电工电子技术与技能 电子教案(5-6章)().ppt
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1、YCF电工电子技术与技能电工电子技术与技能 电子教案(电子教案(5-6章)章)电工电子技术与技能电工电子技术与技能(多学时)(第(多学时)(第2 2版)版)第一部分第一部分 电电 路路 基基 础础项目一项目一 认识实训室与安全用电认识实训室与安全用电项目二项目二 直流电路直流电路*项目三项目三 磁场及电磁感应磁场及电磁感应项目四项目四 电容和电感电容和电感项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路项目六项目六 三相正弦交流电路三相正弦交流电路第二部分第二部分 模拟电子技术模拟电子技术项目七项目七 电子实训室的认识与基本技能训练电子实训室的认识与基本技能训练项目八项目八 常用半导体器件常用半
2、导体器件项目九项目九 整流、滤波和稳压电路整流、滤波和稳压电路项目十项目十 放大电路与集成运算放大器放大电路与集成运算放大器第三部分第三部分 数字电子技术数字电子技术项目十一项目十一 数字电子技术基础数字电子技术基础项目十二项目十二 组合逻辑电路和时序逻辑电路组合逻辑电路和时序逻辑电路项目十三项目十三 数字电路的应用数字电路的应用目目 录录项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.1 熟悉实训室熟悉实训室5.2 正弦交流电路的基本物理量正弦交流电路的基本物理量5.3 正弦交流电路中的三种基本元件正弦交流电路中的三种基本元件5.4 RLC串联电路串联电路5.5 交流电路的功率交流电路的功
3、率5.6 照明电路及其配电板的安装实训照明电路及其配电板的安装实训回回目目录录项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.1 熟悉实训室熟悉实训室5.1.1 实训室的工频电源实训室的工频电源实训室使用的电源是频率为实训室使用的电源是频率为50Hz的交流电源,称为工业标的交流电源,称为工业标准频率。准频率。5.1.2 交流仪表和单相调压器交流仪表和单相调压器1.交流电压表交流电压表用于测量交流电压。用于测量交流电压。2.交流电流表交流电流表用于测量交流电流。用于测量交流电流。3.钳形电流表钳形电流表用于在不断开电路的情况下直接测量交流电流。用于在不断开电路的情况下直接测量交流电流。4.调压
4、变压器调压变压器主要用于实验室和交流异步电动机的降压起动设备中。主要用于实验室和交流异步电动机的降压起动设备中。回章首页回章首页项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.2 正弦交流电路的基本物理量正弦交流电路的基本物理量5.2.1 正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念交流电在其电能的产生、输送和使用方面都有很交流电在其电能的产生、输送和使用方面都有很大的优越性。大的优越性。大小和方向都随时间作周期性变化的电压和电流大小和方向都随时间作周期性变化的电压和电流称为交变电压和交变电流,统称为交流电。称为交变电压和交变电流,统称为交流电。若交流电随时间按正弦规律变化,则称为正弦交若交流电
5、随时间按正弦规律变化,则称为正弦交流电。流电。在交流电作用下的电路称为交流电路。在交流电作用下的电路称为交流电路。在正弦交流电路中,电动势、电压、电流的大小在正弦交流电路中,电动势、电压、电流的大小均随时间作正弦规律变化。均随时间作正弦规律变化。回章首页回章首页项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.2.2 正弦交流电的三要素正弦交流电的三要素正弦电动势、正弦电压、正弦电流等统称为正弦量。正弦电动势、正弦电压、正弦电流等统称为正弦量。正弦量包含三个基本的要素:角频率(正弦量包含三个基本的要素:角频率()、振幅值或最大值()、振幅值或最大值(Im)以及初相位()以及初相位(0)。)。正
6、弦交流电路及其波形正弦交流电路及其波形项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路1.角频率角频率角频率角频率表示在单位时间内正弦量所经历的电角度,即表示在单位时间内正弦量所经历的电角度,即 =/t正弦交流电循环变化一周的时间称为周期,用正弦交流电循环变化一周的时间称为周期,用T表示,单位为秒表示,单位为秒(s)。)。单位时间(即单位时间(即1s)内包含的周期数称为频率,用)内包含的周期数称为频率,用f表示,单位为赫表示,单位为赫兹(兹(Hz)。)。f =1/T 或或 T=1/f角频率角频率和周期和周期T(或频率(或频率f)的关系为)的关系为=2/T=2f项目五项目五 单相正弦交流电路单相正
