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1、单相交流电路的安装与调试单相交流电路的安装与调试学习情境学习情境3 3知识链接一知识链接一 日光灯的工作原理日光灯的工作原理一、日光灯电路的组成一、日光灯电路的组成日光灯电路由灯管、启辉器、镇流器、灯架灯管、启辉器、镇流器、灯架和灯座灯座等组成。日光灯又称荧光灯，是一种应用比较普遍的电光源，它具有照度大、耐用省电、光线散布均匀、灯管表面温度低、使用寿命长等优点。单相交流电路的安装与调试单相交流电路的安装与调试1启辉器2启辉器座3灯管4镇流器5灯座6灯架1灯管灯管 灯管由玻璃管、灯丝和灯头等组成。玻璃管内壁均匀地涂敷一层卤磷酸钙荧光粉，管内空气抽空，并充入少量的惰性气体和微量的液态水银。灯管两端
2、装有螺旋状钨灯丝，灯丝上涂有一层易发射电子的三元碳酸盐，受热后会发射电子，在灯管内形成持续的导电气体。1 灯 脚2 灯 光3 灯 丝4 荧光灯5 玻璃管2启辉器启辉器 启辉器由氖泡、小电容、出线脚和外壳构成。氖泡是一个充满惰性气体的玻璃泡，内装有U形双金属片、动触片和静触片。氖泡两端并联一个小电容，其容量一般在0.0050.01F之间。电容有两个作用，其一是消除附近无线电设备的干扰；其二是与镇流器形成一个振荡电路，可延长灯丝预热时间和脉动电势，从而有利于灯管的启辉。1静触片2电容3铝壳4玻璃泡5动触片6钠化物7绝缘底座8插头启辉器座外形启辉器座外形 启辉器外形启辉器外形3镇流器镇流器 电感式镇
3、流器由铁芯和线圈组成。镇流器的主要作用是限制通过灯管的电流，以及产生脉冲电势，使日光灯迅速点亮。日光灯的镇流器有电感镇流器和电子镇流器两种。虽然电子式镇流器具有高效节能、启动电压较宽、启动时间短（0.5s）、无噪音、无频闪等优点，而电感式镇流器耗电能多一点点，但由于电感镇流器式日光灯电路具有较广泛的应用空间，所以我们学习电感式镇流器。镇流器外形镇流器外形4 4灯架灯架 以前常用的日光灯架大多都是木制的，目前日光灯灯架主要是用铁皮、塑料制成，而且品种繁多。选用时应注意与灯管长度配套。5 5灯座灯座 灯管在安装时应选用专用日光灯灯座。二、日光灯的工作原理二、日光灯的工作原理 日光灯电路图如图所示。
4、在开关接通的瞬间，线路上的电压全部加在启辉器的两端，迫使启辉器辉光放电。辉光放电所产生的热量使启辉器中的双金属片变形，并与静触片接触，使电路接通，电流流过镇流器与灯丝，灯丝经加热后发射电子，电流方向如图所示。启辉器的双金属片与静触片接触后，启辉器停止放电，氖泡温度下降，双金属片因温度下降而恢复原来的断开状态。启辉器灯管镇流器开关灯丝预热时日光灯电路灯丝预热时日光灯电路 开关灯管镇流器启辉器灯管点燃后日光灯电路灯管点燃后日光灯电路 启辉器断开的瞬间，镇流器两端产生一个自感电动势，这个自感电动势与线路所加的交流电源的电压叠加，形成一个高压脉冲电，使日光灯灯管内的氩气电离放电。放电后，管内温度升高，
5、从而使管内的汞蒸气压力升高，在电子撞击下便开始放电，这样管内就由氩气放电过渡到汞蒸气放电。放电时辐射出的紫外线激励管壁上的荧光粉，发出像日光一样的光线，故称日光灯。日光灯管壁上涂不同的荧光粉，可得到不同颜色的光线。知识链接二知识链接二 日光灯电路的分析日光灯电路的分析预分析日光灯电路，须先掌握关于单相交流电路的相关知识。2.1 单相正弦交流电的基本概念单相正弦交流电的基本概念 在交流电中，凡按正弦规律周期性变化的电流、电压、电动势，统称为正弦交流电，简称为正弦量。ImiTt一、正弦交流电的三要素一、正弦交流电的三要素以正弦电流为例Im-最大值最大值（A A）反映了正弦量振荡的幅度振荡的幅度。-
