电工培训-正弦交流电路基础.

电工培训正弦交流电路基础.

18世纪中叶，有个叫欧拉的瑞士数学家。他在前人研究的基础上，取得了非常多的研究成就，共写下了886本书籍和论文，其中分析、代数、数论占。40％，几何占18％，物理和力学占28％，天文学占11％，弹道学、航海学、建筑学等占3％。在他之后的数学家拉格朗日、拉普拉斯，都把欧拉当导师。在数学中，欧拉首次提出很多现在还在使用的基本概念，如sin，cos，tan，x

，f(x)。

欧拉提出的正弦函数在当今的电气技术中，有很大的应用。因为现在我们这个世界上，几乎找不到与正弦方式输送无关的电能，几乎到处都能找到以正弦方式使用的电能。

实践证明，使用正弦规律是较聪明、较科学的。

§3—1 正弦交流电的产生

一、正弦交流电的特点种

第一章直流电路中所讨论的直流电；其电流(及电压、电磁势)的大小和方向是不随时间变化的。但是在生产实际中，除了应用直流电外，还广泛地应用交流电。所谓交流电是指电流(及电压、电动势)的大小和方向随时间的变化而变化。交变电流、交变电压和交变电动势统称为交流电。通常将交流电分为正弦交流电和非正弦交流电两大类。正弦交流电是指其交流量随时间按正弦规律变化。

人们经常用图形表示电流(及电压、电动势)随时间变化的规律，这种图形称为波形图，如图3—1所示。

图中横坐标表示时间，纵坐标表示不同时刻的交流量(电流、电压、电动势)值。从如图

正弦交流电路基础·苏州电工培训3—1b所示的波形图中可以看到，正弦交流电(如无特别说明都简称交流电)的特点是：1．变化的瞬时性

正弦交流电的大小和方向时时刻刻都在变化。

2. 变化的周期性

正弦交流电每隔一定时间又作重复的变化。

3．变化的规律性

正弦交流电是随着时间按正弦规律变化的。

正弦交流电在工农业生产以及日常生活中应用广泛，是由于它具有便于远距离传输和分配，交流发电机结构简单、运行可靠、维修方便、节省材料、具有更低的电磁干扰等优点。

二、正弦交流电的产生

正弦交流电是由交流发电机产生的。如图3—2a所示是较简单的交流发电机示意图j它由定子和转子组成。定子有N，S两个固定磁极。转子是一个可以转动的钢质圆柱体，其上紧绕着一匝导线。导线两端分别接到两个相互绝缘的铜环上，铜环与连接外电路的电刷相接

第2 页

触。

当用原动机(如水轮机或汽轮机)拖动电枢转动时，由于运动导线切割磁感应线而在线圈中产生感应电动势。为了得到正弦波形的感应电动势，应采用特定形式的磁极，使磁极与电枢之间的空隙中的磁感应强度按下列规律分布：

第一，磁感应线垂直于电枢表面。

第二，磁感应强度B 在电枢表面按正弦规律分布。

如图3—2b 所示。在磁极中心位置处的磁感应强度较大，用m B 表示；在磁性分界面处的磁感应强度为零。磁感应强度等于零的平面叫做中性面，如图3—2b 所示的'OO 水平面。如线圈所在位置的平面与中性面成a 角，此处电枢表面的磁感应强度为：

m sin B B α=

当电枢在磁场中从中性面开始，以匀角速度ω逆时针转动时，单匝线圈的a 、b 边在磁场内切割磁感应线产生感应电动势。单匝线圈中产生的磁感应电动势为：

m 22sin e Bl B l υυα==

如果线圈有N 匝，则总的感应电动势为：

m 2sin e NB l υα=

当α=90?及α=270?时，感应电动势具有较大值，即：

m 2E NBml υ=

式中 m E ——感应电动势较大值 (V)；

N ——线圈的匝数；

Bm ——较大磁感应强度(Wb/2

m )； l ——线圈的有效长度（m ）

υ——导线运动速度（m/s ）

将公式(3—3)代人公式(3—2)后，得：

m sin e E α=

因为电枢在磁场中以角速度ω作匀速转动，在任意时刻线圈平面与中性面的夹角α等于角速度ω与时间t 的乘积，即：

t αω=

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第 4 页 因此，感应电动势的数学式又可以写成：

m sin e E t ω=

这样就把感应电动势随角度变化转为随时间变化。为今后研究交流电正弦量提供了方便。同理，交流电压、交流电流可表示为：

m m sin sin u U t i I t ωω==???