7、弦交流电路2.振幅值振幅值正弦量瞬时值中的最大值叫振幅值或最大值,也叫峰值。正弦量瞬时值中的最大值叫振幅值或最大值,也叫峰值。3.初相位初相位正弦函数随时间变化的角度,称为相位,亦称为相位角。正弦函数随时间变化的角度,称为相位,亦称为相位角。相位是表示正弦量在某一时刻所处状态的物理量,它不仅相位是表示正弦量在某一时刻所处状态的物理量,它不仅确定瞬时值的大小和方向,还能表示出正弦量变化的趋势。确定瞬时值的大小和方向,还能表示出正弦量变化的趋势。开始计时(开始计时(t=0)的相位角()的相位角(0)称为初相角,它反映了)称为初相角,它反映了正弦量在计时起点的状态。正弦量在计时起点的状态。对于某一正
8、弦交流电量,只要它的角频率、初相位和对于某一正弦交流电量,只要它的角频率、初相位和最大值这三个要素被确定下来,它在任一时刻的状态也就最大值这三个要素被确定下来,它在任一时刻的状态也就被确定了。所以计算正弦交流电量的问题就是求它的三个被确定了。所以计算正弦交流电量的问题就是求它的三个要素。要素。项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.2.3 相位差观察演示实验相位差观察演示实验用双踪示波器观察用双踪示波器观察RC串联电路的波形。串联电路的波形。实验仪器和器材实验仪器和器材实验方法实验方法实验结果实验结果项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.2.4 交流电的有效值交流电的有效
9、值正弦交流电的有效值正弦交流电的有效值I=0.707ImU=0.707UmE=0.707Em常用的测量交流电压和交流电流的各种仪表,所指示的读数均为常用的测量交流电压和交流电流的各种仪表,所指示的读数均为正弦电压、电流的有效值。正弦电压、电流的有效值。电机和各种电器铭牌上标的也都是有效值。电机和各种电器铭牌上标的也都是有效值。项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路*5.2.5 正弦交流电路的表示方法及其测量实训正弦交流电路的表示方法及其测量实训1.表示方法表示方法正弦量用相量表示不仅简化了正弦量的运算,而且简化了正正弦量用相量表示不仅简化了正弦量的运算,而且简化了正弦交流电路的分析运算
10、。弦交流电路的分析运算。正弦量正弦量i=Imsin(t+i)的相量可以写成)的相量可以写成Im=Im i。用相量表示正弦量进行正弦交流电路运算的方法称为相量法。用相量表示正弦量进行正弦交流电路运算的方法称为相量法。基尔霍夫定律对交流电同样适用。基尔霍夫定律对交流电同样适用。2.正弦交流电压、电流的测量正弦交流电压、电流的测量仪器和器材仪器和器材技能训练电路技能训练电路内容和步骤内容和步骤项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.3 正弦交流电路中的三种基本元件正弦交流电路中的三种基本元件正弦交流电路中除了电源外,还有三种具有不同正弦交流电路中除了电源外,还有三种具有不同电路参数的无源元
11、件,即电阻、电感和电容。电路参数的无源元件,即电阻、电感和电容。5.3.1 纯电阻正弦交流电路纯电阻正弦交流电路1.电阻元件的性质探索演示实验电阻元件的性质探索演示实验如果在某一部分电路内,只考虑电阻的作用,则如果在某一部分电路内,只考虑电阻的作用,则可用欧姆定律描述电路中电压和电流的关系。可用欧姆定律描述电路中电压和电流的关系。当电阻当电阻R的电压和电流参考方向一致时的电压和电流参考方向一致时uR=Ri 或或 i=UR/R回章首页回章首页纯电阻电路纯电阻电路项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路2.纯电阻正弦交流电路中的相量关系纯电阻正弦交流电路中的相量关系电阻上的电压和电流是同频率
12、的正弦量且相位相同(同相)。电阻上的电压和电流是同频率的正弦量且相位相同(同相)。它们的数量大小关系为它们的数量大小关系为URm=RImUR=RI如用相量表示,则为如用相量表示,则为URm=RIm 或或 U=RI 项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.3.2 纯电感正弦交流电路纯电感正弦交流电路1.电感元件电压波形观察电感元件电压波形观察正弦电流在线性电感中产生同频率的正正弦电流在线性电感中产生同频率的正弦电压。弦电压。正弦电压在相位上超前电流正弦电压在相位上超前电流90。XL=L=2fL,XL称为电感电抗,简称感称为电感电抗,简称感抗,具有和电阻相同的量纲,单位为欧抗,具有和电阻
13、相同的量纲,单位为欧姆(姆()。)。电感电路中电流有效值和电压有效值成电感电路中电流有效值和电压有效值成正比,而与电路的感抗成反比。正比,而与电路的感抗成反比。感抗是用来表示电感元件对正弦电流阻感抗是用来表示电感元件对正弦电流阻碍作用的一个物理量。碍作用的一个物理量。波形观察电路图波形观察电路图项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路2.纯电感电路中能量转换和功率纯电感电路中能量转换和功率纯电感线圈时而吸收功率,时而发出功率,因此它是一个储能元纯电感线圈时而吸收功率,时而发出功率,因此它是一个储能元件,一个周期的平均功率为零,即纯电感线圈在正弦交流电路不件,一个周期的平均功率为零,即纯电