6、角频率（角频率（rad/srad/s)正弦量单位时间内变化的 弧度数弧度数。-初相位(度，弧度）t t=0=0时的相位时的相位时的相位时的相位。最大值反映了正弦交流电的大小问题大小问题；角频率反映了正弦量随时间变化随时间变化的快慢程度的快慢程度；初相确定了正弦量计时始点的位置计时始点的位置。周期周期T T：正弦量完整变化一周所需要的时间 秒（s）频率频率f f：正弦量在单位时间内变化的次数赫兹（Hz）周期与频率的关系：周期与频率的关系：角频率角频率：正弦量单位时间内变化的弧度数弧度/秒（rad/s）角频率与周期及频率的关系：例例2.1 已知我国电力工频为50 Hz，问周期、角频率各为多少？=2
7、f=250=100rad/s 314 rad/s解：解：根据式2.3可得例例2.2 已知正弦交流电压的最大值Um=311V，频率f=50 Hz，初相 =30。求：（1）该电压的瞬时表达式；（2）t=0ms和t=10ms时的电压值。解：解：（1）交流电压的一般表达式：u=Um sin（t+）式中，Um=311V，=2f=250=100rad/s，=30，代入数据得表达式为：u=311sin（100t+30）V（2）当t=0 ms时，u=311sin30=155 V当t=10 ms时，u=311sin（10010103+30）=155 V二、正弦交流电的相位差正弦交流电的相位差指两个同频率正弦量之
8、间的相位差，数值上等于它们的初相之差。指两个同频率正弦量之间的相位差，数值上等于它们的初相之差。相位差相位差：例例相位相位相位相位初相位初相位初相位初相位u u1 1、u u2 2 的相位差为：的相位差为：的相位差为：的相位差为：可见同频率正弦量的相位差，即为同频率正弦量的初相位之差。可见同频率正弦量的相位差，即为同频率正弦量的初相位之差。tuOu1u2uOtu1u2tuOu1u20：称u1超前u2 角，或u2滞后 u1 角。同理：0：称u2超前u1 角，或u1滞后 u2 角。=0：称u1与u2 同相。=：称u1与u2 反相。三、正弦交流电的有效值三、正弦交流电的有效值1有效值的定义有效值的定
9、义 一个正弦电流i和某直流电流I，分别通过两个阻值相等的电阻R，如果在相同的时间T内（T 为正弦信号的周期），这两个电阻消耗的能量相等，则称该直流电流 I 为此正弦交流电流 i 的有效值。用大写字母用大写字母I、U、E表示表示正弦信号的有效值与其最大的关系为正弦信号的有效值与其最大的关系为 例例2.3 电容器的耐压值为250V，即所加电压超过250V时电容器就会损坏，问能否用在220V的单相交流电源上？解：解：因为220V的单相交流电源为正弦电压，其最大值为311V，大于电容器的耐压250V，如果使用，电容就会被击穿，所以不能接在220V的单相电源上。2.2 单相正弦交流电的相量表示法单相正弦
10、交流电的相量表示法一、复数及四则运算一、复数及四则运算1复数复数rAOab+1+j 复数A=a+j b可以用一个从原点O到点A的矢量来表示，这种矢量称为复矢量。矢量的长度r为复数的模。2复数的四种形式复数的四种形式复数的极坐标形式：复数的指数形式：复数的代数形式：复数的三角函数形式（简称为三角形式）：3.复数的四复数的四则则运算运算（1）复数加、减法复数加、减法 即复数的加、减运算即复数的加、减运算为实为实部部与与实实部相加、减，虚部与虚部相部相加、减，虚部与虚部相加、减。加、减。设有复数设有复数（2）复数乘、除法复数乘、除法作乘法作乘法时时 作除法作除法时时 即即:复数的乘、除运算复数的乘、