§3—2 正弦交流电的三要素

一、周期、频率、角频率

由如图3—1所示中的正弦交流电流波形图可以看出，它从零开始随时间延长而增至较大值，然后逐渐减到零；以后由零开始反向增至较大值，然后再回到零。这样，交流电流就变化一次。交流电就按照这样的规律做周而复始的变化，变化一次叫做一周。交流电变化一周所需要的时间叫做周期，用字母T 表示，单位是秒(s)，较小的单位有毫秒(ms)和微秒(s μ)。它们之间的关系为：

36

1s 10ms 10s μ== 周期的长短表示交流电变化的快慢l 周期越小，说明交流电变化一周所需的时间越短，交流电的变化越快；反之，交流电的变化越慢。

频率是指在一秒钟内交流电变化的次数，用字母f 表示，单位为赫兹；简称赫，用Hz 表示。当频率很高时，可以使用千赫(kHz)、一兆赫(MHz)、吉赫(GHz)：等。它们之间的关系为：

3

1kHz=10Hz

31MHz=10kHz

31GHz=10MHz 频率和周期一样，是反映交流电变化快慢的物理量。它们之间的关系为：

11f T T f =

=

???????

我国农业生产及日常生活中使用的交流电标准频率为50Hz 。通常把50Hz ，的交流电称为工频交流电。

交流电变化的快慢除了用周期和频率表示外，还可以用角频率表示。所谓角频率就是交流电每秒钟变化的角度，用字母ω表示，单位是rad/s(弧度/秒)。

周期、频率和角频率的关系是：

22f T π

ωπ=

二、瞬时值、较大值、有效值

正弦交流电(简称交流电)的电动势、电压、电流，在任袁

瞬间的数值叫交流电的瞬时值，用小写字母e ，u ，i 表示。

瞬时值中较大的值称为较大值。较大值也称为振幅或峰值。在波形图生，曲线的较高点对应的纵轴值，即表示较大值。用m E ，m U ，m I 分别表示电动势、电压、电流的较太值。它们之间的关系为：

m m m sin sin sin e E t u U t i I t ωωω===?

?

???

由公式(3—9)可知，交流电的大小和方向是随时间变化的，瞬时值在零值与较大值之间变化，没有固定的数值。因此，不能随意用一个瞬时值来反映交流电的做功能力。如果选用较大值，就夸大了交流电的做功能力，因为交流电在绝大部分时间内都比较大值要小。这就需要选用一个数值，能等效地反映交流电做功的能力。为此，引人了交流电的有效值这一概念。

正弦交流电的有效值是这样定义的：如果一个交流电通过一个电阻，在一个周期内所产生的热量，和某一直流电流在相同时间内通过同一电阻产生的热量相等，那么，这个直流电的电流值就称为交流电的有效值。正弦交流电的电动势。电压、电流的有效值分别用字母E ，U ，I 表示。通常所说的交流电的电动势、电压、电流的大小都是指它的有效值，交流电气设备铭牌上标注的额定值、交流电仪表所指示的数值也都是有效值。今后在谈到交流电的数值时，如无特殊注明，都是指有效值。

理论计算和实验测试都可以证明，它们之间的关系为：

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第 6 页 m m m 0.7070.7070.707E E U U I I ======?

