《电工电子技术》-单元二　正弦交流电路

任务过程１感性认识的教学过程２.１交流电路中最基本的元器件２.１.１电路中的电容器电容器通常简称为电容，是电子、电力领域中不可缺少的重要元件之一，在电子设备整机中一般占所用电子元件总量的２０％～３０％。电容器是存储电荷的元件，在电路中常用于滤波、耦合、振荡、旁路、隔直和调谐，某品牌电视机主板的局部照片如图２.１－１所示。电容器由相距很近且中间隔有绝缘介质的两块导电极板构成，其结构示意图如图２.１－２所示。不同材料的电容器有不同的结构和特点，下面介绍几种常见的电容器。下一页返回任务过程１感性认识的教学过程１.纸介电容器纸介电容器采用极薄的电容纸作电介质，以两片金属箔作电极，将电容纸卷成圆柱形或者扁柱形芯，然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中，其特点是工作电压高，体积较小，容量可以做得较大，适用于低频场合。纸介电容器如图２.１－３所示。２.云母电容器云母电容器以云母为电介质，以金属箔或者在云母片上喷涂的银层作为极板，压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成，其特点是绝缘电阻大，温度系数小，电容量精度高，频率特性好，适用于高频电路。云母电容器如图２.１－４所示。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程３.瓷介电容器瓷介电容器以陶瓷材料为电介质，在陶瓷片上涂敷银制成电极，并焊上引出线，其特点是耐热性能好，稳定性好，绝缘性能好，可以制成高压电容器，但机械强度低，易碎裂。瓷介电容器根据工作频率分高频瓷介电容器和低频瓷介电容器两类，如图２.１－５所示。独石电容器是多层陶瓷电容器的别称，如图２.１－６所示。４.薄膜电容器薄膜电容器的结构和纸介电容器相同，但电介质采用聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，特点是无极性，绝缘阻抗很高，频率响应宽广，而且介质损失很小，广泛应用在模拟信号的交连、电源噪声的旁路等。薄膜电容器如图２.１－７所示。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程５.玻璃釉电容器玻璃釉电容器以玻璃釉粉加压制成的薄片作电介质，再与银层电极烧结而成，其特点是介电系数大，体积小，损耗较小，耐温性和抗湿性较好，适合半导体电路和小型电子仪器中的交、直流电路或脉冲电路使用。玻璃釉电容器如图２.１－８所示。６.铝电解电容器铝电解电容器分别用两层铝箔作为电容器的正、负极板，在正、负极板上分别引出引脚，在两铝箔之间用绝缘纸隔开，将整个铝箔卷好后浸渍在电解液中，装入外壳，并在铝外壳口部用橡胶塞进行密封，其特点是体积小，容量大，损耗大，有正、负极性之分，常用于电源滤波、低频耦合、去耦和旁路等场合，不宜长期存放。铝电解电容器如图２.１－９所示。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程７.钽、铌电解电容器钽、铌电解电容器以钽或铌表面生成的氧化膜作为电介质，以金属钽或铌作正极，用稀硫酸等配液作负极，其特点是有正、负极性之分，体积小，容量大，性能稳定，寿命长，绝缘电阻大，温度特性好，用在要求较高的设备中。钽、铌电解电容器如图２.１－１０所示。２.１.２电路中的电感器将导线在绝缘支架上绕制一定的匝数就构成了电感器。电感器有存储电磁能的作用，在交流电路中常用于阻流、滤波、选频和退耦合。根据绕制的支架不同，电感器可分为空心电感器（无支架）、磁芯电感器（磁性材料支架）和铁芯电感器（硅钢片支架）。电感器种类较多，下面介绍几种常见的电感器。