(中职）电工电子基础第二章 交流电路课件.pptx

(中职）电工电子基础第二章 交流电路课件第二章 交流电路本章学习要点（1）正弦交流电的基本概念。（2）交流电路中的简单负载。（3）常用照明电路。（4）三相电源的连接。（5）三相负载的连接。（6）三相电功率。我们生活中所使用的电器，如电风扇、冰箱、电视机等，它们所使用的电都是交流电。什么是交流电？怎样描述它？日光灯和白炽灯都是用来照明的，但它们发出的光颜色不同，白炽灯是依靠钨丝通电发热直接发光的，那么日光灯是怎样工作的？日光灯和白炽灯都是用电负载，这两种负载的性质有什么不同？一、示波器的相关知识1.示波器简介示波器是用来测定周期性变化的电压、电流等波形的电子仪器，可用于测量电压、电流的幅度、时间、功率等参数。图 2-1 所示是 CA8020 型示波器面板图。2.示波器使用前的准备工作（1）将面板有关控制键按说明书要求调整到位。（2）接通电源，电源指示灯亮，稍后预热，屏幕出现光迹。（3）调节亮度、聚焦、迹线旋钮，使光迹清晰并与水平刻度平行。（4）用 10 1 探头将校正信号输入至 CH1 输入插座，再调节 CH1 移位与 X 移位。（5）用与（4）同样的方法，调节 CH2。（6）调节亮度旋钮，使屏幕显示的光迹亮度适中。1亮度旋钮；2辅助聚焦旋钮；3聚焦旋钮；4迹线旋钮；5校正信号旋钮；6电源指示灯；7电源开关；8CH1 移位旋钮；9CH1 OR X；10、18、26微调旋钮；11、17垂直衰减器；12、15耦合方式；13接地；14垂直方式；16CH2 OR Y；19CH2 移位旋钮；20、23内触发电源；21触发输入；22水平位移；24触发极性；25电平旋钮；27扫描速率旋钮；28、29触发方式。图 2-1CA8020 型示波器面板图知识拓展 示波器实物图3.示波器使用注意事项（1）在测量状态时，亮度不宜太亮，只要能正常使用即可。非测量状态时，将示波器辉度关暗，以延长示波器管寿命，否则高亮度、长时间光迹置于示波管某一位置，易使示波管荧光粉烧伤。（2）使用探头进行测量时，实际输入示波器的电压只有被测电压的 1/10，因此，计算时应将测得的电压乘以 10。4.单相交流电幅值的测量（1）将信号输入 CH1 或 CH2 插座，将垂直方式置于被选用的通道。（2）设置电压衰减器并观察波形，使被显示的波形在 5 格左右，将微调旋钮顺时针旋足（校正位置）。（3）调整电平旋钮使波形稳定。（4）调节扫描速率旋钮，使屏幕显示至少一个波形周期。（5）调整垂直移位旋钮，使波形底部在屏幕中某一水平坐标上。（6）调整水平移位旋钮，使波形顶部在屏幕中央的垂直坐标上。（7）读出垂直方向峰-峰两点之间的格数。（8）按下面公式计算被测信号的峰-峰电压值（Vp-p）。Vp-p=垂直方向的格数垂直偏转因数例如，测出垂直方向峰-峰两点之间的格数为 4.1，用 10 1 探头的垂直偏转因数为 2 V/div，则 Vp-p=4.1210=82 V。5.单相交流电周期的测量（1）将信号输入 CH1 或 CH2 插座，设置垂直方式为被选通道。（2）调整电平旋钮使波形稳定显示。（3）将扫描速率微调旋钮顺时针旋转（校正位置），调节扫描速率旋钮，使屏幕显示一个信号周期。（4）分别调整垂直移位旋钮和水平移位旋钮，使波形位于屏幕中央的水平刻度线上。（5）测量波形起点和终点之间的水平格数，按下面公式计算被测信号的周期（T）。T=（起点和终点之间的水平格数扫描时间因数）/水平扩展倍数例如，测出起点和终点之间的水平格数为 8 格，扫描时间因数为 2 s/div，水平扩展 1，则T=（82）/1=16 s。二、正弦交流电的概念正弦交流电是指大小和方向都随时间按正弦规律变化的电流、电压、电动势的总称。如正弦交流电压可表示为 u=Umsin（t+），其波形图如图 2-2 所示。图 2-2正弦交流电压的波形图三、描述正弦交流电的基本物理量1.瞬时值由于正弦交流电是随时间按正弦规律不断变化的，所以每一时刻的值是不同的。把任意瞬间的数值称为正弦交流电的瞬时值，分别用字母 e、u、i 表示。2.最大值瞬时值中的最大值称为正弦交流电的最大值（或峰值、振幅），分别用字母 Em、Um、Im 表示。3.有效值让交流电和直流电分别通过阻值相等的电阻，如果在相同时间内，这两种电流产生的热量相等，则说明这个交流电和这个直流电在发热效应上是相同的。把这个直流电的数值称为交流电的有效值，分别用字母 E、U、I 表示。