摘要
近年来，由于大量电力电子变流装置和非线性设备的广泛应用，使得电网中的电压、电流波形发生畸变，造成电能质量的严重恶化；同时，微电子技术的发展使得各种自动化装置广泛应用，极大地提高了社会生产力，而这些装置对于电能质量下降极为敏感，因此在生产过程中出现许多严重的事故，造成了巨大的损失。一方面是电网电能质量的下降，另一方面却是用户对电能质量要求的提高，它们之间的矛盾日益尖锐。因此为了提高电能质量，首先必须能准确、完整的对电力参数进行检测和分析。
本论文主要内容包括交流电量综合检测仪器的主要功能、测量方法、硬件电路、软件流程等。该仪器可对单相、三相三线、三相四线交流电路中用电设备的电参数进行实时、在线检测和记录，适用于含有谐波污染情况下的机电设备现场、发电厂、供电局、企业变电所现场等。可用来测量电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、视在电能、频率、功率因数等电力参数，以及正逆相序判别指示功能和超限报警功能。
该仪器以16位单片机SPCE061A作为核心控制器件，采用同步采样法测量法及实时数据处理方法，具有功能齐全、可靠性高、性能价格比高等优点。
关键词：电力参数综合检测仪器同步采样
Abstract
In recent years,with the wide application of various kinds of electric and electronic convertors and other non-linear load,this can make the voltage and current waveform distort and result in the serious depravation of power quality. At the meantime,the microelectronic technology development causes each kind of automated equipment widespread application,enormously enhanced the social productive forces.These installments are extremely sensitive to the electrical energy drop in quality,so many serious accidents happen in the production process and has created massive loss.On the one hand,the quality of electric power has declined,on the other hand the user is required to improve the quality of electricity,and the contradictions are becoming increasingly acute.To enhance the quality ofelectrical energy,first of all the testing and analysis of e Iectrical parameters must be accurate and complete.
A new type and MLllti-functional measuring instrument based on field bus are designed in this paper that included measuring method,hardware circuit, software program.This instrument can measure and monitor electric parameters in one phase three–phase(three-wire or four-wire)AC circuits,and it can be applied to electric devices and power plants,transformer substations with harmonic pollution.The instrument can measure current,voltage,power,energy, frequency,power factor etc.It also can detect phase sequence,alarm,display results.
The controlling part of the comprehensive measuring instrument is16 bits single-chip microprocessor SPCE061A.It is based on sampling theory and uses synchronous sampling algorithm to measure AC parameters of power system.It has many advantages as follows:complete functions,perf ect performance,high-reliability,low cost and so on.
Keywords:Electrical parameters Mtllti-functional tester Sampling algorithm
目录
摘要.........................................................................................................................I Abstract...................................................................................................................II
第1章绪论 (1)
1.1课题的背景及重要意义 (1)
1.2交流电参量检测仪表的发展及现状 (2)
1.2.1交流电参量检测仪表的发展过程 (2)
1.2.2交流电参量检测仪表的国内外发展现状 (2)
1.3交流电量参数综合现场测试仪的概述 (3)
1.3.1仪器的功能及特点 (3)
1.3.2仪器主要技术指标 (4)
第2章交流电量参数算法及数据采集 (5)
2.1交流电量参数的定义 (5)
2.1.1交流电流有效值 (5)
2.1.2交流电压有效值 (6)
2.1.3平均功率 (6)
2.1.4视在功率 (7)
2.1.5无功功率 (7)
2.1.6功率因数 (8)
2.1.7电能的定义 (8)
2.2三相交流电路的电参数计算 (8)
2.2.1三相四线电路的电参数计算 (8)
2.2.2三相三线电路的电参数计算 (9)
2.3数据采集 (12)
2.3.1采样定理 (12)
2.3.2采样方法的选择 (13)
第3章硬件系统的设计 (15)
3.1单片机硬件系统的设计 (15)
3.1.1单片机的选型 (15)
3.1.2时钟电路 (17)
3.1.3SPCE061A单片机的复位电路 (17)
3.1.4SPCE061A单片机的最小系统 (18)
3.2电源电路 (18)
3.2.1+5V稳压电源电路 (19)
3.2.2+3.3V稳压电源电路 (19)
3.3数据采集电路 (20)
3.3.1电压输入电路 (20)
3.3.2电流输入电路 (22)
3.3.3频率测量电路 (24)
3.4存储电路 (25)
3.4.1SPCE061A内部存储电路 (25)
3.4.2SPCE061A外部扩展存储电路 (26)
3.5相序检测电路 (27)
3.5.1三相电路的相序 (27)
3.5.2相序判断电路设计 (28)
3.6报警电路 (29)
3.6.1过流、过压保护电路 (29)
3.6.2声音报警电路 (30)
3.7通信接口电路 (30)
3.8键盘与显示电路 (32)
3.8.1液晶显示电路 (32)
3.8.2键盘控制电路 (33)
第4章软件系统设计 (36)
4.1系统主程序设计 (36)
4.1.1系统主程序设计原则 (36)
4.1.2系统主程序设计 (37)
4.2数据采集子程序设计 (39)
4.2.1频率测量子程序 (39)
4.2.2电压电流采集子程序 (40)
4.3人机交互子程序设计 (43)
4.3.1键盘子程序设计 (43)
4.3.2液晶显示子程序设计 (44)
4.4与上位机通信子程序设计 (46)
第5章系统抗干扰设计 (48)
5.1系统干扰因素 (48)
5.2硬件抗干扰设计 (48)
5.2.1电源抗干扰设计 (48)
5.2.2电磁兼容和电源接地系统抗干扰设计 (49)