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程１.可调电感器可调电感器通过调节磁芯在线圈中的位置来改变电感量，磁芯进入线圈内部越多，电感量越大。模压电感器是一种没有磁芯的可调电感器，通过改变线圈之间的疏密程度来调节电感量。调频时扭力一致、手感良好，主要用在各种遥控防盗装置和其他无线接收类产品中。带磁芯可调电感器如图２.１－１１所示。２.空心电感器空心电感器没有磁心，线圈的匝数较少，电感量小，用于振荡、扼波、扼流、高频发射及无线接收电路。空心电感器如图２.１－１２所示。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程３.色环电感器色环电感器是将线圈绕制在软磁性铁氧体基体上，再用环氧树脂或塑料封装，并在其外壳上用色环标明电感值，其电感量固定。色环电感器如图２.１－１３所示。４.磁环线圈磁环线圈是线圈在铁氧体磁环上绕制而成的，如果在磁环上绕制两组或两组以上的线圈可以制成高频变压器，用于各种电源的降噪、滤波电路。磁环线圈如图２.１－１４所示。５.阻流圈阻流圈又称为扼流圈，高频阻流圈电感量小，多采用线圈的分段绕制及陶瓷骨架，用于阻止高频信号的通过；低频阻流圈的电感量要比高频阻流圈大得多，多采用硅钢片、铁体、坡莫合金等作为铁芯，用以阻止低频信号的通过，多用于电源滤波电路、音频电路。阻流圈如图２.１－１５所示。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程２.２生活中的交流电路２.２.１日光灯电路日光灯电路由灯管、镇流器、启辉器三部分组成，单线圈镇流器日光灯管电路如图２.１－１６所示。日光灯灯管的内壁涂有荧光粉，两端有灯丝，内部充有水银蒸汽。当灯管两端灯丝加上高电压时，灯管内部水银蒸汽游离放电，产生弧光，发出紫外线，管壁上的荧光粉受到紫外线的激发而发光。日光灯灯管实际上是一种放电管，其特点是开始放电时需要较高的电压，一旦放电后可在较低电压下维持。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程镇流器是一个以硅钢片为铁芯的电感线圈，其作用是在启辉器断电瞬间，产生一个很高的电势，使灯管内水银蒸汽游离放电。另一方面，在灯管内气体电离而呈低阻状态时，由于镇流器的降压和限流作用而限制灯管电流，防止灯管损坏。启辉器是一个内部充有氖气、有两个电极的放电管，其中一个电极由双金属片制成，在常温下两个电极间有空隙，当两个电极间加有启辉电压时，启辉器放电，双金属片电极被加热随之伸张，可与另一电极接触，冷却后又可恢复原来的状态。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程当日光灯电路接通电源后，电源电压通过镇流器、灯丝加到启辉器的两个电极上，使启辉器发生辉光放电，放电所产生的热量加热启辉器的电极，使启辉器双金属片的电极伸展，与另一电极接触。两个电极接触后，日光灯的灯丝电路接通，使灯的灯丝灼热，同时，启辉器内两个电极接触后辉光放电停止，双金属片冷却，并在短时间内恢复原状，两电极分开，在此瞬间，镇流器因为断电感应出一个很高的电势，使灯管内的水银蒸汽放电，灯管发光。此时的电路变成灯管和镇流器串联，灯管上的电压较低，此电压不足以再使启辉器发出辉光放电，双金属片的电极也不再接触。采用双线圈镇流器日光灯电路如图２.１－１７所示。双线圈镇流器多出的线圈叫去磁线圈，其作用是在日光灯启动时减小镇流器的电感，使启动电流增加；而在工作时因启辉器断开，对日光灯的正常工作没有影响，这样即使在电压较低时，也能保证日光灯顺利启动。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程随着我国绿色照明工程的实施，节能灯的使用越来越广泛。