正弦交流电的有效值和最大值的大小关系是注意：测量中所用的电流表、电压表指示的数值及用电器的额定电压、额定电流，都是指有效值。4.周期交流电重复变化一次所需时间称为正弦交流电的周期，用字母 T 表示，单位是秒（s）。5.频率交流电在 1 s 内重复变化的次数称为正弦交流电的频率，用字母 f 表示，单位是赫兹（Hz）。周期与频率的关系是6.角频率把正弦交流电在 1 s 内变化的电角度称为正弦交流电的角频率，用字母 表示，单位是弧度/秒（rad/s）。周期、频率、角频率三者间的关系是目前，我国发电厂发出的交流电和工、农业生产及日常生活所用的交流电的频率为 50 Hz，称这个标准频率为工频。【议一议】我国交流电的频率为 50 Hz，那么其周期为多少？角频率为多少？7.相位、初相位与相位差在正弦交流电压的表达式 u=Umsin（t+）中，（t+）称为正弦交流电压的相位。相位反映了正弦量在某一时刻所处的状态，它不仅决定该时刻的瞬时值的大小和方向，而且决定着该时刻正弦量的变化趋势。称为初相位，它决定着正弦量的初始值。两个同频率的正弦量的相位之差称为相位差，用 12 表示。在图 2-3 中，电动势 u1 比 u2 早到达正的最大值，可以说 u1 在相位上超前于 u2，或者说 u2 在相位上落后于u1；在图 2-4 中，电流i1和i2同时到达正的最大值，则称它们为相位相同或同相；在图 2-5中，i1 到达正的最大值时，i2 到达负的最大值，则称它们相位相反或反相。图 2-3相位差图 2-4同相 图 2-5反相四、正弦量的三要素要完全确定一个正弦量，就必须知道这个正弦量变化的快慢、大小及初始状态，即必须知道它的角频率（或周期、频率）、最大值 Em（或 Um、Im）和初相位 这三个量。通常称正弦量的最大值、角频率和初相位为正弦量的三要素。例 2-1已知两正弦交流电压：求：（1）各电压的最大值和有效值。（2）频率、周期。（3）相位、初相位、相位差。解（1）最大值 ，最大值 。有效值 ，有效值 。（2）频率周期 。（3）相位 。初相位 。相位差 。知识拓展微课：正弦交流电的基本物理量知识拓展1.低压测电笔低压测电笔有钢笔式和螺丝刀式两种，如图 2-6 所示。图 2-6低压测电笔低压测电笔检测电压的范围为 60500 V。当测试带电体时，电流经带电体、笔尖、电阻、氖管、弹簧、笔尾、人体到大地形成串联的通电回路，只要带电体与大地之间的电压超过 60 V，电笔中的氖管就会发亮。由于这段电路中串有高阻值的电阻，故电流很小，对人体没有危害。2.低压测电笔的握法与用途按图 2-7 所示的正确方法握好测电笔，并使手指触及笔尾的金属体，使氖管小窗背光朝向自己。图 2-7低压测电笔的握法低压测电笔的用途见表 2-1。表 2-1低压测电笔的用途用途工艺过程现象电压高、低的判别测电笔触及不同的电压值氖管发亮强弱不同相线和零线的判别测电笔触及相线测电笔触及零线氖管发亮氖管不亮（正常状态）直流电、交流电的判别测电笔触及直流电测电笔触及交流电氖管两个电极同时发亮氖管只有一个电极发亮直流电正、负极的判别把测电笔连在直流电的正、负极之间直流电负极侧的氖管发亮设备外壳带电而且接地装置欠佳的鉴别用测电笔触及电动机或调压器等电气设备的外壳氖管发亮说明该设备外壳带电而且接地装置欠佳，如果该设备外壳有良好的接地装置，氖管不会发亮第二节 交流电路中的简单负载一、纯电阻元件1.纯电阻元件的概念在交流电路中，凡是电阻起主要作用的负载，如白炽灯、电烙铁、电炉、变阻器、电热水器、电饭锅等，称为纯电阻元件。纯电阻元件的电路符号如图 2-8 所示。2.纯电阻元件上电压、电流的相位关系及大小关系纯电阻元件上的电压与电流的相位相同，如图 2-9 所示。电压与电流的大小关系为UR=IR图 2-9纯电阻元件上电压、电流的相位关系3.能量转换及功率纯电阻元件将电能转换成热能，消耗的功率称为有功功率，用 P 表示，单位为 W（瓦）。有功功率大小可表示为例 2-2一只白炽灯的额定参数为 220 V/100 W，其两端所加的电压为求：（1）交流电的频率。（2）白炽灯的工作电阻。（3）白炽灯的有功功率。解（1）交流电的频率为（2）白炽灯的工作电阻（3）白炽灯的有功功率 P=100 W二、纯电感元件1.纯电感元件的概念当一个电感线圈（如变压器中的线圈、镇流器中的线圈）的电阻很小、可忽略时，称这种线圈为纯电感元件。其电路符号如图 2-10 所示。