《汽车电工电子基础》课件 任务二 测量单相低压交流电波形

汽车电工电子基础模块四交流发电机供电电路任务二

测量单相低压交流电波形【任务目标】1）了解OTC3840C汽车专用示波器各控制件名称、作用、使用方法和注意事项；2）掌握单相正弦交流电三要素；3）掌握安全用电常识和触点急救知识。【三维目标】1）树立规范使用和爱护仪表意识；2）养成安全操作、严谨测量、认真记录和细致分析的学习态度；3）养成生命至上的生活习惯和精益求精的工匠品质。1）具备操作OTC3840C汽车专用示波器的能力；2）具备掌握触电急救的能力。知识目标：核心素养：技能目标：【任务描述】【任务描述】

示波器可将肉眼无法观测的电信号转换为可视化的波形或图像，有助于探究各类电现象的变化进程。通过实施OTC3840C汽车专用示波器测量单相低压交流电波形的任务，以此阐述OTC3840C汽车专用示波器各操作键的功能、单相正弦交流电的相关知识、安全用电常识和触电急救知识。

【知识链接】目录CONTENTS一、OTC3840C汽车专用示波器三、电流对人体的作用二、单相正弦交流电一OTC3840C汽车专用示波器1.OTC3840C汽车专用示波器面板操作键认知OTC3840C汽车专用示波器面板操作键如图4-2所示。各操作键功能如下：图4-12OTC3840C汽车专用示波器面板操作键1.OTC3840C汽车专用示波器面板操作键认知编号控制键说明①帮助（HELP）在菜单选择时显示被选中的项目信息在被选测试项目进行时，显示功能键的信息

②

完成下述之一的动作:上下移动菜单选项

上下移动波形上下移动电压游标在示波器模式下调节触发电平

左右移动波形左右移动时间游标通道

A和通道B的幅值范围大小的调整通道

A和通道B的时基范围大小的调

③

自动（AUTO）设置自动显示量程（触发器）功能的ON/OFF当

ON时，屏幕右上角显示自动（AUTO）当此功能被设置为

ON时，一旦发现信号它将跟踪信号踪迹并

按照设置搜索最佳量程和时基设置

，

当此功能被设置为

OFF时，必须人工调整显示的量程。1.OTC3840C汽车专用示波器面板操作键认知编号控制键说明④菜单(MENU)返回至主菜单⑤保持（HOLD）冻结屏幕（HOLD显示在右上），

同时显示一个可选择保存、

杂波捕捉或清除存储的菜单。

⑥

这些键是功能键，每个键分配的功能由功能键图标表示，显示在屏幕底部键上面。⑦

游标键（快按）用于在波形上进行测量。游标由垂直和水平线组成，

能在显示的波形上移动，就像用尺子一样可在任意点读取测量值。背景灯选择键（长按）用于关闭或打开

LCD背景灯。⑧电源（POWER）关闭或打开电源

。当打开电源时，原先的设置同时激活。2.OTC3840C汽车专用示波器界面认知OTC3840C汽车专用示波器的界面如图4-3所示。界面各标号代表的含义如下：图4-13OTC3840C汽车专用示波器界面界面各标号代表的含义如下：①显示仪表测量数值②表示保持（HOLD）功能启用③背景灯指示器④电池不足指示⑤表示示波器模式⑥表示自动配置范围模式⑦表示过滤器模式启用⑧表示每格的时基⑨表示触发电平⑩表示触发斜率（上升沿还是下降沿）⑪表示自动触发⑫表示每格电压和信号耦合方式，若是直流，此处空白，若是交流，此处～，若？表示接地。⑬指示信号源通道⑭指示通道A的0点⑮指示触发位置3.OTC3840C汽车专用示波器使用注意事项（1）正确接地：确保示波器及探头良好接地，避免干扰和安全问题。（2）选择合适的探头：根据信号频率和幅度选择匹配的探头。（3）正确连接探头和拆卸：确保探头与示波器和被测电路的连接正确，避免接触不良或短路。连接和拆卸探头时要小心操作，防止损坏探头或接口。（4）调整触发方式：选择合适的触发方式，以确保能够稳定地显示信号的波形。（5）避免过载：防止输入信号超出示波器的量程，以免损坏仪器。（6）预热：在进行精确测量前，适当预热示波器。（7）避免强磁场：不要将示波器放置在强磁场附近。（8）定期校准：以保证测量的准确性。（9）注意安全电压：对于高电压信号，要采取适当的防护措施。（10）当信号有噪声干扰时，可以尝试使用滤波功能来改善显示效果。（11）如果遇到难以捕获的信号，可以尝试调整触发延迟等参数。（12）熟悉示波器上各种指示灯和报错信息的含义，以便及时发现问题并解决。二单相正弦交流电1.单相正弦交流电的定义

交流电（AlternatingCurrent），简称为AC，又称“交变电流”。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。在实际应用中，交流电用符号“～”表示。