节能灯采用电子镇流器取代传统的电感式镇流器。电子镇流器不但可延长灯管的使用寿命，而且省电，无任何噪音，启动性能好，使用电压范围宽，特别适合电压不稳定的地区。电子镇流器轻便、小巧，甚至可以与灯管等集成在一起，同时，兼具启辉器功能，可以省去单独的启辉器。电子镇流器还可以具有更多功能，比如可以通过提高电流频率或者电流波形（如变成方波）改善或消除日光灯的闪烁现象，也可以通过电源逆变过程使日光灯使用直流电源。电子镇流器的工作原理示意图如图２.１－１８所示。２.２.２电能表电能表可分为单相和三相两种，用于计量在一段时间内负载消耗的有功电能的数值。单相电能表主要用于民用，三相电能表主要用于工业现场。单相电能表主要包括四部分，如图２.１－１９所示。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程（１）驱动元件（电压线圈、电流线圈）：产生转动力矩；（２）转动元件（铝盘）：受力转动；（３）制动元件（永久磁铁、铝盘）：产生制动力矩；（４）计数器：显示负载消耗的电能。在用电设备消耗电能时，电压线圈和电流线圈产生主磁通穿过铝盘，在铝盘上感应出涡流并产生转矩，使铝盘转动，带动计数器计量耗电多少。铝盘转动的速度与用电量成正比，用电量越大，所产生的转矩越大，铝盘转动越快，计量出的用电量数值就越大。单相电能表的接线盒有四个接线柱，从左到右按１、２、３、４编号，接线方法为１、３接电源进线，２、４接负载，其接线原理如图２.１－２０所示，接线实例如图２.１－２１所示。上一页返回任务过程２理论教学过程２.３正弦交流电的基本概念大小和方向随时间按正弦规律变化的电压、电流、电动势统称为正弦交流电。正弦电压、正弦电流和正弦电动势等物理量统称为正弦量，可以表示为以时间为自变量的正弦函数。以如图２.２－１所示的电流为例，可用正弦函数表示为ｉ（ｔ）＝Ｉｍｓｉｎ（ωｔ＋ψ）（２.２－１）由式（２.２－１）可以看出，一个正弦量ｉ是由振幅Ｉｍ、角频率ω和初相位ψ三要素确定的。下一页返回任务过程２理论教学过程２.３.１瞬时值、最大值、有效值瞬时值、最大值、有效值都是用来表示正弦交流电大小的物理量。瞬时值表示正弦量在任意时刻的大小，用ｉ、ｕ、ｅ表示；最大值表示正弦量能够达到的最大数值，用Ｉｍ、Ｕｍ、Ｅｍ表示，由于正弦量的瞬时值是随时间变化的，不便用来进行分析与计算，在实际应用中，正弦量通常采用有效值表示大小，记作Ｉ、Ｕ、Ｅ。交流电的有效值是根据电流热效应定义的。让交流电流ｉ和直流电流Ｉ分别通过同一电阻Ｒ，如果在一个周期Ｔ内所产生的热量相等，那么这个直流电流Ｉ的数值就称为该交流电流的有效值。如图２.２－２所示。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.３.２周期、频率、角频率周期、频率、角频率都是用来表示正弦交流电变化快慢的物理量。１.周期正弦交流电重复变化一次所需要的时间称为周期，用Ｔ表示，单位为秒（ｓ）。周期越短，表示交流电变化越快。２.频率正弦交流电每秒钟重复变化的次数称为频率，用ｆ表示，单位为赫兹（Ｈｚ）。频率和周期互为倒数，即上一页下一页返回任务过程２理论教学过程３.角频率正弦交流电在单位时间内变化的弧度称为角频率，用ω表示，单位为弧度／秒（ｒａｄ／ｓ）。由于正弦量在一个周期的时间内变化的角度为２π弧度，因此周期、频率、角频率之间的关系为２.３.３相位、初相位、相位差相位、初相位、相位差都是用来表示正弦交流电变化步调的物理量。１.相位正弦交流电在ｔ时刻对应的角度称为相位角，简称相位，用ωｔ＋ψ表示，它反映了在不同瞬间正弦交流电的值。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.初相位ｔ＝０时的相位ψ称为初相位，反映了正弦量在计时起点的状态，通常规定初相位的范围为ψ≤π。