???????? 三、相位、初相和相位差

在如图3—3所示中，两个相同的线圈固定在同一个旋转轴上，它们相互垂直，以角速度叫逆时针旋转。在AX 和BY 线圈中产生的感应电动势分别为1e 和2e ，如图3—4所示。

当t=0时，AX 线圈平面与中性面之间的夹角1?=0?，BY

线圈平面与中性面之间的夹角2?=90?。在任意时刻两个线圈的感应电动势分别为：

1m 12m 2sin()

sin()e E t e E t ω?ω?=+=+

公式中，1t ω?+和2t ω?+是表示交流电变化进程的一个角度，称为交流电的相位或相角，它决定了交流电在某一瞬时所处的状态。t =0时的相位叫初相位或初相。它是交流电在计时起始时刻的电角度，反映了交流电的初始值。例如，AX ，BY 线圈的初相分别是1?=0?，2?=90?。在t =0时，两个线圈的电动势分别为1e =0，2m e E =。两个频率相同的交流电的相位

之差叫相位差。令上述1e 的初相位1?=0?，2e 的初相位

2?=90?，则两个电动势的相位差为：

2121()()t t ?ω?ω????=+-+=-

可见，相位差就是两个电动势的初相差。

从如图3—5所示可以看到，初相分别为1?和2?的频率相同的两个电动势的同向较大值，不能在同一时刻出现。就是说2e 比1e 超前?角度达到较大值，或者说1e 比2e 滞后?角度达

到较大值。

综上所述，一个交流电变化的快慢用频率表示；其变化的幅度，用较大值表示；其变化的起点用初相表示。

如果交流电的频率、较大值、初相确定后，就可以准确确定交流电随时间变化的情况。因此，频率、较大值和初相称为交流电的三要素。

例题1 已知两正弦电1e =1OOsin(100t π+60?)V ，2e =65sin(100t π+30?) V ，求各电动势的较大值、频率、周期、相位、初相及相位差。

解：

（1）振幅

m1100V E = m265V E =

（2）频率

1210050Hz 22f f ω

π

ππ====

（3）周期

121

1

0.02s 50T T f ====

（4）相位

121006010030t t ?π?π=+?

=+?

（5）初相 160?=? 230?=?

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第 8 页 （6）相位差

12603030????=-=?-?=?

§3—3 正弦交流电的表示法

正弦交流电的表示方法有三角函数式法和正弦曲线法两种。它们能真实地反映正弦交流电的瞬时值随时间的变化规律，同时也能完整地反映出交流电的三要素。

一、三角函数式法

正弦交流电的电动势、电压、电流的三角函数式为：

m m m sin()

sin()sin()

e E t e u U t u i I t i ω?ω?ω?=+=+=+

若知道了交流电的频率、较大值和初相，就能写出三角函数式，用它可以求出任一时刻的瞬时值。

例题2 已知正弦交流电的频率f =50 Hz ，较大值m U =310 V ，初相?=30?。求t =1/300 S 时的电压瞬时值。

解：

电压的三角函数标准式为：

m m sin()sin(2)u U t u U ft u ω?π?=+=+

则其电压瞬时值表达式为：

310sin(10030)u t π=+?

将t=0.01 s 代人上式

310sin(10030)u t π=+?

310sin(100180130030)

310sin(6030)

310V =???÷+?=?+?=

二、正弦曲线法-波形法

正弦曲线法就是利用三角函数式相对应的正弦曲线，来表示正弦交流电的方法。

在如图3—6所示中，横坐标表示时间t 或者角度t ω，纵坐标表示随时间变化的电动势瞬时值。图中正弦曲线反映出正弦交流电的初相?=0。e 较大值m E ，周期T 以及任一时刻的电动势瞬时值。这种图也叫做波形图。

§3—4 单相交流电路

在直流电路中，电路的参数只有电阻R 。而在交流电路中，电路的参数除了电阻R 以外，还有电感L 和电容C 。它们不仅对电流有影响，而且还影响了电压与电流的相位关系。因此，研究交流电路时，在确定电路中数量关系的同时，必须考虑电流与电压的相位关系，这是交流电路与直流电路的主要区别。本节只简单介绍纯电阻、纯电感、纯电容电路。

一、纯电阻电路

纯电阻电路是只有电阻而没有电感、电容的交流电路。如白炽灯、电烙铁、电阻炉组成的交流电路都可以近似看成是纯电阻电路，如图3—7所示。在这种电路中对电流起阻碍作用的主要是负载电阻。

