巧妙运用EWB演示交流电路的电压与电流相位关系
陈爱梅
（顺德梁銶琚中学 广东省佛山市顺德区 528300）
摘要：《电工基础》是电类专业及相关专业学生的专业基础课。教师在讲授有关单相交
流电电路中电压与电流的相位关系时，一般是使用电压表与电流表及示波器来演示的，但演示效果不理想，甚至有困难而不能准确验证相关的结论。借助EWB软件对《电工基础》中单相交流电路有关相位关系进行演示，可取得较理想的效果。
关键词：单相交流电路 相位关系 纯电感电路 纯电容电路 EWB软件
1 前言
《电工基础》是电类专业及相关专业学生的专业基础课。该课程理论性强、公式、定理多，需要利用大量的物理知识和数学知识进行分析，对学生而言，存在较大的难度，教师尽可能采用直观教学法通过演示实验等方式，将电路的现象、效果形象地表现出来，让学生有直观的认识，容易接受结论，理解知识。但是由于受到元器件及演示仪器的限制，有些演示实验不能达到理想的效果，甚至有些实验不能演示。EWB是电子仿真软件，主要用于电子线路的电路演示及电路设计及仿真。这里借助EWB软件对《电工基础》中单相交流电路有关相位关系的演示进行了探索，取得了较理想的效果。 2 提出问题
有关单相交流电电路中电压与电流的相位关系，在实验室一般是用电压表与电流表及示波器来演示的。但演示效果不理想，甚至有困难，表现在以下方面：
（1）、对纯电阻电路，电压与电流的相位关系是相同的。可以通过使用电压表与电流表指针的同步摆动来进行演示。但对纯电感、纯电容电路，由于它们的端电压与电流的相位差为900，用模拟式仪表的指针摆动来演示是很难观察的，并且实际的电感线圈都存在一定的电阻值，其端电压与电流的相位差不是恰好900，使用电压表与电流表来观察它的电压与电流的相位关系，是不能得到正确的结论。
（2）、对纯电感、纯电容电路，演示其电压与电流的相位关系，如果使用双踪示波器进行演示，由于示波器只能观察电压偏转的波形，若要演示电流的相位则必须通过观察电阻的两端电压来实现（电阻的电流与其端电压相位相同），所以实际的演示电路必须串联一个电阻，下文以演示纯电感电路的相位关系为例进行说明（如图 1所示）。
在使用双踪示波器观察波形时，两对输入信号线都有一个公共接地端，因而，两通道的输入信号为CH1、CH2（连接图如2图示），可以看到：CH1为R与L的总电压（不是电阻两端的电压）；CH2为电感的两端电压。这样是不能观察到纯电感电路电压与电流的相位关系的。学校实验室配置的示波器一般不带有记忆功能，不能先测量L两端的电压波形，记忆储存下来，再测量R两端的电压波形，然后进行两者比较。因此使用双踪示波器观察电压波形的方法是不能达到实验的目的。
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3 解决问题
巧妙利用EWB，可以解决以上的问题。
电子工作台（EWB）是 “Interactive Image Technologies”公司推出的专门用于电路分析和设计的软件。具有界面形象、操作方便、采用图形方式创建电路的特点。对元器件提供了理想模型和实际模型，还提供了与实际仪器外形及操作方法相似的测量仪器。在国外现已广泛用于电子工程设计开发和电子类教学。
EWB软件提供的示波器具有记忆功能，可以记录在电源接通后各个时刻的波形，正是利用这个特点，将交流电路中各个元件端电压的波形在指针指向相同时刻时记录下来，再复制到画图板上进行比较。具体操作方法如下：
以演示纯电感（理想模型）电路电压与电流的相位关系为例，实际的演示电路必须串联一个电阻来辅助。
首先观察L两端的电压波形：连接电路图（如图3-1所示），接通电源，观察示波器显示的波形，选择指针在适当的位置，记录此时所在的时间（如图3-2所示），然后，通过编辑工具，将波形复制到画图板上（如图3-3所示），得L两端的电压uL；再观察R两端的电压波形：连接电路图（如图3-4所示），同理，接通电源，观察示波器的波形，注意，此时不能移动指针的位置，通过调节水平滚动条，使显示的时间与以上相同，然后，通过编辑工具，将波形复制到画图板上（如图3-5所示），得R两端的电压uR（电路的电流i的相位与uR的相位相同）。在画图板上将两波形进行重叠，注意两波形指针要重合（如图3-6所示）。分析、比较两波形的相位关系，得到纯电感电路的电压与电流的相位关系是：电压比电流超前900。
指针 显示时间 2
用同样的方法，对纯电容电路进行演示，可得到正确的电压与电流的相位关系。同样用此方法，对交流电各种不同类型的电路，都可以观察各电压之间、电压与电流之间的相位关系。 4 结束语
虽然EWB软件是专门用于电子线路仿真的软件，但通过巧妙运用EWB软件，再利用计算机其他软件（如画图软件）的协助，顺利进行《电工基础》中单相交流电路的相位关系的演示，效果显著。所以，教师要不断学习新的现代信息知识，充分利用电化教育手段，用计算机对一些在一般电子、电工实验室难以实现的实验进行仿真演示，力求授课形象、生动，努力提高教学效果。
参考文献
1、蒋德川著：《电工学》，高等教育出版社 1979 2、孙骆生著：《电工学基本教程》，高等教育出版社 1991
3、裴留庆著：《电路理论基础》，北京师范大学出版社 1985 4、周政新主编：《电子设计自动化实践与训练》，中国民航出版社 2000
作者简介：陈爱梅 生于1967年，女，广东省韶关人，一级教师，学士，从事电气电
子类课程的教学
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