图 2-10纯电感元件的电路符号电感元件 L 的单位为 H（亨利）、mH（毫亨）、H（微亨），三者之间的关系是1 H=103mH=106 H当线圈中有交流电流通过时，线圈中就会产生自感电动势来阻碍电流通过。用感抗 XL 来表示电感元件对交流电的阻碍作用，其单位是（欧姆），表达式是XL=L=2fL式中，为交流电的角频率，rad/s；f 为交流电的频率，Hz。可见，对直流电来说，XL=0，线圈可视为短路；对交流电来说，电感对交流电起阻碍作用，且电感量 L 越大，电流频率越高，线圈对电流的阻碍作用越大。因此，纯电感元件有通直流、阻交流的作用。2.纯电感元件上电压、电流的相位关系及大小关系纯电感元件上的电流落后于电压 90，如图 2-11 所示。电压与电流的大小关系为UL=IXL图 2-11纯电感元件上电压、电流的波形3.能量转换及功率电感线圈中因 R=0，故通过交流电流时，不消耗电能，有功功率为零，只有线圈与电源间的能量交换，即时而线圈从电源吸取电能转换为磁场能储存在线圈内，时而线圈将储存的磁场能全部转换为电能，还给电源。线圈与电源间能量转换用无功功率 QL 来反映，其单位是 var（乏），其表达式是例 2-3一个电感线圈，电感量 L=0.7 H，线圈电阻忽略不计。把它接在 220 V、50 Hz 的交流电源上，求流过线圈的电流和电路的无功功率。解线圈的感抗为 流过线圈的电流为 电路的无功功率为 为 Q=UI=2201=220 var【议一议】在例 2-3 中，若电源频率变为 5 000 Hz，其他条件不变，则线圈的感抗和流过线圈的电流如何变化？三、纯电容元件1.纯电容元件的概念在交流电路中，电容在忽略了介质损耗和漏电现象时，即为纯电容元件。纯电容元件的电路符号如图 2-12 所示。电容的单位是 F（法拉）、F（微法）、pF（皮法），三者之间的关系是1 F=106 F=1012 pF电容器在直流电的电路中除充、放电瞬间外，会使电路隔断；在交流电的电路中有容抗存在，用 XC 表示电容元件对电流的阻碍作用。容抗的单位是（欧姆），表达式是电容器的容量越大，电流频率越高，电容器对电流的阻碍作用越小。因此，电容元件有隔直流、通交流的作用，同时对交流电又具有阻低（频）通高（频）的特点。2.纯电容元件上电压、电流的相位关系及大小关系纯电容元件上的电压落后于电流 90，如图 2-13 所示。电压与电流大小关系为图 2-12纯电容元件的电路符号 图 2-13纯电容元件上电压、电流的波形3.能量转换及功率电容器和电感线圈一样，是一个储能元件，而不是耗能元件，它只与电源进行能量的周期性互换，但不消耗电能，其有功功率 P=0。电容器与电源间的能量转换用无功功率 QC 来反映，其单位是 var，其表达式是例 2-4一只容量为 40 F 的电容器接在 的电源上，求：（1）电容的容抗。（2）电流的有效值。（3）电路的无功功率。解（1）电容的容抗为（2）电流的有效值为（3）电路的无功功率为【想一想】日常生活中使用的电器，哪些属于电阻元件？哪些属于电感元件？哪些属于电容元件？哪些又是组合元件？知识拓展万用表1.万用表的结构原理万用表有指针式和数字式两种，主要由表头（微安表）、转换开关和测量线路组成。通过转换开关的换接，构成不同形式的测量电路，以满足不同测量种类和不同量程的选择。图 2-14 所示为 MF-30 型万用表外形图。图 2-15 所示为万用表测直流电流、电压的原理图。1表盘；2表盘刻度线；3表身；4电阻调零旋钮；5挡位；6接线端；7转换开关；8指针调零旋钮；9指针。图 2-14MF-30 型万用表外形图图 2-15万用表测直流电流、电压的原理图2.万用表的用途万用表是一种多用途、多量程的直读式仪表，常用来测直流电压、电流，交流电压、电流和电阻，也可测电容、电感、晶体管参数、音频电平等值。3.万用表的标尺在万用表的表盘上，有很多条刻度线，通称为标尺，用来表示被测电阻、电压、电流等值。测量时，必须根据测量种类和量程，找好对应刻度线读取数据。图 2-16 所示为 MF-30 型万用表的标尺。图 2-16MF-30 型万用表的标尺万用表实物图知识拓展4.万用表的使用注意事项（1）测量前应先检查万用表内电池电压是否足够。先将转换开关置于电阻挡的“1”位置（测1.5 V 电池），再将两表笔相碰，看指针是否指在零位。若通过调整调零旋钮，指针仍不能指在零位，说明电池电量不足，需更换。（2）机械调零。调整调零旋钮，使指针对准刻度盘的 0 位线即可。（3）万用表面板下方有两个插孔，分别标注“+”和“-”（或*）。