加在电阻两端的正弦交流电压为u ，在电路中产生了交流电流i ，在纯电阻电路中，龟压和电流瞬时值之间的关系，符合欧姆定律，即：

/i u R =

由于电阻值不随时间变化，则电流与电压的变化是一致的。就是说，电压为较大值时，

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第 10 页 电流也同时达到较大值；电压变化到零时，电流也变化到零。如图3—8所示。纯电阻电路中，电流与电压的这种关系称为“同相”。

通过电阻的电流有效值为：

/I U R =

公式3—14是纯电阻电路的有效值。在纯电阻电路中，电流通过电阻所做的功与直流电路的计算方法相同，即：

22

P UI I R U R ===

二、纯电感电路

纯电感电路是只有电感而没有电阻和电容的电路。如由电匪很小的电感线圈组成的交流电路，都可近似看成是纯电感电路，如图3—9所示。

在如图3—9所示的纯电感电路中；如果线圈两端加上正弦交流电压，则通过线圈的电流i 也要按正弦规律变化。由于线圈中电流发生变化，在线圈中就产生自感电动势，它必然阻碍线圈电流变化。经过理论分析证明，由于线圈中自感电动势的存在，使电流达到较大值的时间，要比电压滞后90?，即四分之一周期。也就是说，在纯电感电路中，虽然电压和电流都按正弦规律变化，但两者不是同相的，如图3—10所示，正弦电流比线圈两端正弦电压滞后90?，或者说，电压超前电流90?。

理论证明，纯电感电路中线圈端电压的有效值U ，与线圈通过电流的有效值之间的关系是：

L //I U L U X ω==

L ω是电感线圈对角频率为叫的交流电所呈现的阻力，称为感抗，用L X 表示，即：

L 2X L fL ωπ==

式中 L X ——感抗(Ω)；

f ——频率(Hz)；

L ——电感(H)。

感抗是用来表示电感线圈对交流电阻碍作用的物理量。感抗的大小，取决于通过线圈电流的频率和线圈的电感量。对于具有某一电感量的线圈而言，频率越高，感抗越大，通过的电流越小；反之，感抗越小，通过的电流越大。收音机中的高频扼流圈不让高频电流通过，只让低频电流通过，就是这个道理。在直流电路中，由于频率为零，故线圈的感抗也为零，线圈的电阻很小，可以把线圈看成是短路的。

例题3有一电感为0.1 mH 的线圈，分别接在电压U =0.1 V ，频率为1f =1 000 Hz ，2f =1 MHz 的两个交流电源上。求两种情况下通过线圈的电流。

解：

当1f =1 000 Hz 时，感抗为：

3L122 3.1410000.1100.628X fL π-==????=Ω

L1/0.1/0.6280.159A 159mA I U X ====

当2f =1 MHz 时，感抗为：

63L222 3.14100.110628X fL π-==????=Ω

L2/0.1/6280.000159A 159A I U X μ====

结论：同一个电源电压、同一个电感，交流电频率差1 000倍，L X 差1 000倍，电流差1 000倍!

三、纯电容电路

电容器是由两个金属板中间隔着不同的介质(云母、绝缘纸等)组成的。它是存放电荷的容器。电容器中的两个金属板叫电

容器两个极板。如果把电容器的两个极板分别与

直流电路两端连接，如图3—11所示，则两极板间有

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第 12 页 电压，在极板间建立了电场。在电场力作用下，驱使自由电子运动，使两个极板分别带上数量相等符号相反的电荷。与电源正极相连的极板带正电荷，与电源负极相连的极板带负电荷。实验证明，极板上存有电荷Q 越多，则极板间的电压U 越高，二者成正比。因此，将电容器的电量Q 与极板间电压的比值叫做电容器的电容量，简称电容，用字母C 表示，即：

Q

C U =

式中 Q ——下任意极板上的电量 (C)；

U ——两极板间的电压(V)；

C ——电容量(F)

当电容器极板间电压为l 伏，极板上电量为1库仑，则电容器的电容量为1法拉，简称法，用字母F 表示。在实际应用中，由于法拉单位过大，所以经常使用微法(F μ)和皮法(pF )为电容的单位，它们之间的关系为：