在图２.２－３所示的两个电流波形图中，图（ａ）的初相角在纵轴的左侧，ψ＞０，相对应的ｔ＝０时刻的瞬时值ｉ０１＝Ｉｍｓｉｎψ＞０；图（ｂ）的初相角在纵轴的右侧，ψ＜０，相对应的ｔ＝０时刻的瞬时值ｉ０２＝Ｉｍｓｉｎψ＜０。３.相位差两个频率相同的正弦量的相位之差称为相位差，用φ表示，它反映了两个频率相同的正弦量在变化过程中的相位关系和先后顺序。设ｕ和ｉ为两个频率相同的正弦量，即上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.４正弦交流电的相量表示法采用三角函数式和波形图表示正弦交流电的方法比较直观，但不便于电路的分析计算。在电工技术中常用相量表示正弦交流电，使分析计算过程简化。２.４.１相量图表示法设有一正弦电流ｉ＝Ｉｍｓｉｎ（ωｔ＋ψｉ），其波形如图２.２－５（ｂ）所示。过直角坐标的原点作一矢量，该矢量的长度等于正弦量的幅值Ｉｍ，该矢量与直角坐标横轴正向的夹角等于ｉ的初相位ψｉ，该矢量以正弦量的角频率ω作逆时针匀速旋转，如图２.２－５（ａ）所示。那么这个旋转矢量任意时刻在纵轴上的投影，就是正弦量ｉ在同一时刻的瞬时值。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.４.２相量式（复数）表示法相量可以用有向线段（相量图）表示，也可以用相量式（复数式）表示。将电流的有效值相量Ｉ·置于复平面内，如图２.２－６所示。相量Ｉ·在实轴的投影为ａ，为实部；在虚轴的投影为ｂ，为虚部，则相量Ｉ·用复数可表示为２.５单一元件的正弦交流电路２.５.１电阻元件在交流电路中，只含有纯电阻负载，而没有电感和电容的电路称为纯电阻电路，如白炽灯、电饭锅、电热水器等都可以看成是纯电阻负载。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.电压与电流的关系线性电阻元件的交流电路如图２.２－８所示。设电阻元件两端的电压ｕＲ＝Ｕｍｓｉｎωｔ，在关联参考方向下，流过电阻元件的电流由式（２.２－９）看出，电阻电路中ｉ与ｕＲ是同频率的正弦量，它们随时间变化的波形如图２.２－９所示。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.功率１）瞬时功率因为电压与电流都随时间变化，所以电阻元件中的功率也随时间变化。在关联参考方向下，在任意瞬间，电压瞬时值ｕ与电流瞬时值ｉ的乘积称为瞬时功率。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程瞬时功率ｐ的波形图如图２.２－１１所示，ｐ随时间做周期性变化，其值总是正的，即电阻元件将从电源获取的电能转换为热能消耗掉，这是一种不可逆的能量转换过程，所以电阻元件是耗能元件。２）平均功率由于瞬时功率是随时间变化的，为了确切度量电阻元件上消耗的能量，引入了平均功率的概念。在一个周期内电阻所消耗功率的平均值称为平均功率或有功功率，用大写字母Ｐ表示，单位为瓦特（Ｗ）。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.５.２电感元件在交流电路中，如果只用电感线圈作负载，且这些线圈的内阻忽略不计，这样的电路称为纯电感电路，镇流器、变压器等都可以看成是纯电感负载。１.电压与电流的关系线性电感元件的交流电路如图２.２－１２所示。设通过电感的电流为ｉ＝Ｉｍｓｉｎωｔ，在关联参考方向下，电感两端的电压为上一页下一页返回任务过程２理论教学过程由式（２.２－１４）看出，电感电路中ｉ与ｕＬ是同频率的正弦量，它们随时间变化的波形如图２.２－１３所示。由式（２.