测量时，应把红表笔插入“+”插孔，黑表笔插入“-”插孔。（4）选择合适的量程。建议使万用表指针偏转在满刻度的 1/22/3，因为此区间测量误差较小，结果比较准确。（5）测量直流电流时，必须注意极性，保证电流从红表笔进入，从黑表笔流出。测量电流时，必须先断开电源，再串入万用表。（6）禁止在被测元件带电状态下调整转换开关，以免损坏开关、表头及指针。（7）测量时，手必须拿在表笔的绝缘部分，并养成单手操作的习惯，即将一支表笔固定在被测电路的公共接地端，单手拿另一支表笔进行测量。（8）测量结束后，应把挡位调整到交流电压最大挡（或空挡），以免表笔相碰，空耗表内电池。【做一做】（1）按图 2-17 连接电路。图 2-17日光灯电路 1（2）安装前要检查灯管、镇流器、启辉器等器件有无损坏，标称功率应保持一致。（3）使用灯架的日光灯，先把灯座、启辉器、镇流器选好位置，固定在灯架上。（4）正确连接日光灯的各器件，保证美观、牢固。（5）安装完毕后要认真检查，防止错接、漏接，并把裸露接头用绝缘带缠好。（6）通电灯亮后，填写表 2-2。表 2-2日光灯电路的测量（7）由表 2-2 中数据计算：灯管两端电压 线路中电流：镇流器两端电压 线路中电流：电源电压 线路中电流。测量项目测量数据电源电压/V灯管两端电压/V镇流器两端电压/V线路中电流/A【想一想】（1）电源电压为什么不等于镇流器两端电压加上灯管两端电压？（2）表 2-2 计算数据的意义是什么？知识拓展 微课：日光灯工作原理一、日光灯电路的组成及工作原理1.日光灯电路的组成日光灯电路由灯管、镇流器、启辉器等组成，如图 2-18 所示。灯管可视为电阻性负载，镇流器是一个电感线圈，因此日光灯电路可看成是一个电阻 R 和电感 L 串联的电路，其等效电路如图 2-19 所示。图 2-18日光灯电路 2 图 2-19日光灯电路的等效电路2.日光灯电路的工作原理在日光灯电路开始接通电源的时候，灯管尚不能发亮，此时启辉器内发生辉光放电，使其中的双金属片受热翘起，触点闭合，接通灯丝电路，电流即流经镇流器、灯管两端的灯丝和启辉器。灯丝很快加热而发射电子。在启辉器内触点闭合后，辉光放电停止，双金属片随即冷却恢复原状，造成灯丝电路突然断开。在电路断开瞬间，镇流器中产生很高的自感电动势。此电动势作用在灯管的两端，热电子在高电压作用下，加速撞击灯管内汞原子而产生紫外线，又激励管壁上的荧光物质，使之发出可见光，日光灯进入正常工作状态。灯管点亮后，电路中的电流将在镇流器上产生较大的电压，灯管两端的电压锐减，从而使得和灯管并联的启辉器因承受的电压过低而不再启辉。日光灯电路的工作原理图【议一议】如果将日光灯上的启辉器或镇流器除去，日光灯还能点亮吗？为什么？二、日光灯电路中的能量转换及功率1.灯管灯管为纯电阻性负载，将电源的电能转换成光能，消耗有功功率。2.镇流器镇流器是一个电感线圈，线圈电阻很小，可忽略，为纯电感元件。它不消耗电能，有功功率为 0，只有线圈与电源间的能量交换，即消耗无功功率。3.RL 串联电路的总阻抗、总电压、总电流RL 串联电路的总阻抗为RL 串联电路的总电压为电阻 R、感抗 XL、总阻抗 Z 三者的关系是直角三角形的关系。电阻上的电压 UR、电感上的电压 UL、RL 串联电路的总电压 U 三者的关系也是直角三角形的关系。RL 串联电路的总电流为4.电源提供的总功率电源提供的总功率称为视在功率，用字母 S 表示。视在功率的单位是 VA（伏安），其表达式是S=UI有功功率 P、无功功率 Q、视在功率 S 三者之间也是直角三角形关系，即日光灯电路中消耗的有功功率还可表示为P=UI cos无功功率还可表示为Q=UI sin 式中，为电路中电压和电流之间的相位差。例 2-5已知电感线圈的电阻 R=6，电感 L=25.5 mH，若把它接在 U=220 V，频率 f=50 Hz的正弦交流电源上，求：（1）电路中的电流。（2）有功功率。（3）无功功率。（4）视在功率。解（1）电路中的电流为（2）有功功率为（3）无功功率为（4）视在功率为 三、日光灯电路常见故障的现象、可能原因及排除方法日光灯电路常见故障的现象、可能原因及排除方法见表 2-3。