61F 10F μ-=

121pF 106F 10F μ-=-=

常用的电容器符号如图3—12所示。

电容器在电工和电子技术中应用广泛。如在电力系统中用它改善系统的功率因数，在电子技术中用它进行滤波、耦合、隔直、旁路、选频等。在这里只简单介绍电容在交流电路的作用。

纯电容电路是只有电容而没有电阻、电感的电路。如电介质损耗很小，绝缘电阻很大的电容器组成的交流电路。可近似看成纯电容电路。

在如图3—13所示的纯电容电路中，电容器接上交流电源。在电压升高的过程中，电容器充电，在电压降低的过程中，电容器放电。由于电容器端电压按正弦规律变化，致使电

容器不断地进行充电、放电。于是在电路中形成按正弦规律变化的电流。理论分析证明：电路中电流达到同方向较大值的时间，比电容器的端电压超前90?，即提前四分之一周期。也就是说在纯电容电路中，虽然电流与电压都按正弦规律变化；但两者的相位不同，如图3—14所示，纯电容电路中的电流超前电压90?。

理论证明：在纯电容电路中，电容两端电压的有效值U 与电路电流有效值I 之间的关系是：

1C

U U I X C

ω== 1/C ω是电容对角频率为ω的交流电所呈现的阻力，称为容抗，用C X 表示，即：

C 1/1/2X C fC ωπ==

容抗是用来表示电容器对电流阻碍作用大小的一个物理量，单位是欧，用Ω表示。容抗的大小与频率及电容量成反比。当电容器的容量一定时，频率越高，容抗越小，电流越大；反之，频率越低，容抗越大电流越小。在直流电路中，由于电流电频率为零，因此，容抗为无限大。这表明，电容器在直流电路中相当于开路。但在交流电路中，随着电流频率的增加，容抗逐渐减小。因此，电容器在交流电路中相当于通路。这就是电容器隔断直流，通过交流

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第 14 页 的原理。

例题4 有一个电容器的电容C=0.159，F μ试求它在频率为50 Hz 和1 MHz 时的容抗。如果电源电压为100 V ，求在频率为50 Hz 和1 MHz 时的电流。 解：

当1f =50 Hz 时

C1611

1

20k 22 3.14500.15910X f C π-==Ω????

1C110000.005A 5mA 201000U

I X ====?

当2f =1 MHz 时

C26621

1122 3.14100.15910X f C

π-===Ω???? 2C2100100A 1U

I X ===

§3—5 三相交流电路 在单相交流电路的电源电路上有两根输出线，而且电源只有—个交变电动势。如果在交

流电路中三个电动势同时作用，每个电动势大小相等，频率相同，但初相不同，则称这种电路为三相制交流电路。其中，每个电路称为三相制电路的一相。

三相制电路应用广泛，其电源是三相发电机。和单相交流电相比；三相交流电具有以下优点：

1．三相发电机比尺寸相同的单相发电机输出的功率大。

2．三相发电机的结构和制造与单相发电机相比，并不复杂，使用方便，维修简单，运转时振动也很小。

3. 在条件相同、输送功率相同的情况下，三相

输电线比单相输电线可节约25％左右的线材。

一、三相电动势的产生

三相交流电是由三相发电机产生的，如图3—15

所示是三相发电机的结构示意图。它由定子和转子组成。在定子上嵌入三个绕组，每个绕组叫一相，合称三相绕组。绕组的一端分别用U1，V1，W1表示，叫做绕组的始端，另一端分别用U2，V2，W2表示，叫绕组的末端。三相绕组始端或末端之间的空间角为120?。转子为电磁铁，磁感应强度沿转子表面按正弦规律分布。

当转子以匀角速度ω逆时针方向旋转时，在三相绕组中分别感应出振幅相等，频率相同，相位互差120?的三个感应电动势，这三相电动势称为对称三相电动势。三个绕组中的电动势分别为：

U m =sin()e E t ω

V m =sin(120)e E t ω-?

W m =sin(+120)e E t ω?