5.2.3PCB抗干扰设计 (49)
5.3软件抗干扰设计 (49)
5.3.1“看门狗”程序设计 (49)
5.3.2“指令冗余”抗干扰设计 (50)
结论 (52)
致谢 (53)
参考文献 (54)
附录1 (56)
附录2 (60)
第1章绪论
1.1课题的背景及重要意义
现代社会中，电能作为一种使用最为广泛的能源，其应用程度成为一个国家发展水平的主要标志之一。随着电力工业的发展，现代电力工业生产、电能计量、电力通信以及调度自动化的安全、可靠、准确和经济运行都必须依靠安装在电力生产现场上的监测电压、电流、功率、电能、功率因数、频率相位等电量参数的仪器仪表来保证]11[。
在大型工厂以及企业中，稳定的电力供应和电能质量是企业生产的前提和保障；电网电压、电流的波动，将影响用电设备的功效发挥和使用寿命；电网频率的波动，不仅使过多的电能转换为热能而白白浪费掉，而且严重时有可能损坏设备；电网功率因数过低，将导致供电电能得不到充分利用，在发电厂、变电站等供配电的主要环节，必须实时监控线路中的电力参数、正确操作、维护，保证供电区间的供电安全与正常运行；在智能小区等用电环节。为保证安全用电和防止电能的非法流失，电力参数的实时检测，特别是电能的检测是一个非常重要的问题。因此，必须有一种设备和手段对电网中的电力参数进行实时监测以便采取相应的措施，保证电力系统与设备运行良好。
电力系统和工业设备的安全可靠准确和经济运行，都必须依靠安装在电力生产现场上的检测各种电量参数的仪器仪表来保证，仪表是否准确安全可靠地运行需要定期使用实验室的标准仪器仪表来比对检测，由于现场环境和设备的差异有些现场仪器仪表只能作简单的比对检测，不能或不便于从现场中取下来送实验室去对比检测，因此便携式的可带到现场进行实地检测的交流电量参数综合现场测试仪应运而生。
1.2交流电参量检测仪表的发展及现状
1.2.1交流电参量检测仪表的发展过程
电参数测量自从电力成为人类生产生活能源的那一时刻起，就成为一个必不可少的重要课题。随着电力系统的在现代社会占据的地位越来越重要，供电系统复杂性增加，用电设备急剧增长，电参数测量重要性也更加突出了，内容包括电压、电流、功率、功率因素等。交流电参量检测仪表作为众多电子测量仪器中的一员也经历了模拟仪器、数字化仪器、智能仪器三代发展历程。
第一代模拟式电子仪器，大量指针的电压表、电流表、功率表及一些通用测试仪器均是典型的模拟式仪器。它可分为磁电系仪表电磁系仪表电动系仪表感应系仪表等。该类电磁感应式电能表在原理上通过电磁感应元件来驱动机械计数装置把电量值记录下来它主要包括电磁元件转动元件制动元件计数器等。
第二代是数字电子仪器。它的基本工作原理是将待测的模拟信号转换成数字信号，进行测量，结果以数字形式输出显示。它的精度高，速度快，读数清晰、直观，结果可打印输出，也容易与计算机技术相结合。同时因数字信号便于远距离传输，所以数字式电子仪器实用于遥测、遥控。
第三代就是智能仪器。它是在数字化的基础上用微机装备起来，它是计算机技术与电子仪器相结合的产物。它具有数据存储、运算、逻辑判断能力，能根据被测参数的变化自选量程。可自动校正、自动补偿、自寻故障等，可以做一些需要人类的智慧才能完成的工作，即具备了一定的智能，故称为智能仪器。
1.2.2交流电参量检测仪表的国内外发展现状
随着计算机技术向测量技术的移植，交流电量参量测量仪器在它的影响下有了新的突破，出现了以微处理器控制的仪表和计算机控制的专用仪器系统，它拥有对数据的存储运算逻辑判断等功能，实现了测量过程自动
化和仪器智能化多功能化。国外早在七十年代就出现了集电压和电流有效值功率等多个电量参数的测量于一体的多功能电量参数测量仪表。随着微处理技术和数字化测量技术的飞速发展。将多样化的测量方法和数据处理融为一体的交流电量参数检测仪器的智能化和自动化水平大为提高并已成为传统仪器更新换代的新趋势。
国外研制生产的电量参数综合测试仪已基本解决了一系列电量参数的检测问题，如德国EMH公司推出的PTS1.1、PTS1.3型0.2级单、三相多功能电能表检测装置，澳大利亚红相电力设备公司生产的679型0.1级测试仪,这些产品用于单相、三相四线、三相三线接线方式，可测量各种电能参数，自动量程切换，采用全数字处理，抗干扰能力强。
国内对多功能高精度电能表的研究和研制起步较晚，以前主要依靠进口。90年代后期，国内一些厂家对多功能电能表的研究已经基本成熟，并形成了批量生产。但是，高端计量技术仍没有完全过关，存在着准确度较低、功能不完善、抗干扰能力差等缺陷，极大地限制了国产多功能电能表的应用和推广，电网关口计量仍以进口电表为主导产品。因此，研制高准确度多功能电能表，有利于促进我国电能计量领域的技术进步，并具有广阔的市场空间和显著的商业价值。
在国内，由于受到我国电力工业飞速发展的影响，电量参数测试仪的研制水平也在不断提高，如以深圳科陆公司为代表的CL302系列三相电量测量仪表检测装置，南京丹迪克公司的DK系列三相电测量仪表检测装置，这些产品从单一的电能计量，发展到多功能可检测电压、电流、功率、频率、相位等多种功能的现场测试仪器，但这些产品一方面存在体积大，重量重,操作繁琐成本价格也较高，另一方面在产品的稳定性、可靠性还需进一步改进完善提高。
1.3交流电量参数综合现场测试仪的概述
1.3.1仪器的功能及特点
本课题所要研制的交流电量参数现场综合测试仪是一种适用于现场检测单相、三相三线、三相四线交流电路中电量参数的在线测量的智能仪
器主要有如下功能：
1、测量单相、三相(三线四线)交流电路中的电流有效值、电压有效值、频率、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能、视在电能等电量参量。
2、能够判断电路的正逆相序并给以指示。
3、可以对时间进行设定和显示。
4、可与上位计算机进行串行通讯实现自动测试功能。
1.3.2仪器主要技术指标
本仪器适用于交流单相三相三线和三相四线交流电路电量参数的量其测量范围如下所示：
电压测量范围：单相200~220V，三相300~420V
电流测量范围：0~60A
频率测量范围：45~65Hz
电压准确度等级：0.5级
频率准确度等级：0.5级
电流准确度等级：1级
功率准确度等级：1级
第2章交流电量参数算法及数据采集
2.1交流电量参数的定义
交流电量参数的测量，通常是指对工频交流信号电气参数的测量，这些参数主要包括电压、电流、功率、电能、频率、功率因数等。其中电压，电流的测量包括有效值和峰值的测量，功率的测量包括有功功率，无功功率，视在功率的测量，电能的测量包括有功电能和无功电能。
在工程上常用到的交流电压交流电流的大小都是指它们的有效值而言，有效值是根据周期电流的热效应与一个恒定直流电流的热效应进行比较后定义的。
2.1.1交流电流有效值
根据焦尔楞次定律对于交流电如果通过电阻R 的电流是i(t)，可在一个周期的时间T 内的发热量为：
∫=T
dt
t Ri Q 0
2)(24.0（2—1）
对于直流电在同一周期内如果通过电阻R 的电流是I ，则它在一个周期时间T 内的发热量为：
RT I Q 2`'24.0=（2—2）
如果交流电流与直流电流的发热量相等即Q'=Q 就可得到交流电流有效值表达式为：
∫
=
T
T
dt t i I 0
21)(（2—3）
若周期电流为正弦交流电，即)sin()(??+=t I t i m ，则有效值为：
m
T
m I dt t I I 22
22)(sin =+=
∫
?ω（2—4）
若周期电流中含有多个正弦分量，即)sin()(1
?ω+=∑=t i I t i n
i im ，则电流
的有效值为：
∑∑===
+=
n
i im
n
i im
T
I
t i I
I 1
22
11
2
21)(sin ?ω（2—
5）
式中im I —交流电流i 次谐波峰值
n —为最高次谐波次数
2.1.2交流电压有效值
若周期电压为正弦交流电，即)sin()(φω+=t U t u m ，则电压有效值为：
m
T
m T
U dt t U U 22
221)(sin =+=
∫φω（2—6）
若周期电压含有多个正弦分量，即)sin()(1
φω+=∑=t j U t u n
j jm ，则电压有
效值为：
（2—7）
式中jm U —交流电流j 次谐波峰值
n —为最高次谐波次数
∑∑===
+=
n
j jm
n
j jm
T
U
t j U
U 1
22
11
2
21)(sin φω
2.1.3平均功率
任意时刻的交流电流i(t)与同一时刻的交流电压u(t)相乘，乘积就是该时刻的瞬时功率，即p(t)=u(t)i(t),而平均功率(有功功率)是指瞬时功率在一个周期内的平均值，表达式为：
dt t i t u dt t p P T T
T T
∫
∫
=
=
11)()()(（2—
8）
在正弦情况下)sin()(1
φω+=∑=t j U t u n j jm ，)sin()(1
?ω+=∑=t i I t i n
i im 由公
式（2—8）得有效值为：
