三相交流发电机波形认知

1、4项目四 Project汽车交直流电路项目描述直接可用的直流电源通常是由蓄电池提供的，但汽车蓄电池需要对其及时充电，以保持电量。一般汽车用主电源都是由发电机提供的，但汽车发电机产生的是交流电，需要对其进行交直流变换。本项目从认识正弦交流电特征开始，进一步引导同学们对交直流的变换过程做深入浅出的讲解及相关电路实训。· 学习任务一 三相交流发电机波形认知学 习 目 标 知识目标（1）理解正弦交流电的特点。（2）了解正弦交流电的相关参量。（3）了解数字示波器的工作原理。 技能目标（1）掌握波形电压和周期的识别。（2）初步掌握数字示波器的使用。（3）熟练掌握数字万用表的使用。 素质目标（1）

2、规范课堂6S管理。（2）养成团队协作的好习惯。（3）养成独立思考问题的好习惯。 建议完成本学习任务的时间为4课时。学习任务导入正弦交流电是最常见的交流电，它产生比较简单，规律性强，世界工业广泛采用这种交流电的形式。汽车发电机产生的也是正弦交流电。一台汽车发电机要进行波形检测，需要你用示波表来测量波形情况。学习内容万用表的测量原理与使用三相交流发电机波形认识正弦交流电的产生和波形的特点三相交流电的产生示波器的原理与使用了解几种常见波形用示波器测量正弦交流电相关的量获取信息引导问题1 什么是正弦交流电？所谓正弦交流电，是指大小和方向都随时间按正弦规律作周期性变化的电流、电压或电动势，简称交流电，波

3、形如图4-1所示，其数学表达式为：图4-1 正弦交流电波形图引导问题2 什么是正弦量的三要素？1、幅值上式中，Im、Um、Em 分别叫做正弦电流、电压、电动势的幅值（也叫做峰值或最大值），它们反映了正弦量振荡的幅度。有效值指与交流电热效应相同的直流电数值，热效应相同的直流电流 I 称之为交流电流 i 的有效值，有效值可以确切地反映交流电的作功能力。有效值用大写字母I、U表示。理论和实际都可以证明：我们实际上用电表测量交流电的数值约等于有效值。2、周期、频率、角频率（1）周期：正弦交流电完成一次循环变化所用的时间，用字母T表示，单位为秒（s）。（2） 频率：正弦量在单位时间内作周期性循环变化的次

4、数用字母f表示，单位为赫兹（Hz）。（3）角频率：表示单位时间内正弦量变化的弧度数，用字母w表示，单位为弧度/秒（rad/s）。频率与周期的关系：角频率与周期及频率的关系：3、正弦交流电的相位、初相和相位差相位：正弦量解析式中随时间变化的电角度（t+）。初相位：t=0时的相位，它确定了正弦量计时始的位置。相位差：两个同频率正弦量之间的相位之差。上式中u、i 的相位差为：引导问题3 什么是三相交流电？三相交流发电机的结构是怎样的？三相交流电是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的电力系统。目前，我国生产、配送的都是三相交流电，汽车发电机产生的也是三相交流电。

5、三相正弦交流电一般由三相交流发电机产生，发电原理如图4-2（a）所示。发电机主要由定子和转子两部分构成。定子包括机座、定子铁心、电枢绕组等几部分。定子铁心固定在机座里，其内圆表面冲有均匀分布的槽。定子槽内对称嵌放着参数相同的三组绕组，每组N匝（图中以一匝示意）称为一相，于是有三相对称绕组，每相的始末端分别用U1、U2，V1、V2，W1、W2标示。图4-2（b）是一相绕组结构示意图。图4-2 （c）为每相绕组电路模型。各相绕组的始端 U1、V1、W1（末端U2、V2、W2）彼此间隔120°。这样三相绕组的法线方向也互成120°方向（线圈绕组的法线与输出电流正方向成右螺旋关系）