11、除运算为为模与模相乘、除，幅角与幅角相加、减。模与模相乘、除，幅角与幅角相加、减。设有复数设有复数二、正弦量的相量表示法二、正弦量的相量表示法 相量表示法又叫矢量图示法，是用旋转矢量表示正弦量的方法，即在复平面上作出以角频率的速度旋转的表示正弦量的矢量。在正弦交流电路中，由于角频率常为一定值，各电压和电流都是同频率的正弦量，这样，表示各正弦量的旋转矢量的旋转角速度都相等。因此，可以忽略矢量的旋转，用初始时刻的矢量表示正弦量。相量相量（矢量）（矢量）长度：（大小）=正弦量的最大值 =正弦量的有效值 方向：与水平向右方向的夹角为初相角最大值相量：有效值相量：2.3 正弦交流电路中的电阻、电感、电容
12、元件正弦交流电路中的电阻、电感、电容元件一、正弦交流电路中的电阻元件一、正弦交流电路中的电阻元件 类似日光灯、电炉等用电器，其主要作用都是将电能转换为其它形式的能量，都属于耗能设备，其电路模型都是电阻元件。iRRuR1电压电压与与电电流的关系流的关系瞬时值关系:大小关系:UR =RIR 相位关系:，同相相量关系：关联参考时电阻元件上电压与电流之间的关系电阻元件上电压与电流之间的关系OuRiRt22功率功率瞬时功率:平均功率:电压与电流瞬时值的乘积。瞬时功率在一个周期内的平均值，P【W】。uR，iR，pRPOpRuRiRt u0 R R电阻元件的功率曲线电阻元件的功率曲线 u0 i0pL0 pL
13、0 pL0 i0 i0 u0 u0 u0 u0pC0 pC0 pC0 i0 i0 u0 u0 u0 u0，UL UC，电感性电路：电容性电路：电阻性电路：此时：X 0，UL UC，此时：X=0，UL=UC，我们将RLC构成的串联电路出现的端口电压与电流同相的这种情况称为电路的串联谐振，此时：称为串串联谐联谐振角振角频频率率，其对应的频率 同理，在 RLC 构成的并联电路中出现的端口电压与电流同相的这种情况称为电路的并并联谐联谐振振。，称为电路的固有频率。所以改变电路中的 f 或L、C的值，就可以使电路发生谐振。谐振在电子电路中应用较多。3功率功率无功功率:视在功率:平均功率(有功功率）:功率三
14、角形PSQU、I为电路端口电压、电流的有效值，为电压、电流的相位差。3功率因数功率因数 在上述讨论的感性（或容性）串联电路中，有功功率 （是总电压与电路电流的相位差），其物理意义可以理解为：负载消耗的有功功率P是电源输出功率S 的cos 倍。由于90 90，0cos 1，所以，cos 反映了负载中有功功率所占电源输出功率的比例，定义为功率因数功率因数，用字母表示，即功率因数无单位无单位，值越大，说明负载消耗的有功功率越多，而与电源交换的无功功率越少。五、支路电流法五、支路电流法 和相量相量形式的欧姆定律及基尔霍夫定律类似，只要把电路中的无源元件表示为复阻抗或复导纳，所有正弦量用相量表示（即画出
15、电路的相量模型），那么讨论直流电路时所采用的支路电流法、网孔法、节点法、叠加定理及戴维南定理等等方法完全适用于线性正弦交流电路。支路电流法举例R+us1-i1+us2-LCi2 i3(a)R(b)+-+-选择电感、电容及电感上电压电流关联参考，下标一致，则：2.5 日光灯电路分析日光灯电路分析 如果只考虑日光灯电路中各元器件的主要工作性能，忽略了电路中的能量损耗，则日光灯电路便是一个典型的R L串联电路。一、分析日光灯电路的工作情况一、分析日光灯电路的工作情况 1日光灯电路模型日光灯电路模型 iu LR工作原理图工作原理图相量图相量图jXLR 日光灯电路在正常工作时，当只考虑电路中各器件的主要