dt t i t j I U
P T
n j n
i im
jm T
)sin()sin(0
11
1?ωφω++=
∫∑∑==（2—9）
有功功率为：
k
km n
k km
N
I U
P ?cos 1
1∑==
（2—10）
式中k ?—交流电压与交流电流的第k 次谐波相位差
这里设电压与电流最高次谐波次数都为n 次。根据已经求到的U ，I ，P ，可计算到其他电量参数。
2.1.4视在功率
在交流电路中总电压的有效值U 与电流有效值I 的乘积称为视在功率其定义表达式为：
S=UI
（2—11）
2.1.5无功功率
无功功率在电力系统中占有很重要的地位，它是具有电感的设备正常工作所必不可少的条件，在电容电路中只有电容器与电源之间的能量的转换没有能量的消耗，和电感电路相似我们把这种能量转换的规模(也就是瞬时功率的最大值)叫做电容性无功功率，可以认为在电路中电感是吸收无功功率的而电容则是发出无功功率的又因为在交流电路中有功功率P 无功功率Q 和视在功率S 之间满足功率三角形关系所以无功功率Q 的表达式为：
2
2P S Q ?=（2—
12）
2.1.6功率因数
有功功率P 和视在功率S 的比值等于功率因数?cos ，即：
S
P =
?cos （2—
13）
它表示一个负荷所需要的有功功率和视在功率的比值，功率因数较低的负荷工作时需要较多的无功功率，但功率因数过低电源设备的容量就不能充分利用，而且在线路上将引起较大的电压降落和功率损失。电力系统中大多是感性负载在负载端并联电容器以进行无功功率的补偿以提高功率因数。
2.1.7电能的定义
电能是某段时间内生产或消耗的功率的积算即对瞬时功率在时间1
t 到时间2t 内积分其表达式为：
∫=2
1
)(t t dt
t p W （2—14）
可见在交流电参数测量中电压有效值电流有效值和有功功率为三个基础电参数，其他电参数均能可通过这三个参数运算求得。
2.2三相交流电路的电参数计算
2.2.1三相四线电路的电参数计算
三相四线电路的电参数计算公式可参考图2-1。图2-1为三相四线制输电方式示意图，根据基本的电测理论，对于三相四线制电路，无论电路是否对称均可采用三表法(三瓦计法)测量电路的平均功率三相总功率，即为每一相所测得的功率之和。
图2-1三相四线制输电方式示意图
分别对A u 、B u 、C u 、A i 、B i 、C i 采样各N 次，并且保证每组对应同一相的电压和电流值为同一时刻采样所得到的，对于每一相电参数的基本计算公式在上一节已经介绍过，那么对于三相总功率有：
有功功率C B A P P P P ++=（2—15）无功功率C B A Q Q Q Q ++=（2—16）视在功率
C
B A S S S S ++=（2—17
）
A
B
C
A
i B
C
i
三相功率因数
S
P =
?cos （2—18）
2.2.2三相三线电路的电参数计算
三相三线电路的电参数计算公式]
14[如下，图2-2为三相三线制输电方式的示意图，以B 相作为参考电压。在三相三线制电路中所测量电参数的情况与三相四线制电路不同，需要指出：
(1)所测电压均为线电压，即A u 、C u 分别为：AB u 、CB u 。
(2)考虑到其实际意义，在功率测量中,无论有功功率、无功功率，还是视在功率都只测量其三相总功率。
图2-2三相三线制输电方式示意图
无论三相三线电路对称与否根据基尔霍夫定律有：
=++C B A i i i （2—19）0
=++CA BC AB u u u （2—20）)(C A B i i i +?=（2—21）AB
CB CA u u u +=（2—22）
所以只要测出A i 、C i 、AB u 、CB u 即可得到B i 和CA u ，按照三相四线制电路的计算方法，则线电压
有效值为：
A
B
C
A
i B
C
i
∑?==1
21N m abm
N
AB u
U （2—23）
∑?==1
021N m bcm
N
BC u
U （2—24）
∑?==1
21N m cam
N
CA u U （2—25）
同理可计算出线电流有效值为：
∑?==1
21
N m am
N
A i I （2—26）
∑?==1
021
N m bm
N
B i
I （2—27）
∑?==1
21N m cm
N
C i
I （2—28）
测量三相三线有功功率时，本仪器所用的测量原理相当于图2-3所示的“两表法”，可得出功率采样计算公式为：
∑?=?+?=
1
1)(N o
m Cm CBm Am ABm N
i u i u P （2—29）设
Am
ABm N i u P 1
1=（2—30）Cm
CAm N i u P 1
2=（2—31）
则三相三线总有功功率为：
2
1P P P +=（2—32）
据此原理当用两表法测出1P 和2P ，并且用采样计算法测出AB U 、CA U 、
A I 、C I ，计算出A A
B I U S =1和
C CA I U S =2，根据功率三角形可以计算出：
A
B
C
A
i B
i C
i 2-3两表法测量功率原理示意图
2
1211P S Q ?=（2—33）2
22
22P S Q ?=（2—34）
则三相三线总无功功率为：
2
1Q Q Q +=（2—35）
测量三相视在功率时，根据公式计算出：
)
)((33
C B A CA BC AB I I I U U U S ++++=
（2—36）功率因数
S
P =
?cos （2—37）
2.3数据采集
2.3.1采样定理
在单片机实时检测电参数及监测电路质量的系统中，数据采集是其中最基本的环节。目前国内外监控和数据采集系统普遍采用采样法进行数据采集。采样法的理论基础是采样定理。采样定理是由Nyquist 和Shangnon.C.Z 分别于1928和1949年提出的。它指出，在一定的条件下一个连续的时间信号完全可由该信号在等时间间隔点的样本值来表示，并且可以用这些样本值把该信号全部恢复出来，这就是采样定理的观点。这是一个非常重要的定理，它在连续时间信号和离散时间信号之间架起了桥梁，许多数字采集系统和通信系统都以该定理作为理论基础。它也是采样过程所遵循的基本规律和基本原则。
采样定理的内容为：若连续信号x(t)是有限带宽的，其频谱的最高频率为fm,对x(t)采样时,若保证采样频率m s f f 2≥,那么可由x(nTs)恢复出x(t),即x(nTs)保留了x(t)的全部信息。
采样定理指出若想无失真地恢复原信号,信号的采样频率fs 必须不小于信号最高频率的两倍]9[,为了保证不因采样而造成原始信号信息的丢失,应满足二个条件,第一：要求采样频率m T s f f s 21≥=,或者说采样间隔不能太长，否则将会发生混叠。第二：被采样信号应是带限宽的。为保证这一点，在实际对x(t)作采样时首先要了解x(t)的最高截止频率fm,以确定应选取的采样频率s f 。若x(t)不是有限带的信号,在采样之前应对x(t)作模拟滤波,以去掉f>fm 的高频成分,这种用以防混叠的模拟滤波器又称作抗混叠（anti －aliasing ）滤波器。抗混叠滤波器实际上是一个低通模拟滤波器，它能无损耗地让所有允许的输入频率通过，而不让任何较高地频率通过，否则这些频率会混入频率范围。采样频率fs 又称为nyquist 频率,而使频谱不发生混叠的最小采样频率即fs ＝2fm ，当以上二个条件有任何一个不满足时，将引起频谱混叠，将无法从采信号中恢复出原信号的全部信息]25[。
2.3.2采样方法的选择
电气量采集的方法主要有两种：一种是直流采样法；另一种是交流采样法。直流采样法，即采样经过整流后的直流量。采用直流采样算法测量电压、电流时，均是通过测量平均值来测量电参量有效值的。此方法软件设计简单，计算方便，对采样值只需作比例变换即可得到被测量的数值。但是直流采样方法存在一些问题，如测量准确度直接受整流电路的准确度和稳定性的影响；整流电路参数调整困难，而且受波形因数的影响较大。目前当被测信号为纯工频正弦量时，有效值与平均绝对值之间的关系为：Uh=1.11Uv(式中Uh 为有效值，Uv 为平均绝对值)，在输入信号中含有谐彼时,Uh 与Uv 之间的关系将发生变化，并且谐波含量不同，两者之间的关系也不同。这将给计算结果带来误差。分析表明，在谐波污染较为严重的情况下，这种侧量方法的误差可达10％以上。
交流采样法是按一定规律对被测量信号的瞬时值进行采样，用一定的数值算法求得被测值。它与直流采样的差别是用软件功能代替硬件功能。是否采用交流采样取决于两个条件：测量准确度和测量速度。交流采样相当于用一条阶梯曲线代替一条平滑的正弦曲线，可见数字化测量的误差主要有两项：一项是用时间上离散的数据近似代替时间上连续的数据所产生的误差；另一项是将连续的电压和电流进行量化而产生的误差。其中，第一项误差是主要由每个正弦信号周期中的采样点数决定的，实际上它取决于A/D 转换器转换速度和CPU 的处理时间。第二项误差则主要取决于A/D 转换器的位数。随着电子技术的飞速发展，如今的微机型、单片机处理速度大大提高，同时也出现了种类繁多而且性能价格比较好的高速A/D 转换器，为交流采样法奠定了坚实的基础。因此本设计采用交流采样。