6、如图4-2（a）中所示。发电机转子铁心上绕有励磁线圈或是永磁铁（励磁就是向发电机转子提供转子电源的装置），可产生磁通，这就形成一个可转动的磁极S-N，其磁通经定子铁心闭合。转子由原动机驱动，按顺时针方向以角速度匀速旋转。可产生相位相差120°的交流电压。如图4-3所示。图4-2 三相交流发电机原理图4-3 三相对称电动势引导问题4 其他常见的波形有哪些？除了正弦交流电外，还有几种常见的波形特点，如图4-4所示。图4-4 其他常见的波形引导问题5 电路分析与检测我们常用哪些仪器？在弱电形式的电子电路中，电路分析与检测我们通常使用万用表和示波器。万用表和示波器又分模拟表和数字表，当下数字

7、表比较流行，我们这里重点学习数字万用表和数字示波器的使用。我们学习配套的电子积木用的也是数字万用表和数字示波器。 图4-6 电子积木用数字万用表图4-5 汽车数字万用表引导问题6 什么是数字万用表，如何使用数字万用表？数字万用表，一种多用途电子测量仪器，可以用于电流 （A）、电压（V）、电阻（）的测量，一般被视为万用表的基本功能。除此之外数字万用表还可以测量更多的度量，包括：H电感（亨利）、F电容（法拉）、/温度（摄氏度或华氏度）、Hz频率（赫兹）、%占空比（百分率）、DWELL闭合角（汽车数字万用表）、TACH转速（RPM，汽车数字万用表）、hFE（三极管放大倍数）。使用前，应认真阅读有关的

8、使用说明书，熟悉电源开关、量程开关、插孔、特殊插口的作用。（1） 将ON/OFF开关置于ON位置，检查9V电池，如果电池电压不足，将显示在显示器上，这时则需更换电池。（2）测试笔插孔旁边的符号，表示输入电压或电流不应超过指示值，这是为了保护内部线路免受损伤。 （3）测试之前，功能开关应置于所需要的量程。使用方法：数字万用表相对来说，属于比较简单的测量仪器，下面就给同学们介绍数字万用表的正确使用方法。从数字万用表的电压、电阻、电流、二极管、三极管测量等测量方法开始，让同学们更好的掌握万用表测量方法。1）电压的测量 图4-7 数字万用表测量电压a、直流电压的测量 首先将黑表笔插进“com”孔，红表

9、笔插进“V ”。把旋钮选到比估计值大的量程 （注意：表盘上的数值均为最大量程，“V”表示直流电压档，“V”表示交流电压档，“A”是电流档），接着把表笔接电源或电池两端；保持接触稳定。数值可以直接从显示屏上读取，若显示为“1.”，则表明量程太小，那么就要加大量程后再测量。如果在数值左边出现“-”，则表明表笔极性与实际电源极性相反，此时红表笔接的是负极。 b、交流电压的测量表笔插孔与直流电压的测量一样，不过应该将旋钮打到交流档“V”处所需的量程即可，交流电压无正负之分，测量方法跟前面相同。无论测交流还是直流电压，都要注意人身安全，不要随便用手触摸表笔的金属部分。2）电流的测量 图4-8 数字万用表

10、测量电流a、直流电流的测量先将黑表笔插入“COM”孔，若测量大于200mA的电流，则要将红表笔插入“10A”插孔并将旋钮打到直流 “10A”档；若测量小于200mA的电流，则将红表笔插入 “200mA”插孔，将旋钮打到直流200mA以内的合适量程。调整好后，就可以测量了。将万用表串进电路中，保持稳定，即可读数。若显示为“1.”，那么就要加大量程；如果在数值左边出现“-”，则表明电流从黑表笔流进万用表。 b、交流电流的测量测量方法与1相同，不过档位应该打到交流档位，电流测量完毕后应将红笔插回“V”孔。注意：若用电流档直接测电压会造成万用表彻底报废和人身伤害！3）电阻的测量 图4-9 数字万用表测