16、工作性能且忽略了能量损耗时，开关相当于短路线，镇流器相当于电感元件L，灯管相当于电阻元件R，正常工作时启辉器处于断开状态，是断路。2电流与电压关系电流与电压关系 3功率功率 无功功率:视在功率:有功功率:U、I为电路端口电压、电流的有效值，为电压、电流的相位差。视在功率:二、日光灯电路功率因数的提高二、日光灯电路功率因数的提高 1提高功率因数的意义提高功率因数的意义 （1）电源设备的容量不能充分利用。电源设备（发电机或变压器）都是根据额定电压Ue和额定电流Ie设计制造的，其额定容量为Se=UeIe，但它所能发出的有功功率却还与所接负载功率因数有关，即P=UeIecos =Secos ，当负载的
17、功率因数越小，电源设备所发出的有功功率就越小。（2）在线路上引起较大的电压降和功率损失。在一定电压下向负载输送一定有功功率时，负载的cos 越小，线路的电流 就越大，这时线路电阻上的功耗和线路阻抗产生的压降也就越大。这不仅造成电能浪费，还会因负载端电压降低而影响负载正常工作。2提高功率因数的方法提高功率因数的方法 （1）提高用电设备自身的功率因数。一般感性负载的用电设备，应尽量避免在轻载或空载状态下运行，因为轻载或空载时的功率因数比满载时小的多。（例如异步电动机，空载时cos =0.20.3；满载时cos =0.80.85）（2）并联补偿。针对电力系统中大多为感性负载的特点，人们采取在负载两端
18、并联电容器的方法来提高功率因数，叫并联补偿。iiC（i2）u i1 C LR电路图相量图 在并联电路中，各支路电压相同，所以以电压为参考量分析比较方便。并联电容器提高功率因数的物理分析过程：应用平行四边形法则求上式的相量和，从图中可以看出，并联电容C后，虽然负载的功率因数cos 没有变化（原因是RL支路的R，L值不变），但对电源来说（即对整个系统来说），功率因数提高了，由cos 提高到了 cos （由相量图可知 ）。角也有三种不同的情况：（1）0，即u超前i 角，电路呈感性。电感线圈所需要的无功功率被电容器补偿了一部分，不足部分由电源供给，这种情况叫欠补偿欠补偿。（2）0，即u滞后i 角，电路
19、呈容性。电感线圈所需要的无功功率不仅完全由电容供给，而且电容和电源之间还有能量交换，这种情况叫过补偿过补偿，实际工作中比较少见。（3）=0，即u与i同相，电路呈阻性。电感线圈所需要的无功功率完全由电容供给，它们和电源间没有能量转换，这种情况叫完全补完全补偿偿。在电力系统中，由于并联电容器的价格以及运行的安全问题，不追求到这种情况，一般cos =0.95左右就可以了。但在无线电技术中，这种补偿（又叫并联谐振）却广为应用，前面已经提到过。把整个系统的功率因数由cos 提高 cos ，完全取决于电容支路电流的大小，即I2的大小，或者说完全取决于电容的数值。数学推导可以得出所需并联电容的大小为：P 补
20、偿电路的有功功率（W）；U 补偿电路的两端电压（V）；C 补偿电容的电容量（F）。任务实施任务实施 日光灯电路的安装日光灯电路的安装3.1 安装要求安装要求 一、安装的技术要求一、安装的技术要求 1如果是日常使用，灯具安装的高度，室外一般不低于3 m，室内一般不低于2.5 m。本学习领域要求能够将日光灯电路正确安装在指定的位置。2照明电路应有短路保护，灯具的相线必须经开关控制。我们要求安装的日光灯电路直接从已安装好的插座取电，所以不用电路中不用再安装短路保护器件。3开关应接在相线上易于操作的位置，控制方便。4电路接线必须牢固，接触良好。接线时，相线和中线要严格区别，将中性线直接接在灯角上，相线