２－１４）可知，电压最大值与电流最大值之间的关系为等式两边同时除以２，得到电压有效值与电流有效值之间的关系为上一页下一页返回任务过程２理论教学过程与电阻元件交流电路比较，ωＬ有类似于电阻的作用，定义称为电感的电抗，简称感抗，反映了电感元件对交流电流的阻碍作用。ＸＬ具有电阻的量纲，单位为欧姆（Ω）。在直流电路中，频率ｆ＝０，则感抗也为０，所以在直流电路中的电感元件相当于短路；在交流电路中，感抗与频率成正比，频率越大，感抗值越大。２.功率１）瞬时功率在关联参考方向下，电感元件中的瞬时功率上一页下一页返回任务过程２理论教学过程瞬时功率ｐ的波形图如图２.２－１５所示。ｐ随时间做周期性变化，在关联参考方向下，当ｐ＞０时，电感吸收电能，并将吸收的电能转换为磁场能储存在元件周围；当ｐ＜０时，电感中的磁场能量转换成电能送回电源。在一个周期内，电感时而取用电能储存磁能，时而释放磁能送出电能，这是一种可逆的能量转换过程。２）平均功率由图２.２－１５可以看出，理想电感元件在一个周期内的平均功率为０，不消耗电能，作为储能元件起能量交换的作用。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程３）无功功率理想电感元件虽然不消耗电能，但它与电源之间不断地进行能量互换。电源要供给电感电流，而实际电源的额定电流是有限的，所以电感元件对电源来说仍是一种负载，它要占用电源设备的容量。为了衡量电感与电源之间能量交换的大小，引入了无功功率的概念。无功功率定义为瞬时功率的最大值，用Ｑ表示，单位为乏（ｖａｒ）。电感元件的无功功率为上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.５.３电容元件在交流电路中，如果只用电容器作负载，且可忽略介质的损耗，这样的电路称为纯电容电路。１.电压与电流的关系线性电容元件的交流电路如图２.２－１６所示。设电容两端的电压为ｕＣ＝Ｕｍｓｉｎωｔ，在关联参考方向下，流过电容的电流为由式（２.２－２１）看出，电容电路中ｉ与ｕＣ.是同频率的正弦量，它们随时间变化的波形如图２.２－１７所示。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.功率１）瞬时功率在关联参考方向下，电容元件中的瞬时功率瞬时功率ｐ的波形图如图２.２－１９所示。ｐ随时间做周期性变化，在关联参考方向下，当ｐ＞０时，电感吸收电能，并将吸收的电能存储在它的电场中；当ｐ＜０时，电感把充电时储存的电场能量转换为电能送还给电源。在一个周期内，电容中的电能和电场能相互转换，是一个可逆的过程。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２）平均功率由图２.２－１９可以看出，理想电容元件在一个周期内的平均功率为０，不消耗电能，作为储能元件起能量交换的作用。３）无功功率理想电容元件不消耗电能，与电源之间不断地进行能量互换。电容元件的无功功率为２.６ＲＬＣ串联的正弦交流电路在实际电路中，单一参数电路比较少见，往往由多参数组合而成。因此研究Ｒ、Ｌ、Ｃ组合参数的交流电路更具有一般意义。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.６.１ＲＬＣ串联电路的电压、电流关系由电阻、电感和电容串联构成的电路称为ＲＬＣ串联电路。图２.２－２１（ａ）为ＲＬＣ串联正弦交流的电路模型，图２.２－２１（ｂ）为ＲＬＣ串联正弦交流电路相量的模型。在串联电路中，各元件流过的电流相同，因此以电流作为参考相量，设串联电路中通过的正弦电流为各元件的电压及端口电压都是与电流ｉ同频率的正弦量。根据ＫＶＬ有上一页下一页返回任务过程２理论教学过程用相量表示为将电流相量Ｉ·画在水平位置，然后根据单一元件电路中电压与电流的关系，画出Ｕ·Ｒ、Ｕ·Ｌ、Ｕ·Ｃ的相量图。如图２.２－２２所示。根据平行四边形法则将Ｕ·Ｒ、Ｕ·Ｌ、Ｕ·Ｃ相加得到总电压相量Ｕ·。