表 2-3日光灯电路常见故障的现象、可能原因及排除方法故障现象产生故障的可能原因排除方法灯管不发光（1）停电或熔丝烧断导致无电源（2）灯座触点接触不良或电路接触不良（3）启辉器损坏或与基座触点接触不良（4）镇流器绕组或管内灯丝断裂或脱落（1）找出断电原因，检修好故障后恢复送电（2）重新安装灯管或连接松散线头（3）旋动启辉器看是否损坏，再检查线头是否脱落（4）用欧姆表检测绕组和灯丝是否开路灯丝两端发亮启辉器接触不良，或内部小电容击穿，或基座线头脱落，或启辉器已损坏按上一个故障的排除方法（3）检查，若启辉器内部电容击穿，可剪去继续使用故障现象产生故障的可能原因排除方法启辉困难（灯管两端不断闪烁，中间不亮）（1）启辉器不配套（2）电源电压太低（3）环境温度太低（4）镇流器不配套，启辉器电流过小（5）灯管老化（1）换配套启辉器（2）调整电压或降低线损，使电压保持在额定值（3）对灯管热敷（注意安全）（4）更换配套镇流器（5）更换灯管灯管闪烁或管内有螺旋形滚动光带（1）启辉器或镇流器连接不良（2）镇流器不配套（工作电压过大）（3）新灯管暂时现象（4）电源电压过高（1）接好连接点（2）更换配套镇流器（3）使用一段时间会自行消失（4）更换灯管镇流器过热（1）镇流器质量差（2）启辉系统不良，使镇流器负担加重（3）镇流器不配套（4）电源电压过高（1）温度超过 65应更换镇流器（2）排除启辉系统故障（3）更换配套镇流器（4）调低电压至额定值。故障现象产生故障的可能原因排除方法镇流器异响（1）铁心叠片松动（2）铁心硅钢片质量差（3）绕组内部短路（伴随过热现象）（4）电源电压过高（1）紧固铁心（2）更换硅钢片或整个镇流器（3）更换绕组或整个镇流器（4）调低电压至额定值灯管两端发黑（1）灯管老化（2）启辉不佳（3）电压过高（4）镇流器不配套（1）更换灯管（2）排除启辉系统故障（3）调低电压至额定值（4）更换配套镇流器灯管光通量下降（1）灯管老化（2）电压过低（3）灯管处于冷风直吹位置（1）更换灯管（2）调整电压，缩短电源线路（3）采取遮风措施开灯后灯管马上烧毁（1）电压过高（2）镇流器短路（1）检查电压过高原因并排除（2）更换镇流器断电后灯管仍发微光（1）荧光粉余辉特性（2）开关接到零线上（1）等待微光自行消失（2）将开关改接至相线上知识拓展两地控制灯的照明线路用一只单联开关控制楼道口的灯，无论是装在楼上还是楼下，开灯和关灯都不方便。装在楼下，上楼时开灯方便，到楼上就无法关灯；反之，装在楼上同样不方便。因此，为了使用方便和节约用电，在楼上、楼下各装一只双联开关同时控制楼道口的这盏灯，这就是用两只双联开关控制一只白炽灯电路。1.双联开关双联开关的结构如图 2-20 所示。双联开关有三个接线端，其中接线端 1 为连接铜片（简称连片），它就像一个活动的桥梁，无论怎样拨动开关，连片 1 总要与接线端 2、3 中的任意一个保持接触，从而达到控制电路通断的目的。2.控制电路原理双联开关灯控制电路原理如图 2-21 所示。图 2-20双联开关的结构 图 2-21双联开关灯控制电路原理由图 2-21 可知，两只双联开关 S、S串联后再与灯座串联。双联开关 S 的连片 1 接相线（即火线），双联开关 S的连片 1接灯座；双联开关 S 的接线端 2 和双联开关 S的接线端 2相连接；双联开关 S的接线端3和双联开关S的接线端3相连接；分别构成A和B两条通路。此时任意拨动双联开关S或S，均可接通 A、B 中任意一条线路而使灯泡发光：1 和 2、1和 2相接触，构成 A 路通；1 和 3、1和 3相接触，构成 B 路通。再任意拨动双联开关 S 或 S，A、B 两条线路均断开，灯泡不亮，即 1 和 2、1和 3相接触或 1 和 3、1和 2相接触。3.控制电路的安装两地控制灯照明线路的安装接线图如图 2-22 所示。图 2-22两地控制灯照明线路的安装接线图第四节 功率因数及其提高的方法【做一做】（1）按图 2-23 连接好线路。图 2-23功率因数测量电路（2）不接入电容器时，用功率表、电流表、万用表分别测量电路的功率 P、电流 I 和电源两端电压 U、灯管上电压 U1、镇流器上电压 U2。（3）单独接入电容器 C1 后，分别测量 P、I、U、U1、U2。（4）同时接入电容器 C1、C2 后，分别测量 P、I、U、U1、U2。（5）将测量数据填入表 2-4。表 2-4功率因数的测量电路特征测量结果计算结果P/WI/AU/VU1/VU2/Vcos=P/UI不接入电容器时只接入 C1 时同时接入 C1、C2 时一、功率因数的概念把有功功率 P 和视在功率 S 之比称为功率因数，用 cos 表示，即功率因数 cos 是用电设备的一个重要指标。