21、须经过开关接镇流器，再接到灯角。5灯具安装应牢固，要用接线盒及木台等配件将灯具固定。6灯架及灯管内不允许有接头。7导线在引入灯具处应有绝缘保护，以免磨损导线的绝缘，也不应使其承受额外的拉力；导线的分支及连接处应便于检查。二、照明电路安装的具体要求二、照明电路安装的具体要求 1布局：根据设计的照明电路图，确定各元器件安装的位置，布局合理，结构紧凑，控制方便，美观大方。2固定器件：将选择好的器件固定在网板上，各个器件排列时要整齐。固定的时候，先对角固定，再两边固定。要求元器件固定可靠，安装牢固。3布线：先处理好导线，将导线拉直，消除弯、折，布线要横平竖直，排列整齐，转弯要成直角，并做到高低一致或前
22、后一致，少交叉，应尽量避免导线接头。多根导线并拢平行走，按“左中性右相”的原则（即左边接中性线，右边接相线）走线。4接线：由上至下，先串后并；接线正确，各接点不能松动，敷线平直整齐，无漏铜、反圈、压胶，每个接线端子上连接导线根数一般不超过两根，绝缘性能好，外观美观。红色线接电源相线（L），黑色线接中性线（N），黄绿双色线接地线（PE）；相线过开关，中性线一般不进开关。导线与灯座接线柱连接前，先“穿”线，再留导线余量，避免不必要的浪费。5检查线路：用肉眼观察电路，看有没有接出多余线头。参照设计的照明电路安装图检查每条线是否严格按要求连接，每条线有没有接错位，注意熔断器、开关等元器件的接线是否正确
23、。6通电：由电源端开始往负载依次顺序送电，先插上取电插座，然后合上供电总开关，最后再合上控制日光灯的开关，日光灯正常发光。7故障排除：操作各功能开关时，若不符合要求，应立即断电。判断照明电路的故障，可以用万用表欧姆档检查线路，要注意人身安全和万用表档位。3.2 日光灯的安装日光灯的安装 以木质灯架、弹簧灯座的20瓦日光灯为例。1准备工作准备工作 （1）理论计算理论计算：根据给定的各元件的参数，计算电路中的电流和功率情况，为选择导线及其余元器件做准备。（2）检查检查：用万用电表检验日光灯的三大部件 判断日光灯灯丝通断；判断日光灯镇流器通断；测量启辉器通断。检查日光灯插座 弹簧灯座一套两只，分别为
24、固定型和弹簧型；测量灯管和灯插座的总长，标出两插座支架固定点间的距离；检查日光灯插座内接线柱螺纹和螺钉，有否烂牙、滑牙以及残缺不齐。拆下螺钉，作好穿线准备。（3）备线备线：在学习试装阶段，建议根据电路的计算量选择合适、三种色彩的软导线：红色作相线标志，连接镇流器；黑色或深色作零线标志；黄色导线作启辉器两端的引线。也可以使用两色软导线，不易使用硬护套线。根据电路图核对并理解接线的实际走向，测量好各元件连接所需导线的长度，按照各留10mm左右余量的标准下线（截成导线段），用剥线钳在距离两头各510mm处剥掉导线绝缘层。2熔断器的安装熔断器的安装 低压熔断器广泛用于低压供配电系统和控制系统中，主要用
25、于电路的短路保护，有时也可用于过负载保护。熔断器在使用时串联在被保护的电路中，当电路发生短路故障时，通过熔断器的电流达到或超过某一规定值，熔断器以其自身产生的热量使熔体熔断，从而自动分断电路，达到保护电路及用电设备的作用。熔断器的安装要点：（1）安装熔断器时必须断电，尤其是更换熔丝时。（2）安装位置及相互间距应便于更换熔体。（3）应垂直安装，并应能防止电弧飞溅到邻近带电体。（4）熔断器应安装在线路的各相线上，必要时单相二线制的中性线上也应安装熔断器，本任务中只需在相线上安装即可。3照明开关的安装照明开关的安装 开关有明装和暗装之分，家庭一般采用暗装开关。在准备安装开关的地方钻孔，然后按照开关的