显而易见，V 相绕组的V e 比U 相绕组的U e 落后120?，W 相绕组的W e 比V 相绕组的V e 落后120?。

如图3—16所示是三相电动势波形图。由图可见三相电动势的较大值。角频率相等，相位差120?。电动势的方向是从末端指向始端，即U2到U1，V2到V1，W2到W1。

在实际工作中经常提到三相交流电的相序问题，所谓相序就是指三相电动势达到同向较大值的先后顺序。在图中，较先达到较大值的是U e ，其次是V e ，较后是W e ；它们的相序是U 一V 一W ，该相序称为正相序，反之是负序或逆序，即W —V 一U 。通常三相对称电动势的相序都是指正相序，用黄、绿、红三种颜色分别表示U ，V ，W 三相。

二、三相电源绕组的联结

三相发电机的每相绕组都是独立的电源，均可以采用如图3—17所示的方式向负载供电。

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第 16 页 这是三个独立的单相电路，构成三相六线制，有六根输电线，既不经济又没有实用价值。在现代供电系统中，发电机三相绕组通常用星形联结或三角形联结两种方式。但是，发电机绕组一般不采用三角形接法而采用星形接法。因此，这里只介绍星形接法。

将发电机三相绕组的末端U2，V2，W2连在一起，成为一个公共点，再将三相绕组的始端U1，V1，W1引出，接负载的三根输电线。这种接法称为星形接法或Y 形接法，如图3—18所示。公共点称作电源中点，用字母N 表示。从始端引出的三根输电线叫做相线或端线，俗称火线。从电源中点N 引出的线叫做中线。中线通常与大地相连接，因此，把接地

的中点叫零点，把接地的中线叫零线。

如果从电源引出四根导线，这种供电方式叫星接三相四线制；如果不从电源中点引出中线，这种供电方式叫星接三相三线制。

电源相线与中线之间的电压叫做相电压，在如图3—18所示中用U U ，V U ，W U 表示，电压方向是由始端指向中点。

电源相线之间的电压叫做线电压，分别用UV U ，VW U ，WU

U 表示。电压的正方向分别是从端点U1到V1，V1到W1，W1到U1。

三相对称电源的相电压相等，线电压也相等，则相电压U 相与线电压U 线之间的关系为：

1.7U U =≈项线相

公式(3一21)表明三相对称电源星形联结时，线电压的有效值等于相电压有效值的1.7倍。

三、三相交流电路负载的联结

在三相交流电路中，负载由三部分组成，其中，每二部分称为一相负载。如果各相负载相同，则叫做对称三相负载；如果各相负载不同，则叫做不对称三相负载。例如，三相电动

机是对称三相负载，日常照明电路是不对称三相负载。根据实际需要，三相负载有两种连接方式，星形(Y 形)联结和三角形(△形)联结。

1．负载的星形联结

设有三组负载U Z ，V Z ，W Z ，若将每组负载的一端分别接在电源三根相线上，另一端都接在电源的中线上，如图3—19，所示，这种连接方式叫做三相负载的星形联结。图中U Z ，V Z ，W Z 为各相负载的阻抗，N 为负载的中性点：

由图可见，负载两端的电压称为相电压。如果忽略输电线上的压降，则负载的相电压等于电源的相电压；三相负载的线电压就是电源的线电压。负载相电压U 相与线电压U 线间的关系为：

Y Y U =线相

1.7U U =≈线相相

星接三相负载接上电源后，就有电流流过相线、负载和中线。流过相线的电流U I ，V I ，W I 叫做线电流，统一用I 线表示。流过每相负载的电流U I ，V I ，W I 叫做相电流，统一用I 相表示。流过中线的电流N I 叫做中线电流。

如果图3—19所示中的三相负载各不相同(负载不对称)时，中线电流不为零，应当采取三相四线制。如果三相负载相同(负载对称)时，流过中线的电流等于零，此时可以省略中线。

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第 18 页 如图3—20所示是三相对称负载星形联结的电路图。可见去掉中线后，电源只需三根相线就能完成电能输送，这就是三相三线制。