交流采样法包括同步采样法、准同步采样怯、非整周期采样法、非同步采样法等几种采样方法。在含有谐波情况下的电信号参数测量中，目前大多是利用单片机进行等间隔同步采样。同步采样法是指采样时间间隔s T 与被测交流信号周期T 及一个周期内采样点数N 之间满足关系式s T N T *=。同步采样法又被称作等间隔整周期采样或者等周期均匀采样。同步采样法需要保证采样截断区间正好等于被测连续信号周期的整数倍]
4[。但实际上采样周期与被测信号周期实现严格同步有一定的困难，采样
后从对周期信号的复原与频谱分析角度考虑，当对有限带宽的周期信号x(t)采样后的截断长度并不正好是信号周期的整数倍时，也即所采集的N 个等间隔的时域样本不正好落在ｍ（ｍ≥1正整数）个被测信号的整周期内，当模拟信号用离散信号代替时将有泄漏效应产生，即出现泄漏误差。抑制泄漏效应的一种方法是引入各种窗函数。另一种抑制泄漏效应的方法是采用同步采样法，即在系统中采用各种同步采样环节，其目的是使等间隔的N个采样点总是保持在被测信号的整数倍周期之内，从而有效地提高系统测量准确度。
实现同步采样的方法有两种：一是硬件同步采样法：二是软件同步采样法。硬件同步采样常采用锁相环来构成频率跟踪电路，以实现同步等间隔采样。目前，国内已经制造出基于数字锁相环路原理的同步采样脉冲发生装置，它能自动跟踪信号基频变化，产生新的同步于基频的脉冲，较好地减小泄漏产生的误差。实现软件同步采样方法是，首先测出被测信号的
T，周期T，用该周期除以一周期内采样点数N，计算出采样时间间隔
s
并以此确定定时器的计数值，用定时中断方式给出启动采样的同步脉冲，实现同步采样。同步采样方式的特点在于当严格的实现了采样周期与信号周期基本同步时，误差很小（甚至为零）。该方法省去硬件环节，结构简单，所以本仪器采用软件同步采样测量方法。
6 正弦交流电 【课题名称】6.2 正弦交流电的基本物理量与测量 【课时安排】 3课时 【教学目标】 1．理解最大值、有效值的概念，明确其测量方法，掌握它们之间的关系。 2．理解周期、频率和角频率的概念，明确其测量方法，掌握它们之间的关系。 3．理解相位、初相和相位差的概念，掌握它们之间的关系。 【教学重点】 重点：正弦交流电的三要素 【教学难点】 难点：角频率和相位概念的理解 【关键点】 看懂三要素与波形图之间的关系 【教学方法】 直观演示法、讲授法、谈话法、理论联系实际法、多媒体演示法 【教具资源】 示波器、多媒体课件、万用表、钳形电流表、频率计 【教学过程】 一、导入新课 教师可利用多媒体展示正弦交流电压波形图，然后引导学生同直流电相比，要完整地描述交流电，必须从变化范围、变化快慢和变化的起点三方面来进行，从而引出本节课的学习内容——正弦交流电的基本物理量与测量。 二、讲授新课 教学环节1：正弦交流电的最大值和有效值 教师活动：教师可利用展示的正弦交流电压波形图，讲解最大值和有效值的概念、正确表示方法及它们之间的关系，同时说明最大值和有效值在实际应用中的重要意义。然后利用实物或多媒体演示，讲解测量交流电压和交流电流大小的仪器和方法。 学生活动：学生可根据正弦交流电压波形图，在教师的引导下学习最大值和有效值的基本概念、表示方法及它们之间的关系，同时学习交流毫伏表、钳形电流表、万用表和示波器等仪器仪表测量交流电的方法。 知识点： 1．最大值：正弦交流电在一个周期内所能达到的最大数值，称为交流电的最大值，又称振幅、幅值或峰值，通常用带下标m的大写字母表示。最大值可以用来表示正弦交流电变化的范围。 2．有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的。让交流电和直流电分别通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这一直流电的数值叫做这
第四节 三相交流电路 工业上应用最多的交流电是三相交流电。单相交流电实际上也是三相交流电的一部分。三相交流电有很多优点：例如三相电机比同尺寸的单相电机输出功率大，性能好；三相交流电的输送比较经济；既节约了有色金属又降低电能损耗等。 一、 、 三相交流三相交流三相交流电电的产生 三相交流电一般由三相发电机产生。其原理可由图1-46说明。发电机定子上有U1-U2、V1-V2、W1-W2三组绕组，每组绕组称为一相，各相绕组匝数相等、结构一样，对称地排放在定子铁芯内侧的线槽里。在转子上有一对磁极的情况下，三相绕组在排放位置上互差120o 。转子转动时U1-U2、V1-V2、W1-W2绕组中分别都产生同样的正弦感应电动势。但当N极正对哪一相绕组时，该相感应电动势取得最大值。显然，V相比U相滞后120o ，W相比V相滞后120o ，U相比W滞后120o 。 三相电动势随时间变化的曲线如图1-47所示。这种大小相等、频率相同、但在相位上互差120o 的电动势称为对称三相电动势。同样，最大值相等、频率相同、相位相差120o 的三相电压和电流分别称为对称三相电压和对称三相电流。 图1-46 三相交流电发电机示意图 图1-47 三相交流电波形 三相交流电动势在时间上出现最大值的先后次序称为相序。相序一般分为正相序、负相序、零相序。 最大值按U—V—W—U顺序循环出现的为正相序。最大值按U—W—V—U顺序循环出现的为负相序。如令三个相电压的参考极性都是起始端U1、V1、W1为正，尾端U2、V2、W2为负，又令U1—U2绕组中的电动势e u ，为参考正弦量，那么，三个相电压的函数表达式为：
第六章 三相交流电路 §6-1 三相交流电源 一、填空题 1．三相交流电源是三个大小相等、频率相同而相位互差120°的单相交流电源按一定方式的组合。 2．由三根相线和一根中性线所组成的供电线路，称为三相四线制电网。三相电动势到达最大值的先后次序称为相序。 3．三相四线制供电系统可输出两种电压供用户选择，即线电压和相电压。这两种电压的数 U 线超前U 相30°。 4．如果对称三相交流电源的U 相电动势e u =E m sin (314t+π6 )V ，那么其余两相电动势分别为ev= E m sin (314t-90°)V ，ew =E m sin (314t+150°) V 。 二、判断题 1．一个三相四线制供电线路中，若相电压为220 V ，则电路线电压为311 V 。 ( × ) 2．三相负载越接近对称，中线电流就越小。 ( √ ) 3．两根相线之间的电压叫相电压。 ( × ) 4．三相交流电源是由频率、有效值、相位都相同的三个单个交流电源按一定方式组合起来的。 ( × ) 三、选择题 1．某三相对称电源电压为380 V ，则其线电压的最大值为( A )V 。 A ．380 2 B ．380 3 c ．380 6 D ．38023 2．已知在对称三相电压中，V 相电压为u v =220 2 sin(314t+π)V ，则U 相和W 相电压为(B )V 。 A. U u =220 2 sin (314t+π3) u w =220 2 sin (314t-π3 ) B ．u u =220 2 sin (314t-π3) u w =220 2 sin (314t+π3 ) C.u u =220 2 sin (314t+2π3) uw=220 2 sin (314t-2π3 ) 3．三相交流电相序U-V-W-U 属( A )。 A ．正序 B ．负序 C ．零序 4．在如图6-1所示三相四线制电源中，用电压表测量电源线的电压以确定零线，测量结果
《电工技术基础与技能》复习题 8．正弦交流电路 一、是非题： 1．电阻元件上的电压、电流的初相一定都是零，所以它们是同相的。（ ） 2．正弦交流电路，电容元件上电压最大时，电流也最大。（ ） 3．在同一交流电压作用下，电感L 越大，电感中的电流就越小。（ ） 4．端电压超前电流的交流电路一定是电感性电路。（ ） 5．有人将一个额定电压为220V 、额定电流为6A 的交流电磁铁线圈误接在220V 的直流电源上，此时电磁铁仍将能正常工作。（ ） 6．某同学做荧光灯电路实验时，测得灯管两端的电压为110V ，镇流器两端电压为190V ，两电压之和大于电源电压220V ，说明该同学测量数据错误。（ ） 7．在RLC 串联电路中，C L R 、U 、U U 的数值都有可能大于端电压。（ ） 8．额定电流100A 的发电机，只接了60A 的照明负载，还有40A 的电流就损失了。（ ） 9．在RLC 串联电路中，感抗和容抗数值越大，电路中的电流也就越小。（ ） 10．正弦交流电路中，无功功率就是无用功率。（ ） 11．在纯电阻电路中，下列各式对的打√，错的打× ⑴R U I = （ ） ⑵R u i = （ ） ⑶R U I m m =（ ） ⑷i u p = （ ） ⑸P=UI （ ） ⑹P=0 （ ） 12．在纯电感电路中，下列各式对的打√，错的打× ⑴L U I ω= （ ） ⑵L m m X U I = （ ） ⑶L X u i =（ ） ⑷P=0 （ ） ⑸L U Q L ω2 = （ ） ⑹)sin(2u L t X U i ?