若 cos 1，表明在感性负载的电路中，有功功率只占电源容量的一部分，还有一部分能量并没有消耗在负载上，而是与电源之间反复进行交换，这就是无功功率，它也占用了电源的部分容量。二、提高功率因数的意义1.充分利用电源设备的容量假设电源设备的容量 S=40 kVA，功率因数 cos=0.4，可接 40 W 的日光灯 400 盏，如果接 40 W的白炽灯，功率因数 cos=1，则能接 1 000 盏。因此，功率因数大，表示电路中用电器的有功功率大，电能的利用率高。2.减少供电线路的功率损耗在电源电压一定的情况下，对于相同功率的负载，功率因数越低，电流越大，供电线路上的电压降和功率损耗也越大。例如，220 V/40 W 的白炽灯（cos=1）的电流为 0.18 A；而 220 V/40 W 的日光灯，因其功率因数 cos=0.4，所以电流为 0.455 A。显然，经过线路电阻带来的电压降和功率损耗也要大得多。三、提高功率因数的方法1.感性负载两端并联电容器在感性负载两端并联一个容量适当的电容器，可以提高功率因数。如日光灯电路，由于镇流器具有较大的电感，因此，日光灯电路的功率因数较低。可以在灯管两端并联电容器，如图 2-24 所示，使电容器与电感线圈之间进行能量互换，从而使电阻消耗的有功功率提高。图 2-24 并联电容器2.提高自然功率因数在工业生产中，要合理选用电动机。要求：（1）避免用容量大的电动机来带动小功率的负载。（2）尽量不让电动机空转。例 2-6某发电机的输出电压为 220 V，视在功率为 220 kVA，如向电压为 220 V、cos=0.8、有功功率为 44 kW 的工厂供电，问：（1）该发电机能同时供给几个工厂使用？（2）若把 cos 提高到 1，该发电机能同时供给几个工厂使用？解（1）发电机的输出电流为 每个工厂取用电源的电流为 该发电机能同时供给的工厂数为（2）若把 cos 提高到 1，每个工厂取用电源的电流为该发电机能同时供给的工厂数为知识拓展电路中的谐振1.谐振的概念将由电阻、电感、电容组成的电路接入正弦交流电源后，若电路两端的电压与通过电路的电流同相（即 XL=XC），电路呈电阻性，这种电路工作状态称为谐振。发生在串联电路中的谐振称为串联谐振，发生在并联电路中的谐振称为并联谐振。2.串联电路的谐振RLC 串联电路如图 2-25 所示。串联谐振时，电路的阻抗 Z=R，谐振频率为此时若外加电压不变，则电路中的电流最大。3.并联电路的谐振RLC 并联电路如图 2-26 所示。并联谐振时，电路的阻抗 Z=L/RC，谐振频率为 图 2-25RLC 串联电路 图 2-26RLC 并联电路此时若外加电压不变，则电路中的电流最小。【议一议】在生活中，哪些电器运用了谐振原理？护套线照明电路的安装1.护套线敷设护套线分为塑料护套线、橡胶护套线和铅包线三种。塑料护套线是一种具有塑料保护层的双芯或多芯绝缘导线，具有防潮、耐酸和耐腐蚀、线路造价较低和安装方便等优点。其可以敷设在建筑物的表面，用铝线卡作为导线的支持物。塑料护套线敷设的施工方法简单，线路整齐美观，造价低廉，广泛用于电气照明及其他配电线路。但塑料护套线不宜直接埋入抹灰层内暗配敷设，且不得在室外露天场所明配敷设。同时，由于导线的截面积较小，大容量电路不能采用。1）护套线照明电路配线安装示意图及原理图护套线照明电路配线安装示意图如图 2-27 所示，护套线接线原理图如图 2-28 所示。图 2-27护套线照明电路配线安装示意图图 2-28护套线接线原理图2）护套线照明电路配线安装方法（1）画线定位。先确定线路走向、各用电器的安装位置，然后用弹线袋画线，同时按塑料护套线的安装要求，每隔 150300 mm 画出固定铝线卡的位置。距开关、插座和灯具的接线盒 50 mm 处都需要设置铝线卡的固定点。（2）固定铝线卡。铝线卡的规格有 0、1、2、3 和 4 号，号码越大，长度越长。在室内外照明线路中通常用 0 号和 1 号铝线卡，但主要还是按导线根数和规格选用。按固定的方式不同，铝线卡的形状分小铁钉固定和用黏接剂固定两种，如图 2-29 所示。（3）导线敷设。放线工作是保证塑料护套线敷设质量的重要环节，不可使导线产生扭曲现象。为使导线整齐美观，须将导线敷得横平竖直。敷设时，一手持导线，另一手将导线固定在铝线卡上，如图 2-30 所示。如需转弯，弯曲半径不应小于护套线宽度的 36 倍，转弯前后应各用一个铝线卡夹住，如图 2-31 所示。图 2-29固定铝线卡 图 2-30导线敷设图 2-31 导线转弯（4）铝线卡的夹持。