三相对称负载呈星形联结时，线电流I 线等于相电流I 相，即：

I I =线Y 相Y

在工业上，三相三线制和三相四线制应用广泛。对于三相对称负载(

如三相异步电动机)应采用三相三线制，对于三相不列称的负载，如图3—21所示的照明线路，应采用三相四线制。

值得注意的是，采用三相四线制时，中线的作用是使各相的相电压保持对称。因此，在中线上不允许接熔断器t 更不能拆除中线。

2．负载的三角形联结

设有三相对称负载U Z ，V Z ；W Z ，将它们分

别接在三相电源两相线之间，如图3—

22所示，

这种连接方式叫做负载的三角形联结。

负载呈三角形联结时，负载的相电压U 相就是

电源的线电压U 线，即：

U U ??=相线 当对称负载呈三角形联结时，电源线上的线电流I 线有效值与负载上相电流I 相有效值有如下的关系：

1.732I I ???≈=线相相

分析了三相负载的两种联结方式后，可以知道，负载呈三角形联结时的相电压是其呈星形联结时的相电压的1.7倍。因此，当三相负载接到电源时，究竟是采用星形连接还是三角形联结，应根据三相负载的额定电压而定。

§3—6 常用电气照明电路

在工农业生产及日常生活中使用广泛的照明灯具，有白炽灯、节能灯、日光灯、碘钨灯、高压汞灯和高压钠灯等。本节只简单介绍白炽灯、节能灯和日光灯等照明电路。

一、白炽灯照明电路

白炽灯一般是真空玻璃泡内包含灯丝的结构，因此白炽灯有时也称为灯泡。白炽灯要通过灯口与电路相接。历史上曾经有两种灯口形式：螺口式和卡口式。相对应的灯泡也有两种接口形式：螺口式和卡口式。由于卡口式的安全缺陷，国家标准中已经禁止生产和使用卡口式灯具。螺口式灯具如图3—23所示。灯丝是由高熔点钨丝绕制的。当灯丝流过电流时，根据电流热效应，使其发热到白炽程度而发光。

如图3—24所示是白炽灯照明电路。由图可知，只要将白炽灯和开关串接后再并接到电源上，就组成了照明电路。

应当指出，白炽灯安装时要注意下列事项：

1．应检查灯泡额定电压与供电电压是否一致。否则，灯泡不能正常工作。

2．安装螺口灯泡时，必须将火线经开关接到螺口灯头底座的中心接线端上，以防触电。

3．白炽灯与开关串接后再并接到电源上，火线应当进入开关，既能控制灯，又能保证安全。

4．白炽灯的安装应远离易燃易爆物质。

正弦交流电路基础·苏州电工培训在安装白炽灯时，通常使用验电笔来判定电源火线。验电笔的构造如图3—25所示。验电时手要接触笔尾的金属体，笔尖接触电线或与之相连的插座、导体等，如图3—26所示。

当笔中的氖管发光时，笔尖接触的就是火线。

二、节能灯照明电路

节能灯作为一种新型灯具，经过近十年的发展，已经形成了相当的产业规模，据有关部门统计，原来白炽灯应用空间的60％已经被节能灯具占有。之所以形成这种局面，是由于节能灯使用寿命长、耗电低的特性，一只5 W的节能灯可以达到25 W的白炽灯的照度，其平均使用寿命是白炽灯使用寿命的8倍。

节能灯的接口部分与白炽灯标准相同，可以互换使用。

节能灯的结构和工作原理与白炽灯有很大的不同。白炽灯是一种简单的电加热高温致光原理，而节能灯是借助电子技术，产生高频高压，进而使特种气体启辉发光。结构、原理的不同，导致性能的差异，也导致价格的不同，所以节能灯要贵一些。

节能灯与白炽灯安装注意事项一样，特殊提示一点，尽管节能灯有快速启辉的特点，但节能灯不适合在频繁开关的场合使用，否则会影响其使用寿命。在有调光要求的场合使用节能灯，会导致调光的不连续。