ω+=（ ） 13．在纯电容电路中，下列各式对的打√，错的打× ⑴C U I ω= （ ） ⑵C X U i = （ ） ⑶fC X C π2= （ ） ⑷UI Q C = （ ） ⑸C U Q C ω2 = （ ） ⑹)sin(2 u C t X U i ?ω+= （ ） 二、选择题： 1．正弦交流电通过电阻元件时，下列关系式正确的是（ ）。 A ．t R U i R ωsin = B ．R U i R = C ．R U I R = D ．)sin(?ω+=t R U i R 2．纯电感电路中，已知电流的初相角为－60°，则电压的初相角为（ ） A ．30° B ．60° C ．90° D ．120° 3．加在容抗为100Ω的纯电容两端的电压V t u c )3 sin(100π ω-=，则通过它的电流应 是（ ）。 A ．A t i c )3 sin(π ω+= B ．A t i c )6sin(π ω+= C ．A t i c )3sin(2πω+= D ．A t i c )6 sin(2π ω+= 4．两纯电感串联，Ω=101L X ，Ω=152L X ，下列结论正确的是（ ）。 A ．总电感为25H B ．总感抗2 221L L L X X X += C ．总感抗为25Ω D ．总感抗随交流电频率增大而减小 5．某电感线圈，接入直流电，测出R=12Ω；接入工频交流电，测出阻抗为20Ω，则线圈的感抗为（ ） A ．32Ω B ．20Ω C ．16Ω D ．8 Ω 6．已知RLC 串联电路端电压U=20V ，各元件两端电压V U R 12=，V U L 16=， )( =C U A ．4V B ．12V C ．28V D ．32V 7．如下图所示的电路，i u 和o u 的相位关系（ ） A ．i u 超前o u B ．i u 和o u 同相 C ．i u 滞后o u D ．i u 和o u 反相 8．在RLC 串联电路中，端电压与电流的矢量图如上图所示，这个电路是（ ）
单相正弦交流电路的基本知识 本章的学习重点： ● 正弦交流电路的基本概念； ● 正弦量有效值的概念和定义，有效值与最大值之间的数量关系； ● 三大基本电路元件在正弦交流电路中的伏安关系及功率和能量问题。 3．1 正弦交流电路的基本概念 1、学习指导 （1）正弦量的三要素 正弦量随时间变化、对应每一时刻的数值称为瞬时值，正弦量的瞬时值表示形式一般为解 析式或波形图。正弦量的最大值反映了正弦量振荡的正向最高点，也称为振幅。 正弦量的最大值和瞬时值都不能正确反映它的作功能力，因此引入有效值的概念：与一个 交流电热效应相同的直流电的数值定义为这个交流电的有效值。正弦交流电的有效值与它的最大值之间具有确定的数量关系，即I I 2m 。 周期是指正弦量变化一个循环所需要的时间；频率指正弦量一秒钟内所变化的周数；角频 率则指正弦量一秒钟经历的弧度数，周期、频率和角频率从不同的角度反映了同一个问题：正弦量随时间变化的快慢程度。 相位是正弦量随时间变化的电角度，是时间的函数；初相则是对应t=0时刻的相位，初相 确定了正弦计时始的位置。 正弦量的最大值（或有效值）称为它的第一要素，第一要素反映了正弦量的作功能力； 角频率（或频率、周期）为正弦量的第二要素，第二要素指出了正弦量随时间变化的快慢程度；初相是正弦量的第三要素，瞎经确定了正弦量计时始的位置。 一个正弦量，只要明确了它的三要素，则这个正弦量就是唯一地、确定的。因此，表达一 个正弦量时，也只须表达出其三要素即可。解析式和波形图都能很好地表达正弦量的三要素，因此它们是正弦量的表示方法。 （2）相位差 相位差指的是两个同频率正弦量之间的相位之差，由于同频率正弦量之间的相位之差实 际上就等于它们的初相之差，因此相位差就是两个同频率正弦量的初相之差。注意：不同频率的正弦量之间是没有相位差的概念而言的。
正弦交流电的基本概念 一、周期、频率与角频率 正弦交流电每重复变化一次所经历的时间称为周期，用T 表示，周期的单位为秒（s ）。正弦交流电在单位时间内变化所完成的循环次数称为频率，用f 表示，频率的单位为赫兹（Hz ）。例如，在一秒钟内完成三次循环，它的频率就是 3 Hz ，一次循环等于13秒。由定义可知，频率等于周期的倒数，即1f T =或1 T f = T 的单位为秒（S ）； f 的单位为赫兹（Hz ）； 比较频率和周期的定义可知，二者互为倒数，显然1 Hz S =。工业用电标准频率在不同的国家有不同 的规定。我国和世界大多数国家规定，工业用电标准频率为50Hz 。美国、日本和部分欧洲国家采用的工业用电标准频率为60Hz 。周期和频率表示正弦交流电变化的快慢，周期愈长，正弦交流电变化愈慢；频率愈高，正弦交流电变化愈快。正弦交流电变化的快慢除可用周期和频率来表示外，还可用角频率ω来表示。 所谓角频率是指正弦交流电在单位时间内变化的角度，即每秒变化的弧度数。如每秒角度变化360°也就是一周，即为2π弧度。如果在一秒内，旋转了四周，即转过了4×2π=8π弧度。因为正弦量完成一个循环的变化，经历了2π弧度，所以角频率和频率之间的关系为2f ω π=。角频率的单位为弧度/秒 （rad/s ）。角频率愈高，正弦交流电变化愈快。 二、幅值与有效值 正弦交流电在变化过程中出现的最大瞬时值称为正弦交流电的幅值或最大值。用大写字母加下标m 来表示，如I m 和U m ，分别表示电流和电压的幅值。 然而，工程上一般所说的正弦交流电的大小不是指最大值，而是指有效值。因为有效值能更确切地反映正弦交流电在电功率、电能和机械力等方面的效果。 电气设备铭牌上所标明的额定电压和额定电流都是有效值。有效值是如何定义的呢？ 我们以电流为例，如果一个周期性电流i 通过某一电阻R ，在一个周期内产生的热量与另一个直流电流I 通过电阻R 在相等时间内产生的热量相等，则将此直流电流的量值I 称为该周期性电流i 的有效值。有效值用大写字母表示，如I 、U 、E 分别表示周期性电流、电压、电动势的有效值。 根据12Q Q =可得出下式 220T i Rdt I RT =? 由此公式可得交流电流的有效值为下式 I =同理也可得出以下2式：
交流电高考复习题 一、填空题 1. 三相对称电压就是三个频率 相同 、幅值 相等 、相位互差 120° 的三相交流电压。 2.三相电源的相序有 正序 和 反序 之分。 3. 三相电源相线与中性线之间的电压称为 相电压 。 4. 三相电源相线与相线之间的电压称为 线电压 。 5.有中线的三相供电方式称为 三相四线制 。 6.无中线的三相供电方式称为 三相三线制 。 7.在三相四线制的照明电路中，相电压是 220 V ，线电压是 380 V 。（220、380） 8.，相位比相电压 超前30o 。 9.三相四线制电源中，线电流与相电流 相等 。 10. 三相对称负载三角形电路中，线电压与相电压 相等 。 11. 倍、线电流比相应的相电流 滞后30o 。 12. 当三相负载越接近对称时，中线电流就越接近为 0 。 13.在三相对称负载三角形连接的电路中，线电压为220V ，每相电阻均为110Ω，则相电流I P =___ __2A___，线电流I L 。 14.对称三相电路Y 形连接，若相电压为() οω60sin 220-=t u A V ，则线电压 =AB u () ο -ω30t 380sin V 。 15.在对称三相电路中，已知电源线电压有效值为380V ，若负载作星形联接，负载相电压为__220V__；若负载作三角形联接，负载相电压为__380V__。 16. 对称三相电路的有功功率?cos 3l l I U P =，其中φ角为 相电压 与 相电流 的夹角。 17.负载的连接方法有 星形连接 和 三角形连接 两种。 18.中线的作用就在于使星形连接的不对称负载的 相电压 对称。 19.在三相四线制供电线路中，中线上不许接 熔断器 、 开关 。 20.三相电路星形连接，各相电阻性负载不对称，测得I A =2A,I B =4A,I C =4A ，则中线上的电流为 2A 。 21．在三相正序电源中，若A 相电压u A 初相角为45o，则线电压u AB 的初相角为 75o 。
课题：4-1三相交流电的基本概念4-2三相负载的连接方式班级：08级 时间：3-4周 课时：2节 课型：新授 教具:挂图及三角板 教法：灵活授课法 教学重点：了解三相交流电的产生,掌握三相负载的连接方法. 教学难点：掌握三相负载的连接方法及计算. 教学目的: 了解三相交流电的产生,掌握三相负载的连接及特点 授课过程: 组织教学：清点人数整顿教学秩序（1分钟） 复习相关内容;(5分钟) 三相发电机的绕组主要是星形接法,三相负载有星形连接和三角形连接法, 进行提问： 1.纯电感电路电压与电流的相位关系 2.纯电感电路电压与电流的相位关系 本节授课内容（170 分钟）： 3-4三相交流电的基本概念