塑料护套线均置于铝线卡的钉孔位后，可按图 2-32 所示方法将铝线卡收紧夹持塑料护套线。图 2-32铝线卡的夹持（5）照明装置安装。将开关、灯头、插座安装在木台上，并连接导线。三芯护套线红芯线为相线，蓝芯线为开关来回线，黑芯线为中性线。2.安装要求（1）室内使用的护套线的截面积规定为：铜芯不得小于 0.5 mm2，铝芯不得小于 1.5 mm2。（2）线路要求整齐美观，导线横平竖直。当几根护套线平行敷设时，应敷设紧密，线与线之间不能有明显空隙。（3）护套线在线路上不可采用线与线直接连接，而应采用接线盒或借用电器装置的接线端子来连接导线。（4）安装电器时，开关要装在相线上，后一开关的相线要从前一开关的入端引出；灯头的顶端接线应接在相线上；插座两孔应处于水平位置，相线接右孔，中性线接左孔。第五节 三相交流电路的基本概念我们生活中所使用的交流电称为单相交流电，电源和负载是用两根导线连接起来的，只有一个电源供电。而实际中的发电、输电和配电电路广泛采用三相交流电路，作为工厂动力设备的电动机多是三相交流电动机。那么什么是三相交流电路？负载和电源之间如何连接？负载消耗的功率又如何确定？一、三相对称交流电源的概念由三个频率相同、振幅相同、初相依次相差 120的正弦交流电源按一定方式连接而成的供电系统，称为三相对称交流电源，如图 2-33 所示。图 2-33三相对称交流电源其数学表达式为三相电动势达到最大值的先后顺序称为相序。若达到最大值的先后顺序为 UVWU，称顺相序。若达到最大值的先后顺序为 UWVU，称逆相序。二、三相电源的连接方式1.星形（Y 形）连接若将电源的三相绕组的末端（U2、V2、W2）连接在一起，分别由三个首端（U1、V1、W1）引出三条输电线 L1、L2、L3，称为星形连接，如图 2-34 所示。这三条输电线称为相线（或火线），用黄、绿、红表示。U2、V2、W2的连接点称为中性点，从中性点引出的导线称为中性线（或零线），用 N 表示。因它经常接地，又称为地线。中性线用黄绿相间的颜色表示。这种由三根相线和一根中性线组成的供电线路称为三相四线制线路；若不引出中性线，则称为三相三线制线路。每相绕组首末两端之间的电压，即每根相线与中性线之间的电压，称为相电压，其有效值用字母 UP 表示。两根相线之间的电压称为线电压，其有效值用字母 UL 表示。UP 与 UL 之间的大小关系为由此可知，若线电压为 380 V，则相电压为 220 V。2.三角形（形）连接若将电源的三相绕组的首末端依次连接，组成一个三角形，从三角形的三个顶点引出三根输电线，称为三角形连接，如图 2-35 所示。此时图 2-34星形连接 图 2-35三角形连接【想一想】我国的供电方式是星形（Y 形）连接还是三角形（形）连接？三、三相负载的连接方式1.三相负载的概念三相用电器，如三相电动机、三相电炉和三组单相用电器（如照明用的三组单相白炽灯泡），统称为三相负载。2.三相负载的星形连接若把三相负载的一端接到一起，另一端分别与三相电源的三根相线相接，称为星形连接，如图 2-36 所示。对于三相电路中的每相来说，就是一个单相电路。在三相电路中，每相负载两端的电压称为负载的相电压，其有效值用字母 UP 表示。流过每相负载的电流称为相电流，其有效值用字母IP表示。流过相线的电流称为线电流，其有效值用字母IL表示。若三相负载为阻抗完全相同的负载（称三相对称负载），则可以采用三相三线制供电；若三相负载不对称，则必须采用三相四线制供电。如图 2-37 所示的三组照明灯具，为保证中性线的存在，不允许在中性线上安装开关或熔断器。图 2-36三相负载的星形连接 图 2-37三组照明灯具三相对称负载做星形连接时，线电压与相电压、线电流与相电流之间的大小关系是 知识拓展星形连接时线电压和相电压关系【想一想】教学楼中各教室的供电，应采用什么方式？在三相四线制供电系统中，为保证中线的存在，不允许在中性线上安装开关或熔断器，那么应安装在哪里？3.三相负载的三角形连接把三相负载分别接在三相电源的每两根相线之间，即形成三角形接法，如图 2-38 所示。三相对称负载做三角形连接时，线电压与相电压、线电流与相电流之间的大小关系是在工厂的动力设备中，很多三相异步电动机都采用三角形连接方式。图 2-38三相负载的三角形连接四、三相电功率三相电路的电功率等于各相电功率之和。