11、量电阻将表笔插进“COM”和“V”孔中，把旋钮打旋到“”中所需的量程，用表笔接在电阻两端金属部位，测量中可以用手接触电阻，但不要把手同时接触电阻两端，这样会影响测量精确度，因为人体相当于一电阻，会影响测量结果。读数时，要保持表笔和电阻有良好的接触；注意单位：在“200” 档时单位是“”，在“2K”到“200K“档时单位为 “K ”，“2M”以上的单位是“M”。 注意：在路测量电阻时应关闭电源！否则会影响读数或损坏万用表！4）二极管的测量 图4-10 数字万用表测量二极管数字万用表可以测量发光二极管，整流二极管等。测量时，表笔位置与电压测量一样，将旋钮旋到“二极管”档；用红表笔接二极管的正极，黑

12、表笔接负极，这时会显示二极管的正向压降。肖特基二极管的压降是0.2V左右，普通硅整流管（1N4000、1N5400系列等）约为0.7V，发光二极管约为 1.82.3V。调换表笔，显示屏显示“1”则为正常，因为二极管的反向电阻很大，否则此管已被击穿。 5）三极管的测量 图4-11 数字万用表测量三极管表笔插位同上，其原理同二极管。先假定A脚为基极，用黑表笔与该脚相接，红表笔与其他两脚分别接触其他两脚；若两次读数均为0.7V左右，然后再用红笔接A脚，黑笔接触其他两脚，若均显示"1"，则A脚为基极，否则需要重新测量，且此管为PNP管。那么集电极和发射极如何判断呢？数字表不能像指针

13、表那样利用指针摆幅来判断，那怎么办呢？我们可以利用“hFE”档来判断：先将档位打到“hFE”档，可以看到档位旁有一排小插孔，分为PNP和NPN管的测量。前面已经判断出管型，将基极插入对应管型“b”孔，其余两脚分别插入“c”，“e”孔，此时可以读取数值，即值；再固定基极，其余两脚对调；比较两次读数，读数较大的管脚位置与表面“c”，“e”相对应。6）二极管及蜂鸣器通断测试1、将黑表笔插入COM插孔,红表笔插入V/插孔（红表笔极性为“+”）将功能开关置于“二极管”档、并将表笔连接到待测二极管,读数为二极管正向压降的近似值。2、将表笔连接到待测线路的两端如果两端之间电阻值低于约70，内置蜂鸣器发声。利

14、用此档位可很方便测量电路的通断。引导问题7 什么是示波器？图4-12 汽车诊断专用示波器示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。我们实训用的电子积木配套一个双通道小型示波表，能用于观察较低电压（200Vpp）和较低频率（200K）的信号，双通道相互独立。内置1200mah锂电池，充饱电情况下，可使用5个小时。图4-13 电子积木双通道示波表引导问题8 电子积木配套示波表使用说明有哪些内容？存储深度

15、：4K点×2，X轴显示12格，共240点。电源开关：在右下角，向上拨为接通电源。Mini USB插孔：用于给示波表充电，连接一条随机线到电脑USB口或者5伏电源适配器，即可对示波表充电，在充电状态，充电指示灯亮，充饱时，充电指示灯熄灭，完全充电只需4个小时。信号输入座：双通道的信号输入，需要连接屏蔽线到被测信号。交/直流切换选择开关：每路输入座旁边有一个小开关用于切换交流/直流耦合方式。小开关拨上为交流耦合方式，被测信号会首先通过小电容隔去其直流成分。信号输出座：用于连接屏蔽线，对外输出1100KHz的矩形波信号，占空比可调0100%。演示信号输出：提供一路三角波及一路矩形波，在示波

