电工电子技术项目项目二单相交流电路的分析与测量电子课件中职专用 高二 工信版

项目二 单相交流电路的分析与测量 任务一 交流电路的基本概念认知 任务二 单一参数交流电路的分析 技能训练 日光灯功率因素的提高 任务三 电阻、电容、电感 串联交流电路 在我们日常生活中，电路中输送电能和传递电信号的电流和电压，就其对时间变化的规律来看，可分为两大类，一类是前一章介绍过的直流电量，如干电池组成的照明电路；另一类是交流电量，如家庭用电电路。在交流电量中，正弦交流电应用最为典型，也最为广泛。正弦交流电获得广泛应用的原因是：第一，正弦交流电易于产生、传输和转换，具有产生容易、成本低廉的优点；第二，就正弦交流电的用电设备来说，如由三相交流电源供电的三相异步电动机，具有结构简单、价格便宜、使用维护方便等优点，成为日常生活中使用最多的设备；第三，在需要使用直流电的地方，利用整流设备可以方便地将交流电转换成直流电。 任务一 单相交流电路的分析与测量 一、正弦交流电的一些基本概念 在实际工程中所遇到的电流、电压，在大多数情况下，其大小和方向都随时间的变化而变化，这类电量称为交流电。因为交流电的大小随时都在变，所以某一时刻的电量称为交流电的瞬时值，在选定参考方向以后，用带有正、负号的数值来表示交流电在某一瞬间的大小和方向。交流电量一般用小写字母来表示，如用i表示交流电流，用u表示交流电压。 以时间为横轴，以交流电流或交流电压为纵轴，可以画出交流电量瞬时值随时间变化的图形，称为交流电波形图。如图2-1所示为正弦交流电波形图，其中图2-1(a)为正弦交流电流波形，图2-1(b)为正弦交流电压波形。 任务一 单相交流电路的分析与测量 图2-1 正弦交流电波形图 任务一 单相交流电路的分析与测量 根据交流电波形图，可以写出交流量瞬时值与时间变化的数学关系表达式，这种表达式称为交流电的瞬时值表达式，也称交流量解析式，也包括交流电流瞬时值表达式和交流电压瞬时值表达式。 图2-1(a)中的交流电流瞬时值表达式为 i=Imsin (ωt+ψi) （2-1） 图2-1(b)中的交流电压瞬时值表达式为 u=Umsin (ωt+ψu) （2-2） 交流电量很多是随时间呈周期性变化的，这样的交流量称为周期性交流量，简称为周期量。随时间呈正弦规律变化的交流量称为正弦交流量，简称为正弦量。 正弦交流电易于产生，在传输过程中易于变压实现远距离传输，且交流电器设备与直流电器设备相比，具有结构简单，便于使用和维修等优点，所以正弦交流电在实践中得到了广泛的应用。工程中一般所说的交流电（AC），通常都指正弦交流电。 在式（2-1)和式（2-2）中Im（或Um）、ω、ψi（或ψu）是正弦交流量之间进行比较和区分的依据，决定正弦变量瞬时变化的特征，这三个物理量通常被称为正弦电量的三个要素，分别叫做最大值Im（或Um）、角频率（ω）和初相位ψi（或ψu）。 任务一 单相交流电路的分析与测量 二、正弦量的三要素 上节中提到了最大值（Im或Um）、角频率（ω）和初相位（ψi或ψu）是决定正弦量变化特征的三要素，本节将详细介绍正弦量三要素及相关的一些概念。 1.最大值和有效值 式（2-1)和式（2-2）中Im和Um是正弦量（正弦交流电流和正弦交流电压）在它们变化过程中所能达到的最大值，称为最大值，也称为幅值，一般用大写字母加下标注m表示。 为了确切地反映交流电在能量转换方面的实际效果，工程上常采用有效值来表述正弦量。以交流电流为例，其有效值定义为：设一个交流电流i和一个直流电流I分别通过相同的电阻R，如果在某个相同的时间T（交流电流周期）内，它们产生相同的热效应，则这个交流电流i的有效值等于直流电流I的大小。根据定义有： W=∫T0i2Rdt   W=I2RT （2-3） { 任务一 单相交流电路的分析与测量 式（2-3）表明，交流电量有效值的大小等于其瞬间值的二次方在一个周期内积分平均值的平方根，因此有效值也称均方根值。式（2-3）是交流量的有效值的定义式，它适用于任何周期性交流量。如果交流电流为正弦量，即 i=Imsin (ωt+ψi)   其有效值用大写字母I表示，为 I=(1/T∫T0I2msin2(ωt+ψi)dt)1/2 =(1/T∫T0I2m(1-cos 2(ωt+ψi)/2) dt)1/2 =((I2m/2T)T)1/2 =Im/21/2≈0.707Im （2-4) 式（2-4）的结果表明，交流电量的有效值为最大值的12，约等于0.707。 式（2-1）中表示的正弦电流也可以写成 i=21/2Isin (ωt+ψi) （2-5）   式中，I为交流电流的有效值。 任务一 单相交流电路的分析与测量 同理，式（2-2）中表示的正弦电压也可以写成 u=21/2Usin (ωt+ψu) （2-6）   式中，U