率p：（2）平均功率（有功功率）P：（3）无功功率Q：WVarP=0，说明电容元件不消耗能量，只与电源进行能量的相互转换，用无功功率QC来衡量。