16、表左下方的两个小焊盘。上边为三角波，下边为方波，可用于测试示波表是否正常工作。 图4-14示波表液晶显示界面 中央按键：长按进入设置，再次长按退出设置，在设置状态，被设置项目反白显示。右按键：用于选择设置项。上下按键：用于对设置项进行加/减。示波表界面：波形窗口红色曲线是通道1的波形；蓝色曲线是通道2的波形。Y1指示通道1的垂直灵敏度及偏移。Y2指示通道2的垂直灵敏度及位移。X指示扫描速度及水平位移。CH1：指示触发电平。触发：自动指示触发模式，有3个选择自动/正常/单次。放大x1：被测波形局部放大，缩小。xxxHz：输出信号的频率选择。xxx%：输出信号的占空比选择。引导问题9 如何使用小型

17、示波表测试信号？（1）探头连接线红色连接头为测量信号，黑色连接头为接地。测量之前，若未知被测信号特征，请将触发模式设置为自动触发，此时示波表将自动产生扫描线，便于快速的寻找到信号的幅值范围，便于设置触发电平，以获得稳定的显示。（2）调节被测通道的垂直灵敏度，使信号幅值范围落在显示区域内，本示波表的可调范围是20mV/格到20V/格之间。若被测信号既有交流成分，又有直流成分，而想显示其交流成分时，可以将信号耦合方式改为交流耦合，相当于在被测信号上串联一个隔直电容。若信号有小部分超出了屏幕范围，则可以调节垂直位移进行上下移动。（3）根据信号的频率范围，选择合适的扫描速度（时基）。（4）此时波形显示

18、可能仍然不太稳定，或者左右滑动。是因为每次扫描的起点与被测信号不同步，此时需要调节触发电平，使扫描在波形的相同电平处开始扫描，注意，触发电平设置只对通道1有效。制定计划各小组成员制定实施本次实训任务的具体步骤、操作方法，预期效果。步骤内容12345做出决策教师根据学生提交的计划进行审核评价，如果不通过则由教师提出整改意见，通过之后每小组根据本小组制定的计划实施任务。小组评价123续上表45实施计划一、任务准备引导问题10 完成本次学习任务需要准备哪些积木、器材？积木连线实训板可调锂电池模块示波表三相交流发电机连接导线二、任务要求1 教学组织 分组实训:全班_人，每_人一组，分为_组，_套实训器

19、材，每组小组长一名。2 职责分工 教师职责：课堂纪律与安全管理、实训器材管理、指导与巡查。学生职责：班长协助教师对班级全面管理与监控、学习委员负责器材管理和检查、团委书记负责安全与纪律及素质评价、副班长负责收集和反馈学生意见，实训小组长负责指导组内学习和交流。3 6S要求：安全 整理 整顿 清洁 清扫 素养 三、任务步骤步骤一 实训积木板的认识及检查步骤图示任务内容完成情况1检查固定电压输出、可调电压输出、电压显示是否正常。是否2打开示波表电源，检查显示是否正常，依照获取信息章节中练习示波表参数的调节。是否3三相发电机由电机带动，检查传动有无卡死，固定螺丝有无松动。是否步骤二 示波表的使用步骤

20、图示工作页1示波表测量三角波：用探头连接好示波表通道1，红色连接头为输入，黑色连接头为接地。打开示波表电源，屏幕应出现两条直线，红线为通道1波形线，蓝色为通道2波形线，左下端有两路波形测试输出，一路方波和一路三角波，先用红色连接头连接三角波输出测试点，选择交流耦合，观察波形。2三角波波形应出现如图所示，若不清晰，进入调节选项分别调节电压幅度、垂直位移和扫描时间（时基），波形占空比和频率同样可以在示波表参数设置里面调节，定格波形选择触发方式为单次。读出定格三角波的周期、频率及电压幅度。幅值：_周期：_频率：_3按照测试三角波的方法测量方波。4按照测试三角波的方法设置示波表参数。读出定格方波的周期、频率及电压幅度。幅值：_周期：_频率：_步骤三 正弦交流电波形测试步骤图 示工作页1用连接导线按照积木连接示意图连接