26、尺寸安装接线盒，接着按接线要求，将盒内甩出的导线与开关面板连接好，将开关推入盒内对正盒眼，用螺丝固定。固定时要使面板端正，并与墙面平齐。4镇流器的安装镇流器的安装 用螺丝将电感镇流器紧固在木板上，要紧贴木板，也可将镇流器居中安置在灯架内。日光灯用的是外置电感镇流器，其上印有一个详细的接线图，安装时，要严格按照接线图连接，以确保电路正确。5日光灯（荧光灯）的安装日光灯（荧光灯）的安装 根据日光灯电路接线图将电源线接入日光灯电路中，灯架内导线留有10cm左右余量，如图3.3所示。将日光灯的灯座固定在相应位置。将灯管引脚插入有弹簧一端的灯脚内并用力推入，然后将另一端对准灯脚，利用弹簧的作用用力使其插
27、入灯脚内。安装好的日光灯 6启辉器的安装启辉器的安装 启辉器座是由绝缘的热塑性材料制成的，接线柱直接留在座的底部，可以固定在灯架内或灯架外两侧，便于维修和安装启辉器。3.3 日光灯设备的常见故障及排除日光灯设备的常见故障及排除 开关的常见故障及排除方法开关的常见故障及排除方法故障现象产生原因排除方法开关操作后电路不通接线螺钉松脱，导线与开关导线不能接触打开开关，紧固接线螺钉内部有杂物，使开关触片不能接触打开开关，清除杂物机械卡死，拨不动给机械部位加润滑油，机械部分损坏严重时，应更换开关接触不良压线螺钉松脱打开开关盖，压紧压线螺钉开关触点上有污物断电后，清除污物拉线开关触点损坏、打滑断电后修理或
28、更换开关开关烧坏负载短路处理短路点，并恢复供电长期过载减轻负载或更换容量大一级的开关漏电开关防护盖损坏或开关内部接线头外露重新配全开关盖，并接好开关的电源连接线受潮或受水断电后进行烘干处理，并加装防水措施日光灯的常见故障及排除方法日光灯的常见故障及排除方法 故障现象产生原因排除方法日光灯不能发光停电或熔丝烧断导致无电源找出断电原因，检修好故障后恢复送电灯管漏气或灯丝断用万用表检查或观察荧光粉是否变色，如确认灯管坏，换新灯管电源电压过低升高电压日光灯接线错误检查线路，重新接线日光灯灯光抖动或两端发红接线错误或灯座灯脚松动检查线路或修理灯座灯管老化，放电作用降低更换灯管电源电压过低或线路电压降过大
29、升高电压或加粗导线气温过低用热毛巾对灯管加热灯光闪烁或管内有螺旋滚动光带新灯管暂时现象使用一段时间后会自动消失灯管质量差更换灯管将开关改接在相线上开关接到了零线上过一会儿会自动消失荧光粉余辉特性断电后灯管仍发微光调整安装位置或更换灯管受剧烈振动，使灯丝振断调整电源电压电源电压过高检修线路，改正接线灯管接线错误将灯管烧坏减少不必要的开关次数开关次数过多灯管寿命短或发光后立即熄灭火烧毁调整电压或加粗导线电源电压过低或线路电压降过大采取升温或遮风措施气温过低或灯管处于冷风直吹位置清除灯管积垢灯管上积垢太多更换灯管灯管老化灯管亮度降低或色彩转差灯管工作后即能蒸发或将灯管旋转180灯管内水银凝结调整电源
30、电压至额定电压电源电压过高更换灯管灯管老化灯管两端发黑排除方法产生原因故障现象日光灯的常见故障及排除方法日光灯的常见故障及排除方法 熔断器的常见故障及排除方法熔断器的常见故障及排除方法 故障现象产生原因排除方法通电瞬间熔丝熔断熔丝安装时受机械损坏更换熔丝负载侧短路或接地排除负载故障熔丝电流等级选择太小更换熔丝熔丝未断但电路不通熔丝两端或两端导线接触不良重新连接熔断器的端帽未拧紧拧紧端帽日光灯电路工作演示日光灯电路工作演示要求：1、鼠标单击时分步显示电路各元件符号的连接，最后显示完整的电路。2、鼠标点击开关时开关可闭合。3、开关闭合时先显示电路启动时电流的路径，同 时显示启辉器内部静、动触片的工作情况，显 示日光灯忽亮忽灭。4、步骤3经过几秒后，日光灯亮，显示启辉器触片 分开，显示电流路径。5、鼠标点击开关时开关可打开，日光灯灭。6、再次点击开关时，可重复上述过程。日光灯点燃原理