表4-6序号3所测的交流电是大小和方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电压。通常把大小和方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势。它们在某一时刻t的值称为瞬时值，可用三角函数式（瞬时值表达式）来表示。正弦交流电的电压波形图如图4-14所示：图4-14正弦交流电电压波形图1.正弦交流电的定义瞬时值表达式的标准形式为：正弦交流电压、电流和电动势的瞬时值表达式分别为：2.正弦交流电的三要素3）角频率ω、周期T和频率f

角频率、周期和频率从不同角度反映正弦交流电交变速度的快慢。（1）角频率ω：也称为角速度，正弦交流电在单位时间内所经历的电角度，称为角频率，用字母ω表示，即：

上式中，角频率的单位一般用弧度/秒（rad/s），其值越大说明正弦交流电交变的速度就越快，反之则越慢。（2）周期T：正弦交流电变化一周所需要的时间，它的单位通常用秒（s）表示；周期越短，说明正弦量变化的速度就越快。（3）频率f：正弦交流电在1秒钟内完成周期性变化的次数，称为正弦量的频率，用f表示。频率越高则说明正弦量交变的速度越快；频率的单位通常有赫兹（Hz）、千赫（kHz）和兆赫（MHz）表示。2.正弦交流电的三要素3）角频率ω、周期T和频率f2.正弦交流电的三要素3.正弦交流电的有效值

在交流电的一个变化周期内，把一个交流电i与直流电I分别通过两个相同的电阻R，在相同的时间内，如果两个电阻产生的热量相等，则这个直流电I的数值就叫做交流电i的有效值。正弦交流电的有效值用大写英文字母I、U、E来分别表示电流、电压和电动势的有效值。

直流电流I通过电阻R在交流电流一个周期的时间内所产生的热量为：

交流电流通过电阻R，在一个周期内所产生的热量为：

这表明最大值为1A的正弦交流电流，在能量转换方面与0.707A的直流电流的实际效果相同。

同理：正弦交流电的电压、电动势有效值约等于最大值的0.707倍，即：3.正弦交流电的有效值提示：我国工业和民用交流电源的有效值为220V，工程上所说的交流电压、电流值指的是有效值，电气铭牌额定值、交流电表读数也是有效值。4.正弦交流电的相位差两个相同频率的正弦交流电相位之差称为相位差，用符号φ表示。下面是两个正弦交流电压的瞬时值表达式u1（t）与u2（t）之间的相位差可以用以下式子表示：相同频率的正弦交流量之间的相位差等于它们的初相之差。相位差等于零的两个正弦交流量的变化的步调是一致的，通常我们称之为“同步”；反之，称为“不同步”。假设有一个正弦交流电流，一个正弦交流电压，它们的瞬时值表达式如下：4.正弦交流电的相位差（a）电压滞后电流φ

（b）电压与电流同相i（t）与u（t）相位差如图4-5所示：（c）电压滞后电流90，正交（d）电压与电流反相图4-5相位差波形图5.正弦交流电三要素与波形图的对应关系正弦交流电三要素与波形图的对应关系，如图4-16所示。图4-16正弦交流电三要素正弦交流电的三要素反映交流电大小（幅度）的物理量：最大值、有效值、瞬时值反映交流电变化快慢的物理量:T、f、

用以比较交流电变化步调的物理量：相位、初相位

说明：三电流对人体的作用1.安全电流及有关因素

图4-17所示的处于高压电线上的鸟儿为何不会出现触电现象？触电通常是指人体接触或趋近高压带电体，致使电流流经人体而引发的局部损伤或死亡现象。相关研究表明，频率处于30Hz至1000Hz范围的电流流经人体时最为危险，当电流频率高于1000Hz时，随着频率升高，其危险性会降低。日常使用工频市电的频率在50Hz至60Hz之间，其危险性最大。实践证实，即便通过人体的电流较小，但倘若通电时间过长，依然存在危险。电流对人体的伤害程度取决于通过人体的电流大小与通电时间的乘积。一般而言，当这两者的乘积低于30mAS时，人体不会发生触电；若超过该数值，则存在触电风险。因此，处于高压电线上的鸟儿不会触电的原因在于，鸟儿双足与导线间的接触电阻相对较大，而双足间导线的电阻较小，电压降也极小（可忽略不计），几乎无电流通过鸟儿身体，故而不会发生触电。

图4-17站在高压电线上的鸟儿2.安全电压和人体电阻

（1）安全电压：一般情况下，对地电压低于40V为安全电压，但电气设备环境越潮湿，使用安全电压就越低。我国安全电压等级标准分为42V、36V、6V，可供不同条件下使用的电气设备选用，一般36V以下电压不会造成人员伤亡，故称36V为安全电压。（2）人体电阻：人体最小电阻一般在800~1000Ω，皮肤干燥时可达几万欧姆，而有汗、有水汽或皮肤破损时，电阻就会迅速减小，但对于承受高于100V的电压时，皮肤会被完全击穿，电阻接近0Ω。在高压电导致的高电流的情况下，人体内的电阻值将大大降低。所有血管内的血液都是良好的导电体。根据触电过程中的接触点不同，对人体的影响也有很大差异。当电流流经心脏时最危险！如图4-18所示。图4-18人体触电过程的接触点a)四肢触电