在相量图中，Ｕ·、Ｕ·Ｒ、Ｕ·Ｌ＋Ｕ·Ｃ构成直角三角形，称为电压三角形。如图２.２－２３所示。在ＲＬＣ电路中，如果出现端电压和电流同相位的情况，我们称此时电路发生了串联谐振。在串联谐振时，电路具有以下特点：①电抗为零，此时电路的阻抗最小，其值为Ｚ＝Ｒ，电流最大；上一页下一页返回任务过程２理论教学过程②电感两端电压与电容两端电压大小相等，相位相反；③电感和电容的电压有可能超过外加电压。２.６.２ＲＬＣ串联电路的功率关系１.有功功率在ＲＬＣ串联电路中，有功功率是电阻上消耗的功率，其大小为２.无功功率在ＲＬＣ串联电路中，无功功率是储能元件（电感和电容）与电路交换能量的规模，其大小为上一页下一页返回任务过程２理论教学过程３.视在功率在ＲＬＣ串联电路中，视在功率反映了电路的总容量，其大小为由Ｐ、Ｑ、Ｓ的关系可知，三者之间也可构成一个直角三角形，称为功率三角形，如图２.２－２６所示。在功率三角形中，存在以下数量关系：上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.６.３功率因数功率因数定义为有功功率与视在功率的比值，用λ表示，即。功率因数是电力技术中的一个重要指标。在实际生产和生活中的负载大部分都是感性负载，功率因数一般不高，提高功率因数具有重要的意义。（１）提高功率因数可以提高供电设备的利用率。供电设备的额定容量等于额定电压和额定电流的乘积，在电压和电流相同的情况下，负载的功率因数越低，供电设备提供的有功功率就越少。（２）提高功率因数可以降低线路损耗。根据Ｐ＝Ｓｃｏｓφ＝ＵＩｃｏｓφ可知，在一定电压下，当向负载输送的有功功率一定时，负载的功率因数越低，通过输电线路的电流越大，则输电线路上的损耗越大，线路压降也越大。当输电线路压降较大时，会使得负载电压降低，影响负载正常工作。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.７三相交流电源与单相交流电相比，三相交流电具有以下优势：三相交流发电机比同功率的单相交流发电机体积小，三相输电线路比单相输电线路节省导线材料，三相交流电动机比单相交流电动机性能好、工作可靠。２.７.１三相交流电源的表示三相交流电是由三相交流发电机产生的。三相交流发电机的绕组为三相对称绕组，每相绕组的匝数和结构完全相同，在空间互差１２０°电角度。当原动机拖动发电机匀速转动时，在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、相位互差１２０°的正弦电动势ｅＡ、ｅＢ和ｅＣ，称为三相对称电动势，规定电动势的参考方向为绕组的尾端指向首端。三相绕组的各首端与对应尾端之间的正弦电压ｕＡ、ｕＢ和ｕＣ称为三相对称相电压，其参考方向为绕组的首端指向尾端。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程以Ａ相电压为参考正弦量，其瞬时值表达式为三相交流电压的波形图和相量图分别如图２.２－２７（ａ）和（ｂ）所示。三相对称交流电在任一时刻的瞬时值之和恒等于零，相量和也恒等于零，即上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.７.２三相交流电源的连接１.三相交流电源的星形连接方式三相交流电源绕组的星形连接如图２.２－２８所示。把三相绕组的尾端Ａ２、Ｂ２、Ｃ２连接在一起形成一个公共点Ｎ，此点称为中性点，从中性点引出的导线称为中线（俗称零线）。由三个绕组的首端Ａ１、Ｂ１、Ｃ１分别向外引出三根导线，称为相线（俗称火线）。按照图２.２－２８所示的连接方式向外供电的体制称为三相四线制。在图２.２－２８中，根据基尔霍夫电压定律，线电压有效值相量与其对应的相电压有效值相量之间的关系为上一页下一页返回任务过程２理论教学过程根据三相对称交流电的特点，以Ｕ·Ａ为参考相量，做出相电压的相量图，根据式（２.