正弦交流电_电工基础及电气测量

(c)脉冲电
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3.1.1 周期、频率、角频率

描述正弦量变化快慢的量有周期T（s）、频率f （Hz）和角频率（rad/s）。
f=1/T =2/T=2f
（a）用t表示
(b) t表示
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图3.7 正弦交流电波形图
3.1.2 瞬时值、最大值、有效值

正弦交流电得到广泛应用: 正弦交流电容易产生，并能用变压器改变电压，
便于输送和使用；
交流电机结构简单、工作可靠、经济性好
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图3.1 白炽灯电路
图3.2 日光灯电路
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镇流器串联在电路中，它的作用是帮助灯管启 动，灯管正常发光时稳定电流；


启辉器并联在灯管两端，它是帮助灯管启动的。
图3.4 u1与u2的波形
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(a)正确测量法
(b)错误测量法
图3.5 观察双踪波形时的两探头位置
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4. 白炽灯调光电路并联电容

在白炽灯调光电路中电源输入两端并联电容
C=2F，耐压400V，重复步骤2及3，观测并 联电容C对测量结果的影响。
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由此可见，在分析交流电路时，必须了
解交流电路与直流电路的区别，掌握交流电
路的特点与应用，找出适用于交流电路分析
与计算的方法来。图3.3电路的定量计算请参 见本章3.4节。
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3.1 正弦交流电基本概念

正弦量的三要素指的就是频率、幅值和初相 位。
(a)直流电
(b)交流电 图3.6 电流波形图
是因为电路中出现了电感性与电容性负载 。
那么在由电阻、电感、电容组成的交流电路
中，如何分析电路特性和计算电路参数呢？
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3．在观察波形时，我们发现电压u1及u2存在一定
的相位差。相位在交流电路是一个十分重要的物
理量。当同一个电流流过不同类型的负载时，负
载上电压的相位不同。
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4．从表3-1中还可以看出，没有接入电容C
时，u1及u2之间的相位差接近于/2，也就 是说，镇流器（电感）上的电压超前白炽灯 （电阻）上的电压/2，这是一个十分重要 的现象。我们还发现，并联电容之后，出现 了两个现象：一是虽然U U1+U2，但U1和U2 的值都比原来缩小了，U1与U2之和较接近于 U了；二是u1及u2之间的相位差也缩小了。 这是提高电感性电路用电质量常用的方法， 问题的归结点仍旧是电感与电容元件的特性 上一页 下一页 返 回 不同。
灯串联后接在市电上，会发生什么现象？

白炽灯亮度变暗，经过一段时间镇流器只微
微有点发热。因为白炽灯相当于一个纯电阻； 镇流器基本相当于一个纯电感，功耗很小， 又能够起到分压的作用。
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三、操作步骤
1．按图3.3装接白炽灯调光电路，使灯泡点 亮。 2．测量环路电压（不并联电容） 用万用表交流电压挡分别测量市电U、镇流器 两端的电压U1及白炽灯两端电压U2，将结果 填入表3-1中。注意比较 U、U1、U2在数值上 表3-1 调光电路的电压测量 的关系。
四、分析思考

经过上述的实验，我们可以看到以下现象：
1．在步骤3中我们观察到的镇流器两端电压u1及
白炽灯两端电压u2的波形都是按正弦规律变化的，
称为正弦交流电。仔细观察波形，思考正弦交流 电的特征是什么？
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2．分析表3-1所记录的数据，我们发现了一
个令人费解的现象：电路的端电压不等于各 分电压之和，即UU1+U2，且U U1+U2。显然， 直流电路分析与计算电路的方法并不能完全 照搬到交流电路。之所以会出现上述现象，
端必须同时接在B点，两个探针分别接于A点和C点。 否则，如果照图3.5（b）接线会造成镇流器短路， 灯泡此时仍接在220V电源上，这是因为两个接地端 在示波器内部是连在一起的。wenku.baidu.com
（2）按照图3.5（a）接线后，因为u1与u2的参考方
向取的相反，其中的一个波形必须取反后才能在同 样的参考方向下进行比较。最后示波器上显示图 上一页 下一页 返 回 3.4的波形。
描述正弦量“大小”的量有瞬时值(i、u、e)、
最大值(Im、Um、Em)
有效值(I、U、E)
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图3.8 交流电的有效值
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3.1.3 相位、初相、相位差

描述正弦量在时间轴上“先后”的量有相位、
初相和相位差

t=0时的相位角称为初相，它反映了对一个
正弦量所取的计时起点。
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例3-1 某正弦电压的有效值U=220V，初相
u=30；某正弦电流的有效值I=10A，初相 i=-60。它们的频率均为50Hz。试分别写出
日光灯发光原理简单叙述如下：开关闭合，电 源接通。此时灯管未发光，电压全加在启辉器 上，启辉器动静触片接触，使电路接通，灯管 中灯丝有电流通过。此时启辉器动静触片断开， 整个电路电流突然中断，镇流器此时产生很高 的感应电动势，与电源电压串联后，全部加在 灯管两端。使灯管内汞气弧光放电，紫外线激 发荧光粉，发出近似日光的可见光。
第3章 正弦交流电路
实例引入：日光灯电路 实训五：白炽灯调光实验 3.1 正弦交流电基本概念 3.2 正弦量的相量表示法 3.3 正弦交流电路中电压与电流的关系 3.4 白炽灯串电感调光电路的阻抗计算及功 率因数 实训六：日光灯电路的阻抗计算

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实例引入：日光灯电路
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实训五：白炽灯调光实验

一、实训目的
1.掌握白炽灯串联电感调光电路的组成及接线，
如图3.3所示。
2.了解正弦交流电路的组成特点。 3.体会交直流电路的区别。 4.掌握交流电路的测量方法。
图3.3 白炽灯串联电感调光电路
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二、原理说明

一个“220V，20W”的镇流器，将它与白炽

市电U（V） 镇流器电压U1（V）
灯 管 电 压 U2 （ V ）
不接入电容C
接入电容C
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3．观察u1、u2的相位关系

用示波器的两个通道同时观察镇流器两端电压 u1及灯泡两端电压u2的波形。仔细调节示波器， 屏幕上显示图3.4的波形。测量时要注意：
（1）如图3.5（a）所示，示波器两个探头的接地