14、感线圈在正弦交流电路不消耗有功功率。消耗有功功率。电感元件的无功功率为电感元件的无功功率为QL=ULI=XLI2=U2L/XL为了与有功功率相区别,规定无功功率的单位是乏尔(为了与有功功率相区别,规定无功功率的单位是乏尔(Var),简),简称乏。称乏。项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.3.3 纯电容正弦交流电路纯电容正弦交流电路1.电容元件电压波形观察电容元件电压波形观察正弦电压在电容中产生同频率的正弦电流。电流在相位上正弦电压在电容中产生同频率的正弦电流。电流在相位上超前电压超前电压90(或者电容中电压滞后电流(或者电容中电压滞后电流90)。XC=1/(C)=1/(2fC),
15、称为电容电抗,简称容抗。它,称为电容电抗,简称容抗。它具有和电阻相同的量纲,单位为欧姆(具有和电阻相同的量纲,单位为欧姆()。)。在电容电路中,电流有效值在电容电路中,电流有效值I和电压有效值和电压有效值U成正比,和容成正比,和容抗抗XC成反比。成反比。对直流来说,因对直流来说,因=0,故,故XC,可看做断路,所以电容,可看做断路,所以电容器有器有“隔直隔直”作用。作用。相量关系式相量关系式U=U 0,I=I 90项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路2.纯电容电路中的能量转换和功率纯电容电路中的能量转换和功率电容吸取的瞬时功率:电容吸取的瞬时功率:pC=uCi=UmsintImsin
16、(t+90)=UmImsintcost=UCIsin2t纯电容电路中的瞬时功率是频率二倍于电压频率的正弦函数。纯电容电路中的瞬时功率是频率二倍于电压频率的正弦函数。纯电容电路的平均功率纯电容电路的平均功率P和纯电感电路的平均功率和纯电感电路的平均功率P一样,为一样,为 P=0。纯电容电路不消耗有功功率,只有电容器和电源之间的能量交换。纯电容电路不消耗有功功率,只有电容器和电源之间的能量交换。项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.4 RLC串联电路串联电路5.4.1 RLC串联电路的阻抗串联电路的阻抗将交流电路中的三种基本元件电阻、电感、电容串联起来就组成将交流电路中的三种基本元件电
17、阻、电感、电容串联起来就组成一种具有实际意义的电路。一种具有实际意义的电路。回章首页回章首页RLC电路阻抗测量电路图电路阻抗测量电路图 RLC串联电路串联电路 项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.4.2 电压三角形和阻抗三角形及其应用电压三角形和阻抗三角形及其应用阻抗三角形阻抗三角形电压相量三角形电压相量三角形UR=UcosUX=UL-UC=Usin总电压为总电压为 U=IZ电流的有效值电流的有效值I与电压的有效值与电压的有效值U成正成正比,而与电路的阻抗比,而与电路的阻抗|Z|成反比。这条成反比。这条规律不仅适用于规律不仅适用于RLC串联电路,而且对串联电路,而且对任何线性正弦
18、交流电路都适用,称为任何线性正弦交流电路都适用,称为交流电路的欧姆定律。交流电路的欧姆定律。阻抗三角形阻抗三角形电压三角形电压三角形RLC串联电路的电压电流波形图串联电路的电压电流波形图项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路*5.4.3 RLC串联谐振电路串联谐振电路1.串联谐振的条件和谐振频率串联谐振的条件和谐振频率在在RLC串联电路中当串联电路中当XL=XC时,即时,即=0,表示,表示|Z|=R,电,电路呈现纯电阻性质,这时总电压路呈现纯电阻性质,这时总电压u和电流和电流i同相位,这同相位,这时电路中就产生谐振现象。时电路中就产生谐振现象。XL=XC为电路产生谐振的条件为电路产生谐
19、振的条件谐振时的频率谐振时的频率 f0=1/(2(LC)0.5)2.串联谐振的特点串联谐振的特点串联谐振时电感两端的电压串联谐振时电感两端的电压UL、电容两端的电压、电容两端的电压UC可可以比总电压以比总电压U大许多倍。大许多倍。串联谐振时电路的阻抗最小,在一定电压下电路中电串联谐振时电路的阻抗最小,在一定电压下电路中电流的有效值最大。流的有效值最大。项目五项目五 单相正弦交流电路单相正弦交流电路5.5 交流电路的功率交流电路的功率5.5.1 有功功率、无功功率和视在功率有功功率、无功功率和视在功率有功功率有功功率 P=URI=UIcos无功功率无功功率 Q=UXI=UIsin=QL-QC把总
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