一、交流发电机简介 发电机的基本组成部分是磁极和线圈(线圈匝数很多，嵌在硅钢片制成的铁心上，通常叫电枢)。电枢转动、而磁极不动的发电机，叫做旋转电枢式发电机。磁极转动、而电枢不动，线圈依然切割磁感线，电枢中同样会产生感应电动势，这种发电机叫做旋转磁极式发电机。不论哪种发电机，转动的部分都叫转子，不动的部分都叫定子。 旋转电枢式发电机，转子产生的电流必须经过裸露着的滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，就容易发生火花放电，有可能烧毁电机。这种发电机提供的电压一般不超过500 V。旋转磁极式发电机克服了上述缺点，能够提供几千伏到几十千伏的电压，输出功率可达几十万千瓦。所以，大型发电机都是旋转磁极式的。 发电机的转子是由蒸汽机、水轮机或其它动力机带动的。动力机将机械能传递给发电机，发电机把机械能转化为电能传送给外电路。 二.交流电的产生及正弦交流电的概念 1．对称三相电动势 振幅相等、频率相同，在相位上彼此相差120?的三个电动势称为对称三相电动势。对称三相电动势瞬时值的数学表达式为 第一相(U相)电动势：e1=E m sin(ωt)
电路知识总结（精简) 1.电流的参考方向可以任意指定,分析时:若参考方向与实际方向一致，则ｉ>0，反之i<0。 电压的参考方向也可以任意指定,分析时：若参考方向与实际方向一致，则u>0反之u<0。?２. 功率平衡 一个实际的电路中,电源发出的功率总是等于负载消耗的功率。?3．全电路欧姆定律:U=E-ＲI ４. 负载大小的意义： 电路的电流越大，负载越大。 电路的电阻越大，负载越小。 5. 电路的断路与短路 电路的断路处:I＝0，U≠0?电路的短路处:U=0，Ｉ≠0 二. 基尔霍夫定律 １．几个概念： 支路：是电路的一个分支。?结点：三条(或三条以上)支路的联接点称为结点。 回路:由支路构成的闭合路径称为回路。?网孔:电路中无其他支路穿过的回路称为网孔。?２．基尔霍夫电流定律： (1) 定义:任一时刻，流入一个结点的电流的代数和为零。?或者说：流入的电流等于流出的电流。?(2) 表达式:ｉ进总和=０ 或： i进=i出?(３）可以推广到一个闭合面。 3．基尔霍夫电压定律?（1) 定义：经过任何一个闭合的路径，电压的升等于电压的降。?或者说:在一个闭合的回路中,电压的代数和为零。 或者说：在一个闭合的回路中,电阻上的电压降之和等于电源的电动势之和。 （２) 表达式：１?或: 2?或： 3 （３) 基尔霍夫电压定律可以推广到一个非闭合回路?三. 电位的概念?（1）定义：某点的电位等于该点到电路参考点的电压。 （2）规定参考点的电位为零。称为接地。?(３) 电压用符号U表示,电位用符号Ｖ表示 (4) 两点间的电压等于两点的电位的差。 （5）注意电源的简化画法。?四. 理想电压源与理想电流源 １．理想电压源?（1）不论负载电阻的大小，不论输出电流的大小,理想电压源的输出电压不变。理想电压源的输出功率可达无穷大。?(2) 理想电压源不允许短路。?2. 理想电流源?（1) 不论负载电阻的大小,不论输出电压的大小，理想电流源的输出电流不变。理想电流源的输出功率可达无穷大。?(2）理想电流源不允许开路。 3．理想电压源与理想电流源的串并联 (1) 理想电压源与理想电流源串联时，电路中的电流等于电流源的电流，电流源起作用。 (２）理想电压源与理想电流源并联时，电源两端的电压等于电压源的电压，电压源起作用。?4. 理想电源与电阻的串并联?(１）理想电压源与电阻并联，可将电阻去掉（断开），不影响对其它电路的分析。 (2) 理想电流源与电阻串联，可将电阻去掉(短路)，不影响对其它电路的分析。?5. 实际的电压源可由一个理想电压源和一个内电阻的串联来表示。 实际的电流源可由一个理想电流源和一个内电阻的并联来表示。 五. 支路电流法 １．意义:用支路电流作为未知量，列方程求解的方法。?2. 列方程的方法：?(1）电路中有b条支路，共需列出b个方程。?（2）若电路中有n个结点,首先用基尔霍夫电流定律列出ｎ-1个电流方程。 （３）然后选ｂ－（ｎ－1)个独立的回路，用基尔霍夫电压定律列回路的电压方程。?3. 注意问题:?若电路中某条支路包含电流源,则该支路的电流为已知，可少列一个方程（少列一个回路的电压方程)。?六. 叠加原理 1. 意义：在线性电路中，各处的电压和电流是由多个电源单独作用相叠加的结果。 ２. 求解方法:考虑某一电源单独作用时,应将其它电源去掉,把其它电压源短路、电流源断开。?3．注意问题：最后叠加时,应考虑各电源单独作用产生的电流与总电流的方向问题。 叠加原理只适合于线性电路，不适合于非线性电路；只适合于电压与电流的计算，不适合于功率的计算。 七．戴维宁定理 1．意义：把一个复杂的含源二端网络，用一个电阻和电压源来等效。 2．等效电源电压的求法： 把负载电阻断开,求出电路的开路电压UOC。等效电源电压UeＳ等于二端网络的开路电压UOC。 3. 等效电源内电阻的求法：?(1) 把负载电阻断开,把二端网络内的电源去掉(电压源短路，电流源断路),从负载两端看进去的电阻,即等效电源的内电阻R0。?(2）把负载电阻断开,求出电路的开路电压UＯＣ。然后,把负载电阻短路,求出电路的短路电流ISC，则等效电源的内电阻等于UOC/ISC。 八．诺顿定理 1．意义：?把一个复杂的含源二端网络，用一个电阻和电流源的并联电路来等效。 2．等效电流源电流ＩeS的求法:?把负载电阻短路,求出电路的短路电流ＩSC。则等效电流源的电流IｅS等于电路的短路电流ISC。?3．等效电源内电阻的求法： 同戴维宁定理中内电阻的求法。 本章介绍了电路的基本概念、基本定律和基本的分析计算方法,必须很好地理解掌握。其中,戴维宁定理是必考内容，即使在本章的题目中没有出现戴维宁定理的内容,在第2章<＜电路的瞬态分析>>的题目中也会用到。?第2章电路的瞬态分析?一. 换路定则：?１．换路原则是: 换路时:电容两端的电压保持不变,Uc(o+) ＝Uc（ｏ-)。 电感上的电流保持不变， Iｃ(o＋)＝ Ic(o-)。?原因是：电容的储能与电容两端的电压有关，电感的储能与通过的电流有关。 2. 换路时,对电感和电容的处理?（1）换路前,电容无储能时，Uc(ｏ+)=0。换路后,Uc(o-)=０，电容两端电压等于零，可以把电容看作短路。 (2）换路前,电容有储能时,Uc(o＋)=U。换路后，Uc（ｏ-)＝U，电容两端电压不变，可以把电容看作是一个电压源。
11级电路总复习题 一、判断 1．电路中没有电压的地方就没有电流，没有电流的地方也就没有电压。（Х） 2．当欧姆定律写成U=－RI时，电压参考方向与电流参考方向为非关联参考方向。（√） 3．叠加定理既可以用于计算电路中的电流和电压，也可以用于计算功率。（Х） 4．电阻的串联实现分压，电阻的并联实现分流。（√）5．两种电源模型等效时，Is的参考方向与Us从负极指向正极的方向一致。（√） 6．两种电源模型等效时对电源内部及内部功率是不等效的（√）。7．理想电压源与理想电流源之间可以等效变换。（Х） 8．等效变换过程中，待求量的所在支路不能参与等效。（√）9．一个电路的等效电路有且仅有一个。（Х） 10．电压源供电时的功率为P=-IU。（ X ） 11．选择不同的参考点，电路中各点的电位将变化（√） 12．电路中两点间的电压与参考点有关。（Х）13．在直流电路中，电容元件相当于短路。（Х）14．在换路的一瞬间，电容上的电压和电流等都不能跃变。（Х）15．在换路瞬时，电感两端电压不能突变。（Х）16．几个电容并联，总电容是越并越大。（√）17．几个电容串联，总电容是越串越大。（Х）
18．一阶电路的三要素为：初始值、瞬态值、时间常数。（ Х） 19．正弦交流电流是交流电流中的一种。 （√ ） 20． 电感元件两端的电压大小与电流的变化率成正比。 （√ ） 21．无功功率的单位是V.A 。 （ Х ） 22．有一正弦电流 i= -14.12sin(314t+45 )A, 其初相为450 （Х ） 23．V 314sin 2220 1t u =的相位超前V )45628sin(3112?-=t u 45°。 （Х ） 24、两个正弦量的初相之差就为两者的相位差。 （ Х ） 25、正弦量可以用相量来表示，因此相量等于正弦量。 （Х ） 26、交流电的有效值是它的幅值的0.707倍。 （ Х ） 27、万用表的电压档测出的电压值是交流电压的最大值。 （Х ） 28、电容元件电压相位超前于电流π/2 rad 。 （ Х ） 29．在RLC 串联电路中，公式 C L R U U U U ++= 是正确的。（Х ） 30、有功功率加无功功率不等于视在功率。 （√ ） 31、串联电路的总电压相位超前电流时，电路一定呈感性。 （ √ ） 32、电阻电感相并联，I R =3A ，I L =4A ，则总电流等于5A 。 （√ ） 33、正弦电流通过串联的两个元件时，若U 1=10V, U 2=15V, 则总电压U= U 1+ U 2=25V 。（Х ） 34、电容元件上的电流、电压方向为关联参考方向时其伏安特性为i=Cdu/dt 。（ √ ） 35、交流电路中负载获得最大功率的条件是负载阻抗等于电源内阻抗。（ Х ） 36、任何一个线性二端网络对外电路来说都可以用一个等效的电压源与电阻串联模型代替。（√）