２－４１），在相电压的基础上，做出线电压的相量图。如图２.２－２９所示。根据相量图上的几何关系，可得上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.三相交流电源的三角形连接方式三相交流电源绕组的三角形连接如图２.２－３０所示，把三相绕组的首端和尾端依次相连，构成闭合回路，再从三个连接点引出三根相线，这种连接方式没有中线，称为三相三线制，通常在高压输电工程中采用。由于没有中线，每相绕组上的电压为相电压，与线电压相等，即因此，三相三线制只能提供一种电压。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.８三相交流负载如果接入三相交流电路的各相负载阻抗完全相等，这样的负载就称为对称三相负载，否则称为不对称三相负载。不论负载对称与否，三相负载也有星形、三角形两种连接方式，采用哪种连接方式要根据负载的额定电压、电源的额定电压和电源的连接方式来选择。２.８.１三相交流负载的星形连接三相负载的星形连接如图２.２－３１所示，在相线上流过的电流称为线电流，记作Ｉｌ，各线电流的有效值相量用Ｉ·Ａ、Ｉ·Ｂ、Ｉ·Ｃ表示，参考方向为电源流向负载。流过每相负载的电流称为相电流，记作Ｉｐ。显然，三相负载星形连接时，线电流等于相电流，即上一页下一页返回任务过程２理论教学过程三相负载的线电压指相线之间的电压，三相负载的相电压指每相负载的端电压。三相负载星形连接时的线电压和相电压的关系与三相电源相同，即线电压的大小是相电压的３倍，在相位上超前与其对应的相电压３０°。２.８.２三相交流负载的三角形连接三相负载的三角形连接如图２.２－３２所示，三相负载三角形连接时，相电流的有效值相量用Ｉ·ＡＢ、Ｉ·ＢＣ、Ｉ·ＣＡ表示，参考方向用下标字母的顺序表示，例如，Ｉ·ＡＢ表示该相电流的参考方向是从Ａ相流向Ｂ相。三角形连接中各相负载直接接在电源的两端线之间，所以负载的相电压与相应的电源线电压相等，而且不管负载对称与否，其相电压总是对称的。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.８.３三相交流负载的功率三相交流电路可以视为三个单相交流电路的组合。因此，三相交流电路的有功功率、无功功率和视在功率可以用下面的式子来计算。若三相负载对称，则各相功率是相同的，且不论负载是星形连接还是三角形连接，式（２.２－４９）都可以写为上一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程２.９知识的拓展２.９.１ＬＣ电磁振荡与电磁波１.ＬＣ电磁振荡由线圈Ｌ和电容器Ｃ组成的电路，称为ＬＣ回路，又称振荡电路。在ＬＣ回路中，通过电容器的充、放电及线圈阻碍电流变化的作用，线圈中形成了周期性变化的振荡电流，电容器极板间形成了周期性变化的电荷，与电荷、电流对应的电场及磁场也做周期性变化，这种现象叫做电磁振荡。ＬＣ回路在一个周期内电流与电荷的变化情况如图２.３－１所示。下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程从能量角度分析，电容放电过程是电场能转化为磁场能的过程，充电过程是磁场能转化为电场能的过程。电压越高，表示电容器中的电场能越大；电流越大，表示电感中的磁场能越大。ＬＣ回路的周期和频率由回路本身的特性决定，这种由振荡回路本身特性决定的振荡周期（或频率）叫做振荡电路的固有周期（或固有频率），简称振荡电路的周期（或频率）。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程２.