对于三相对称负载来说，其有功功率 P、无功功率 Q、视在功率 S 分别为例 2-7在三相四线制电路中接入三组白炽灯用以照明，已知各相的灯丝电阻为 RU=5，RV=10，RW=20，电源的线电压为 380 V，白炽灯的额定电压为 220 V。电路如图 2-39 所示。试求：（1）U 相断开时，V 相和 W 相的电压、电流及工作情况。（2）U 相和中性线都断开时，V 相和 W 相的电压、电流及工作情况。图 2-39例 2-7 图解（1）U 相断开，中性线存在时，V 相与 W 相的电压均不变：V 相和 W 相的电流为U 相断开时，因中性线存在，各相电压不变，故 V 相和 W 相仍能正常工作，不受 U 相影响。（2）U 相和中性线断开时，V 相和 W 相形成串联电路接在两根端线之间，电路中的电流为V 相和 W 相各分得的电压为可见，中性线断开后，各相不再彼此独立。故当 U 相断开时，W 相上的白炽灯因分压超过额定电压烧断灯丝而损坏，致使 V 相断路而不能正常工作。知识拓展钳形电流表1.钳形电流表的结构及用途钳形电流表俗称卡表。早期生产的钳形电流表只用来测量交流电流，它的优点是在不断开电路，即被测电路正常运行的情况下，能方便地测出电路中的工作电流。现在生产的钳形电流表已可测电流、电压、电阻等，而且不但有指针式的，还有数字式的。图 2-40 所示为指针式钳形电流表的外形结构图。它由表头和一个二次缠绕在钳形铁心上的电流互感器组成。钳形铁心像钳子一样可以张开，测量时将被测导线夹在钳口内，就可以在不切断负荷的情况下测出运行中的线路电流。此外，钳形电流表还可以测量零序电流，用以判断三相线路是否有断相现象或不平衡现象。1被测导线；2活动铁心；3磁通；4线圈；5电流表；6量程开关；7表把；8手柄。图 2-40指针式钳形电流表的外形结构图2.钳形电流表的使用方法（1）测量前应先估计被测电流的大小，选择合适的量程（可将挡位先调到最大，然后逐步向低挡位调整）。（2）测量时，被测导线应放在钳口中央，以减少误差。测量较小电流（如 5 A 以下）时，为获得较准确的读数，在条件许可时（截面等）可把导线绕几圈放在钳口内进行测量。最终测量结果为表头测出的数值除以放进钳口内的导线根数。（3）为使读数准确，钳口两个面应保证很好的接触，如有杂音可将钳口重合一次，如仍有杂音，应对钳口进行除污物处理。（4）测量完毕，须将量程开关放在最大挡位，以防下次使用时损伤电表。单相交流电能表1.电能表的外形、结构及工作原理1）电能表的外形感应系单相电能表的外形如图 2-41 所示。图 2-41感应系单相电能表的外形2）电能表的结构单相电能表的结构如图 2-42 所示。图 2-42单相电能表的结构（1）驱动部分。驱动部分由电流元件和电压元件组成，用来将交变的电流和电压转变为交变的磁通，切割圆盘形成转动力矩，使圆盘转动。（2）转动部分。转动部分由铝制圆盘和转轴等部件组成，它能在驱动部分所建立的交变磁场作用下连续转动。（3）制动部分。制动部分由制动永久磁铁和铝制圆盘等部件组成，其作用是在圆盘转动时产生制动力矩，使圆盘转速与负载的功率大小成正比，从而使电能表能反映出负载所消耗的电能。（4）积算机构。积算机构由一套计数装置组成，用来计算电能表圆盘的转数，以显示所测定的电能。以上四个部分称为一套电磁系统。单相电能表具有一套电磁系统，又称单元件电能表。三相交流电能表的结构与单相交流电能表相似，它是把两套或三套单相电能表机构套在同一个轴上组成，只用一个积算机构。由两套组成的称为两元件电能表，由三套组成的称为三元件电能表。前者用于三相三线制电路，后者用于三相三线制及三相四线制电路。3）电能表的工作原理电能表是根据电磁感应原理工作的。当交流电流通过电能表的电流线圈和电压线圈时，在线圈中会产生交变磁通，该磁通穿过铝盘时，在铝盘上产生涡流，而这些涡流又与交变磁通相互作用产生电磁力矩，驱动铝盘转动。同时，转动的铝盘又在制动磁铁的磁场中，故也会在铝盘中产生涡流，制动磁铁的磁场与这个涡流相互作用，从而产生制动力矩，制动力矩的大小与铝盘的转速成正比。当转动力矩与制动力矩平衡时，铝盘以稳定的速度转动。其转速与被测负载的功率的大小成正比，根据其转速的大小即可测量出负载所消耗的电能。2.电能表的使用1）电能表的读数使用电能表计算用户消耗的电能时，应将用户这一次电能表的读数减去上一次电能表的读数，差值即为在这一段时间内用户消耗的电能。2）电能表的选择（1）电能表类型的选择。根据任务要求，适当选择电能表的类型。单相用电时（一般家庭为此种用电），选择单相电能表；三相用电时