1、电源和负载的本质区别是：电源是把其它形式的能量转换成电能的设备，负载是把电能转换成其它形式能量的设备。 5、常见的无源电路元件有电阻元件、电感元件和电容元件；常见的有源电路元件是电压源元件和电流源元件。 6、元件上电压和电流关系成正比变化的电路称为线性电路。此类电路中各支路上的电压和电流均具有叠加性，但电路中的功率不具有叠加性。 7、电流参考方向沿电压参考方向降低的方向取向称为关联参考方向，电流参考方向沿电压参考方向升高的方向取向称为非关联参考方向；若计算的功率为正值时，说明元件吸收电能，若计算的功率为负值时，说明元件发出电能。 8、电源向负载提供最大功率的条件是电源内阻与负载电阻的数值相等，这种情况称为电源与负载相匹配，此时负载上获得的最大功率为U S2/4R S。 9、电压是产生电流的根本原因。电路中任意两点之间电位的差值等于这两点间电压。电路中某点到参考点间的电压称为该点的电位，电位具有相对性。 10、线性电阻元件上的电压、电流关系，任意瞬间都受欧姆定律的约束；电路中各支路电流任意时刻均遵循KCL定律；回路上各电压之间的关系则受KVL 定律的约束。这三大定律是电路分析中应牢固掌握的三大基本规律。 11、电力系统中一般以大地为参考点，参考点的电位为零电位。 12、串联电路中，流过各电阻的电流相等，总电压等于各电阻电压之和，各电阻上电压与其阻值成正比。 13、正弦交流电的三要素是最大值、角频率和初相。有效值可用来确切反映交流电的作功能力，其值等于与交流电热效应相同的直流电的数值。 14、已知正弦交流电压V) 380? =t u，则它的最大值是， - 60 2 314 sin( 有效值是380V，频率为50Hz，周期是0.02s，角频率是314rad/s，相位为314t-60°，初相是60度，合π/3弧度。 15、实际电气设备大多为感性设备，功率因数往往较低。若要提高感性电路的功率因数，常采用人工补偿法进行调整，即在感性负载（或设备）两端并联适当电容。 16、电阻元件正弦电路的复阻抗是R；电感元件正弦电路的复阻抗是j X L；电容元件正弦电路的复阻抗是－j X C；多参数串联电路的复阻抗是R+j(X L-X C)。
----------------------------精品word 文档 值得下载 值得拥有---------------------------------------------- 第七章 正弦交流电路 的基本概念测试题 一、填空题 1．交流电流是指电流的大小和____ 都随时间作周期变化，且在一个周期内其平均值为零的电流。 2．正弦交流电路是指电路中的电压、电流均随时间按____ 规律变化的电路。 3．正弦交流电的瞬时表达式为e =____________、 i =____________。 4．角频率是指交流电在________时间内变化的电角度。 5．正弦交流电的三个基本要素是_____、_____和_____。 6．我国工业及生活中使用的交流电频率____，周期为____。 7． 已知V t t u )270100sin(4)(?+-=，m U = V ，ω= rad/s ， Ф = rad ，T= s ，f= Hz ，T t=12 时， u(t)= 。 8 ． 已 知 两 个 正 弦 交 流 电 流 A )90314sin(310A,)30314sin(100201+=-=t i t i ，则21i i 和的相位差为_____，___超前___。 9．有一正弦交流电流，有效值为20A ，其最大值为 ______。 10．已知正弦交流电压V )30314sin(100 +=t u ，该电压有效值U=_____。 11．已知正弦交流电流A )60314sin(250 -=t i ，该 电流有效值I=_____。 12．已知正弦交流电压() V 60314sin 22200 +=t u ， 它的最大值为___，有效值为____，角频率为____，相位为____，初相位为____。 二、选择题 1、两个同频率正弦交流电的相位差等于1800 时，则它们相位关系是____。 a)同相 b)反相 c)相等 2、图4-1所示波形图，电流的瞬时表达式为___________A 。 a) ) 302sin(0+=t I i m ω b) )180sin(0+=t I i m ω c) t I i m ωsin = 3、图4-2所示波形图中，电压的瞬时表达式为__________V 。 a) ) 45sin(0-=t U u m ω b) )45sin(0+=t U u m ω c) )135sin(0+=t U u m ω 4、图4-3所示波形图中，e 的瞬时表达式为_______。 a) ) 30sin(0-=t E e m ω b) )60sin(0-=t E e m ω c) )60sin(0+=t E e m ω 5、图4-1与图4-2两条曲线的相位差ui ?=_____。 a) 900 b) -450 c)－1350 6、图4-2与图4-3两条曲线的相位差ue ?=_____。 a) 450 b) 600 c)105 7、图4-1与图4-3两条曲线的相位差ie ?=_____。
第六章 三相交流电路 §6-1 三相交流电源 一、填空题 1．三相交流电源是三个大小相等、频率相同而相位互差120°的单相交流电源按一定方式的组合。 2．由三根相线和一根中性线所组成的供电线路，称为三相四线制电网。三相电动势到达最大值的先后次序称为相序。 3．三相四线制供电系统可输出两种电压供用户选择，即线电压和相电压。这两种电压的数 值关系是U 线超前U 相30°。 4．如果对称三相交流电源的U 相电动势e u =E m sin (314t+π6 )V ，那么其余两相电动势分别为ev= E m sin (314t-90°)V ，ew =E m sin (314t+150°) V 。 二、判断题 \ 1．一个三相四线制供电线路中，若相电压为220 V ，则电路线电压为311 V 。 ( × ) 2．三相负载越接近对称，中线电流就越小。 ( √ ) 3．两根相线之间的电压叫相电压。 ( × ) 4．三相交流电源是由频率、有效值、相位都相同的三个单个交流电源按一定方式组合起来的。 ( × ) 三、选择题 1．某三相对称电源电压为380 V ，则其线电压的最大值为( A )V 。 A ．380 2 B ．380 3 c ．380 6 D ．38023 2．已知在对称三相电压中，V 相电压为u v =220 2 sin(314t+π)V ，则U 相和W 相电压为(B )V 。 > A. U u =220 2 sin (314t+π3) u w =220 2 sin (314t-π3 ) B ．u u =220 2 sin (314t-π3) u w =220 2 sin (314t+π3 ) =220 2 sin (314t+2π3) uw=220 2 sin (314t-2π3 )
第七章 正弦交流电路的基本概念测试题 一、填空题 1．交流电流是指电流的大小和____ 都随时间作周期变化，且在一个周期内其平均值为零的电流。 2．正弦交流电路是指电路中的电压、电流均随时间按____ 规律变化的电路。 3．正弦交流电的瞬时表达式为e =____________、i =____________。 4．角频率是指交流电在________时间内变化的电角度。 5．正弦交流电的三个基本要素是_____、_____和_____。 6．我国工业及生活中使用的交流电频率____，周期为____。 7． 已知V t t u )270100sin(4)(?+-=，m U = V ，ω= rad/s ， Ф = rad ，T= s ，f= Hz ，T t= 12 时，u(t)= 。 . 8．已知两个正弦交流电流A )90314sin(310A,)30314sin(100 20 1+=-=t i t i ，则21i i 和的相 位差为_____，___超前___。 9．有一正弦交流电流，有效值为20A ，其最大值为______。 10．已知正弦交流电压V )30314sin(100 +=t u ，该电压有效值U=_____。 11．已知正弦交流电流A )60314sin(250 -=t i ，该电流有效值I=_____。 12．已知正弦交流电压() V 60314sin 22200 +=t u ，它的最大值为___，有效值为____，角频 率为____，相位为____，初相位为____。 二、选择题 1、两个同频率正弦交流电的相位差等于1800时，则它们相位关系是____。 a)同相 b)反相 c)相等 2、图4-1所示波形图，电流的瞬时表达式为___________A 。 a))302sin(0+=t I i m ω b) )180sin(0 +=t I i m ω c) t I i m ωsin = ) 3、图4-2所示波形图中，电压的瞬时表达式为__________V 。 a) )45sin(0-=t U u m ω b) )45sin(0+=t U u m ω c) )135sin(0 +=t U u m ω 4、图4-3所示波形图中，e 的瞬时表达式为_______。 a) )30sin(0-=t E e m ω b) )60sin(0-=t E e m ω c) )60sin(0 +=t E e m ω 5、图4-1与图4-2两条曲线的相位差ui ?=_____。 a) 900 b) -450 c)－1350 6、图4-2与图4-3两条曲线的相位差ue ?=_____。 a) 450 b) 600 c)1050 7、图4-1与图4-3两条曲线的相位差ie ?=_____。 ~ a) 300 b) 600 c)－ 1200