电磁波自从发现电现象、磁现象、电磁感应现象以来，人们对电、磁和电磁感应现象进行了深入广泛的研究，发现了电磁之间的关系及其规律，形成了完整、系统的电磁理论。１８６４年，英国科学家麦克斯韦发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人，揭示了电、磁、光在本质上的统一。麦克斯韦电磁场理论的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发，组成一个统一的电磁场。１８８７年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程２.９.２谐振与选频１.谐振在一个含有电阻、电感、电容的无源二端网络中，调节电路的参数或电源的频率，使网络端口电压和电流相位相同，此时就称电路发生了谐振。在电子和无线电工程中，经常要从许多电信号中选取出需要的电信号，同时把不需要的电信号加以抑制或滤出，为此需要一个选择电路，即谐振电路。在电力工程中，有可能由于电路中出现谐振而产生某些危害，例如过电压或过电流。所以对谐振电路的研究，无论是从利用方面，或是从限制其危害方面来看，都有重要意义。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程２.选频工程上根据输出端口对信号频率范围的要求，设计专门的选频网络，置于输入－输出端口之间，使输出端口所需要的频率分量能够顺利通过，而抑制不需要的频率分量。选频网络在工程上常称为滤波器，通常将希望保留的频率范围称为通带，将希望抑制的频率范围称为阻带，根据通带和阻带在频率范围中的相对位置，滤波器分为低通、高通、带通和带阻四种类型，四种滤波形式如图２.３－２所示，其中（ａ）为低通形式，（ｂ）为高通形式，（ｃ）为带通形式，（ｄ）为带阻形式。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程工程上利用电感和电容彼此相反而又互补的频率特性，先设计具有一定滤波功能的单元电路，然后再以这些单元电路组合成各种滤波器网络，常见的滤波器网络如图２.３－３所示，其中（ａ）为Ｌ形低通滤波器单元电路，（ｂ）为Ｌ形高通滤波器单元电路，（ｃ）为带通滤波器，（ｄ）为带阻滤波器。２.１０科技小制作２.１０.１测量Ｌ、Ｃ参数的交流电桥电桥是一种用比较法对电学参量进行精确测量的仪器，根据供电电源的不同分为直流电桥和交流电桥两类。直流电桥是测量电阻的基本仪器之一，交流电桥是测量各种交流阻抗的基本仪器，如电容的电容量、电感的电感量等。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程图２.３－４为交流电桥原理图，其结构与直流电桥相似，只是四臂上不一定都是电阻，而可能是其他阻抗元件（电容、电感）或它们的组合。检验电桥是否平衡的示零器可以使用检流计、晶体管毫伏表、耳机或示波器。考虑电容、电感和电阻的相角，以及交流电桥平衡时必须满足的相角条件，必须合理搭配电桥中的四臂元件，电桥才能平衡。当电桥相邻两臂为纯电阻时，另两臂应为同类阻抗元件；当相对两臂为纯电阻时，另一对边必须分别为电感和电容。若组装桥臂不符合上述要求，电桥就无法平衡。实际应用中，各臂采用不同性质的阻抗可以组成多种形式的交流电桥电路。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程图２.３－５为测量电容的电桥，（ａ）为串联比较电容电桥，适合测量损耗小的电容；（ｂ）为并联比较电容电桥，适合测量损耗大的电容。图２.３－６为测量电感的电桥，（ａ）为麦克斯韦电桥，适合测量低Ｑ值的电感；（ｂ）为海式电桥，适合测量高Ｑ值的电感。ＤＨ４５１８型交流电桥实验仪如图２.３－７所示。此外，还可利用交流电桥平衡条件与频率的相关性来测量与电容、