三、日光灯照明电路

日光灯照明电路由目光灯管、镇流器、．启辉器和灯脚架组成。如图3—27所示是日光灯电路。

日光灯管是一抽成真空后再充入少量氩气的玻璃管，在管子两端各装有一个通电时发射

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大量电子的灯丝。管内壁涂有荧光粉，管内还放有微量水银。

镇流器是一个铁心线圈。它有两个作用，一是产生较高的电压来点燃灯管，二是目光灯管点燃后用它来限制灯管电流。

启辉器的结构如图3—28所示，充有氖气的玻璃泡中封装有动触片与静触片，其中动触片是双金属片，受热时伸展与静触片相接触，冷却后恢复原状又与静触片分离。在动、静触片的引出端上并接一个容量较小的纸介质电容器。玻璃泡和电容器被封装在一个圆柱形的铝壳中。

日光灯不工作时，灯管的灯丝、镇流器、启辉器和开关是串联在一起的，如图3—27

所示。当合上开关S后，220 V交流电压全部加在启辉器的动、静触片间而使之产生辉光(红色)放电。放电所产生的热量使双金属片伸展与静触片相接触，则此刻整个电路构成通路：就在电路被接通的瞬间，灯丝因流过电流而发射大量电子。同时，动静触片接触时，辉光消失。双金属片

因失去热源恢复原状与静触片脱离。此时，镇流器(铁心线圈)因突然断电而产生自感电动势，其方向与电源电压方向相同，自感电动势与电源电动势一起加在灯管两端。灯丝附近的电子在高压下加速运动，使管内的氩气电离而导电；进而使管内水银变为蒸气，水银蒸气也因被电离而导电，辐射出紫外线激励管内壁荧光粉发光。

习题

1．直流电(电压或电流)的__________和_________都不随时间变化，交流电是指电流(或电压)的__________和__________都随时间变化。

2．正弦交流电是指电压或电流按__________规律变化的交流电。

正弦交流电路基础·苏州电工培训3．正弦交流电可以由__________产生。

4．正弦交流电可以用__________、_________和__________三个量值准确表示，这三个量一般被称作正弦交流电的__________。

5．正弦交流电的频率厂是指__________，与周期T的关系是__________。

6．正弦交流电的瞬时值是指___________________，较大值是指__________，有效值是指__________，较大值是有效值的__________倍。

7．日常生活中所用的动力电、照明电都是近似的__________。经常提到的220 V指的是__________值是220 V，工频指的是它的频率为__________Hz。

8．在比较两个同频率的正弦交流电时，不仅可以比较其大小，还可以比较其

__________，这个量表示两个正弦交流电变化的步调。

9．当正弦交流电流过_只电阻器时，电阻器两端的电压与流过电阻器的电流的相位是__________。

10．当正弦交流电流过一只电感器时，电感器两端的电压比流过电感器的电流的相位__________。

11．当正弦交流电流过一只电容器时，电容器两端的电压比流过电容器的电流的相位__________。

12．电阻器、电感器、电容器对电流都有阻碍作用，阻碍作用的大小分别用__________、__________和__________表示。

13. 当交流电的频率增高时，电阻器的电阻值__________，电感器感抗值__________，电容器的容抗值__________。

14．衡量电容器容量大小的物理量叫__________，简称为__________，用__________表示。电容器可以存储__________，用__________表示。当电容器存储电荷，它的两端就有电压U。三者的关系是__________。

15. 大型电力电容器存有一定数量的电荷时，它两端的__________很高，可能导致人身__________事故，这种电容器保存时，一般都用导线将__________短路连接，使它充分放电。

16．三相正弦交流电的三相一般用__________、__________和__________标志，三相的关系是有效值__________，频率__________，相位__________。

17．三相四线是指____________________，相对应的另一种接法是__________。

18．三相负载的连接方式有__________和__________。

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19．三相负载在星形接时，I

线=__________I

相

，U

线

=__________U

相

；三相负载在三

角形接时，I

线=__________I

相

，U

线

=__________U

相

。

20．画图说明哪条线是中线? 它有什么作用?

21．已知一正弦交流电，在O.05 s内变化50个周期(简称50周)。求它的周期和频率。22．已知工频电流的频率为50 Hz，求它的周期和角频。

23．指出习题图3—1中四组负载的连接种类。

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