第七章 正弦交流电路的基本概念测试题 一、填空题 1．交流电流是指电流的大小和____ 都随时间作周期变化，且在一个周期内其平均值为零的电流。 2．正弦交流电路是指电路中的电压、电流均随时间按____ 规律变化的电路。 3．正弦交流电的瞬时表达式为e =____________、i =____________。 4．角频率是指交流电在________时间内变化的电角度。 5．正弦交流电的三个基本要素是_____、_____和_____。 6．我国工业及生活中使用的交流电频率____，周期为____。 7． 已知V t t u )270100sin(4)(?+-=，m U = V ，ω= rad/s ， Ф = rad ，T= s ，f= Hz ，T t= 12 时，u(t)= 。 8．已知两个正弦交流电流A )90314sin(310A,)30314sin(100 20 1+=-=t i t i ，则21i i 和的相 位差为_____，___超前___。 9．有一正弦交流电流，有效值为20A ，其最大值为______。 10．已知正弦交流电压V )30314sin(100 +=t u ，该电压有效值U=_____。 11．已知正弦交流电流A )60314sin(250 -=t i ，该电流有效值I=_____。 12．已知正弦交流电压() V 60314sin 22200 +=t u ，它的最大值为___，有效值为____，角频 率为____，相位为____，初相位为____。 二、选择题 1、两个同频率正弦交流电的相位差等于1800 时，则它们相位关系是____。 a)同相 b)反相 c)相等 2、图4-1所示波形图，电流的瞬时表达式为___________A 。 a))302sin(0+=t I i m ω b) )180sin(0 +=t I i m ω c) t I i m ωsin = 3、图4-2所示波形图中，电压的瞬时表达式为__________V 。 a) )45sin(0-=t U u m ω b) )45sin(0+=t U u m ω c) )135sin(0 +=t U u m ω 4、图4-3所示波形图中，e 的瞬时表达式为_______。 a) )30sin(0-=t E e m ω b) )60sin(0-=t E e m ω c) )60sin(0 +=t E e m ω 5、图4-1与图4-2两条曲线的相位差ui ?=_____。 a) 900 b) -450 c)－1350 6、图4-2与图4-3两条曲线的相位差ue ?=_____。 a) 450 b) 600 c)1050 7、图4-1与图4-3两条曲线的相位差ie ?=_____。 a) 300 b) 600 c)－ 1200
第2章 正弦交流电路 判断题 2.1 正弦交流电的基本概念 1．若电路的电压为)30sin(?+=t U u m ω，电流为)45sin(?-=t I i m ω， 则u 超前i 的相位角为75°。 [ ] 答案:V 2．如有电流t i 100sin 261=Ａ，)90100sin(282?+=t i Ａ，则电流相量分别是 ?=0/61I &Ａ，?=90/82I &Ａ。所以二者的电流相量和为：2 1I I I &&&+= [ ] 答案:V 3．若电路的电压为u ＝I m sin(ωt+30°)，电流为i =I m sin(ωt-45°)，则u 超前i 的相位角为15°。 [ ] 答案:X 4．正弦量的三要素是指其最大值、角频率和相位。 [ ] 答案:X 5．正弦量可以用相量表示，因此可以说，相量等于正弦量。 [ ] 答案:X 6．任何交流电流的最大值都是有效值的2倍。 [ ] 答案:X 7．正弦电路中，相量不仅表示正弦量，而且等于正弦量。 [ ] 答案:X 2.2 正弦量的相量表示法 1．如有电流t i 100sin 261=Ａ，)90200sin(282?+=t i Ａ，则电流相量分别是 ?=0/61I &Ａ，?=90/82I &Ａ。所以二者的电流相量和为：2 1I I I &&&+= 。[ ] 答案:X 2.3 单一参数的正弦交流电路 1．电容元件的容抗是电容电压与电流的瞬时值之比。 [ ] 答案:X
2．在电感元件的电路中，电压相位超前于电流90o，所以电路中总是先有电压后有电流。 [ ] 答案:X 3．电感元件的感抗是电感电压与电流的瞬时值之比。 [ ] 答案:X 4．电感元件的感抗是电感电压与电流的有效值之比。 [ ] 答案:V 5．直流电路中，电容元件的容抗为零，相当于短路。 [ ] 答案:X 6．直流电路中，电感元件的感抗为无限大，相当于开路。 [ ] 答案:X 7．直流电路中，电容元件的容抗为无限大，相当于开路。 [ ] 答案:V 8．直流电路中，电感元件的感抗为零，相当于短路。 [ ] 答案:V 9．在Ｒ、Ｌ、Ｃ串联电路中，当X L＞X C时电路呈电容性，则电流与电压同相。[ ]答案:X 10．电感元件电压相位超前于电流π/2 (rad)，所以电路中总是先有电压后有电流。[ ] 答案:X 11．正弦交流电路中，电源频率越高，电路中的感抗越大，而电路中的容抗越小。[ ] 答案:V 12．正弦电流通过电感或电容元件时，当电流为零时，则电压的绝对值为最大，当电流为最大值时，则电压为零。 [ ] 答案:V 13．正弦电流通过电感或电容元件时，当电流为零时，则电压的绝对值为最小。 [ ]答案:X 14．电容元件的容抗是电容电压与电流的瞬时值之比。 [ ] 答案:X 15．电容元件的容抗是电容电压与电流的有效值之比。 [ ] 答案:V 16．单一电感元件的正弦交流电路中，消耗的有功功率比较小。 [ ] 答案:X 17．电容元件的交流电路中，电压比电流超前90°。 [ ] 答案:X 18．电容元件的交流电路中，电流比电压超前90°。[ ] 答案:V 19．电感元件的有功功率为零。 [ ] 答案:V 20．电容元件的有功功率为零。 [ ] 答案:V
三相交流电路习题及参考答案 填空题: 1. 对称三相负载作丫接，接在380V的三相四线制电源上。此时负载端的相电压等于吕倍的线电压；相电流等于_ 1_倍的线电流；中线电流等于_0_。 2. 有一对称三相负载成星形联接，每相阻抗均为22Q，功率因数为0.8，又测出负载中的电流为10A，那么三相电路的有功功率为—5280W—;无功功率为3960var_;视在功率为_6600VL。假如负载为感性设备，则等效电阻是_ 17.6 Q_;等效电感量为_42mH _________ 。 二、判断题： 1. 中线的作用就是使不对称丫接负载的端电压保持对称。（对） 2. 三相电路的有功功率，在任何情况下都可以用二瓦计法进行测量。（错） 3. 三相负载作三角形联接时，总有|| 一3I P成立。（错） 4. 负载作星形联接时，必有线电流等于相电流。（对） 5. 三相不对称负载越接近对称，中线上通过的电流就越小。（对） 6. 中线不允许断开。因此不能安装保险丝和开关，并且中线截面比火线粗。（错） 三、选择题： 1. 三相对称电路是指（C ） A、三相电源对称的电路； B、三相负载对称的电路； C、三相电源和三相负 载均对称的电路。 2. 三相四线制供电线路，已知作星形联接的三相负载中U相为纯电阻，V相为纯电感，W相为纯电容，通过三相负载的电流均为10安培，则中线电流为（C ） A 30安；B、10 安；C、7.32 安。 3. 有“ 220V、100W” “220V、25W”白炽灯两盏，串联后接入220V交流电源，其亮度情况是（B ） A、100W灯泡最亮； B、25W灯泡最亮； C、两只灯泡一样亮。 四、计算题 3-1 一台三相交流电动机，定子绕组星形连接于U=380V的对称三相电源上，其线电流 I L=2.2A，cos $ =0.8，试求每相绕组的阻抗Z。 解：先由题意画出电路图（如下图），以帮助我们思考。 因三相交流电动机是对称负载，因此可选一相进行计算。三相负载作星接时 U l 由于U=380(V)，I L=2.2(A)