b）电流通过心脏3.电流对人体的伤害按人体受伤害的方式不同，触电可分为电伤和电击两种。（1）电伤：电伤指的是因电流的热效应、化学效应和机械效应作用，对人体造成的局部性损伤。其引发途径既可能是电流直接通过人体所致，也可能是由电弧或电火花引发。具体类型涵盖电弧灼伤、因大电流加热致使金属融化而造成的烧伤，以及与带电体接触后引发的皮肤烫伤等。电伤的临床表征包括头晕、心跳加速、出冷汗，或伴有恶心、呕吐症状，同时皮肤烧伤部位会出现疼痛感等。

3.电流对人体的伤害（2）电击：电击指电流流经人体时，对人体心脏、神经系统、肺部等正常生理功能造成破坏而引发的损伤。电击可致使人体肌肉痉挛、内部组织受损，进而引发发热、麻木、神经麻痹等症状，严重情况下甚至会导致昏迷、窒息、心脏骤停进而死亡。电击对人体造成伤害的程度，取决于通过人体电流的大小、电流频率、电流通过人体的路径、持续时长以及触电者自身的体质状况。当人体通过工频（50Hz或60Hz）电流达到1mA时，会产生麻木感。当电流超过5mA时，会出现“触电反应”，人体会感知到刺痛，不过仍具备自主脱离带电体的能力。10mA为摆脱电流阈值，当流经人体的电流超过该阈值时，人体肌肉开始收缩，从而无法脱离带电体，致使电流在人体的停留时间显著延长，造成对人体产生伤害。当30~50mA的交流电长时间作用于人体时，会引发呼吸骤停和心室纤维性颤动。当人体通过50mA的工频电流并持续一定时长，可导致死亡。80mA的电流被界定为流过人体的“致命阈值”。电流通过心脏时，危险性达到最大，且通电时间越长，触电造成的伤害程度越严重。例如，当人体左右手接触400V电压时，假设人体电阻为1kΩ，根据欧姆定律，流经人体的电流I=U/R=400V/1000Ω=0.4A=400mA。此时，电流经左手（右手）、心脏、右手（左手）通过，且该电流大于80mA的“致命阈值”，若电流在心脏的停留时间约为10~15ms，便可能造成致命伤害。

4.触电的方式1.直接触电及其防护

直接触电又可分为单相触电和两相触电，如图4-19所示。两相触电非常危险，单相触电在电源中性点接地的情况下也是很危险的。其防护方法主要是对带电导体加绝缘、变电所的带电设备加隔离栅栏或防护罩等设施。图4-19直接触电a）单相触电

b）两相触电4.触电的方式2.间接触电及其防护

间接触电主要有跨步电压触电和接触电压触电，如图4-20所示。所谓的跨步电压触电是指：当架空线路的一根带电导线断落在地上时如图4-20a），落地点与带电导线的电势相同，电流就会从导线的落地点向大地流散，于是地面上以导线落地点为中心，形成了一个电势分布区域，离落地点越远，电流越分散，地面电势也越低。如果人或牲畜站在距离电线落地点8～10米以内。就可能发生触电事故，这种触电叫做跨步电压触电。

当电气设备因绝缘损坏而发生接地故障时，如人体的两个部分(通常是手和脚，见图4-20b)同时触及漏电设备的外壳和地面，人体的这两部分便处于不同的地电位，其间的电位差即称为接触电压。由于受接触电压作用而导致的触电现象称为接触电压触电。图4-20间接触电a）跨步电压触电

b）接触电压触电5.防止触电防止触电是安全用电的核心。怎样才能防止触电呢？（1）不能私拉乱接电线和擅用大功率电器。（2）开关必须安装在相线上，合理选择导线及熔断器，不能随意加大熔体的规格或用铁丝、铜丝等代替。（3）安装电器时，要根据安装说明正确安装，不可马虎。带电部分必须有防护罩或放到不易接触到的地方，以防触电。（4）带金属外壳的电器必须采用保护接地措施。电源插头必须使用接地连接良好的三眼插座。（5）不要私自拆装电线和电器，以免触电或造成短路事故。（6）不能在架空线路和户外变电所附近放风筝、钓鱼，不得攀爬电线杆和变压器杆塔等电气设施。（7）不能用湿布擦拭正在使用的电器，更不能用水冲洗。（8）当由于电气故障或漏电而引起火灾时，应立即断开电源。电器起火时，迅速用沙子覆盖，用四氯化碳灭火器或二氧化碳灭火器灭火，绝不能用水或一般酸碱泡沫灭火器灭火。（9）当电线断落在地上时，不能走近，以免跨步电压伤人。应派人看守，通知有关人员处理。6.触电救护知识

发生了触电怎么办?遇有触电情况，首先应使触电者脱离电源，可以拉下电源开关或用干燥的竹杆、木棒等工具挑开电线，如图4-21所示，或用绝缘手钳等