交流电讲解课件.ppt

1、第第2章章 正弦交流电路正弦交流电路2 2.2.2正弦正弦正弦正弦量的量的量的量的表示表示表示表示方方方方法法法法2 2.1.1交流电路的基本概念交流电路的基本概念交流电路的基本概念交流电路的基本概念2 2.3.3单相交流电路单相交流电路单相交流电路单相交流电路2 2.4 4 三相三相三相三相交流电路交流电路交流电路交流电路第第2章章 正弦交流电路正弦交流电路1.1.1.1.理解正弦理解正弦理解正弦理解正弦交流交流交流交流量的特征及其各种表示方法；量的特征及其各种表示方法；量的特征及其各种表示方法；量的特征及其各种表示方法；2.2.2.2.理解电路基本定律的相量形式及阻抗；理解电路基本定律的相

2、量形式及阻抗；理解电路基本定律的相量形式及阻抗；理解电路基本定律的相量形式及阻抗；熟练掌握计算正弦交流电路的相量分析法，熟练掌握计算正弦交流电路的相量分析法，熟练掌握计算正弦交流电路的相量分析法，熟练掌握计算正弦交流电路的相量分析法，会画相量图。；会画相量图。；会画相量图。；会画相量图。；3.3.3.3.掌握有功功率和功率因数的计算掌握有功功率和功率因数的计算掌握有功功率和功率因数的计算掌握有功功率和功率因数的计算,了解瞬时了解瞬时了解瞬时了解瞬时 功率、无功功率和视在功率的概念；功率、无功功率和视在功率的概念；功率、无功功率和视在功率的概念；功率、无功功率和视在功率的概念；4 4 4 4.了

3、解提高功率因数的意义和方法。了解提高功率因数的意义和方法。了解提高功率因数的意义和方法。了解提高功率因数的意义和方法。本章要求本章要求本章要求本章要求一一、交流电的概念交流电的概念 如果电流或电压如果电流或电压大小和方向随时间变化而变化大小和方向随时间变化而变化，则此种电流则此种电流称为称为交流电流或电压交流电流或电压。TutuTt2.1交流电路的基本概念交流电路的基本概念 如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，正弦规律变化，则该则该电路称为正弦交流电路。电路称为正弦交流电路。正弦交流电路正弦交流电路ti1 1、正弦波的正弦波的三要素三要

4、素 i：电流幅值（最大值）电流幅值（最大值）：角频率（弧度角频率（弧度/秒）秒）：初相角初相角三要素三要素:2.2正弦量的特征量及表示方法正弦量的特征量及表示方法为正弦电流的最大值为正弦电流的最大值正弦波正弦波三要素一三要素一 -幅幅值值最大值最大值电量名称必须大电量名称必须大写写,下标加下标加m。如：如：Um、Im描述变化周期的几种方法描述变化周期的几种方法1.周期周期T：变化一周所需的时间变化一周所需的时间单位：秒，毫秒单位：秒，毫秒.正弦波正弦波三要素二三要素二-角频率角频率3.角频率角频率：每秒变化的弧度每秒变化的弧度单位：弧度单位：弧度/秒秒2.频率频率f：每秒变化的次数每秒变化的次

5、数单位：赫兹，千赫兹单位：赫兹，千赫兹.iT正弦波正弦波三要素三要素三三 -初相位初相位：t=0时的相位，称为时的相位，称为初相位或初相角初相位或初相角。说明：说明：给出了观察正弦波的起点或参考点，给出了观察正弦波的起点或参考点，常用于描述多个正弦波相互间的关系。常用于描述多个正弦波相互间的关系。i：正弦波的相位角：正弦波的相位角简称简称相位相位()()2121 jjjjj-=+-+=tt两个同频率正弦量间的相位差两个同频率正弦量间的相位差(初相差初相差)t0=00两种正弦信号的相位关系两种正弦信号的相位关系同同相相位位落后于落后于相相位位滞滞后后领先于领先于相相位位超超前相位差为相位差为0与

6、与同相位同相位幅度：幅度：已知：已知：频率：频率：初相位：初相位：A例例:21 jjj-=90-（-90）=180=()()2211 sin sin90-=+=tIitIimm90如果相位差为如果相位差为+180 或或-180-180 ,称为称为两波形反相两波形反相则有则有（均方根值）（均方根值）可得可得当当时，时，交流交流直流直流有效值电量必须大写，如：有效值电量必须大写，如：U、I交流电流交流电流i通过电阻通过电阻R在一个周期在一个周期T内产生的热量与直流电流内产生的热量与直流电流I通过同通过同一电阻在同一时间一电阻在同一时间T内产生的热量内产生的热量相等，则称相等，则称I的数值为的数值为

7、i的有效值的有效值2有效值有效值可得可得当当时，时，i=2 I sin(t+)i可写为：可写为：同理同理:u=Um sin(t+)2mUU=u=2 U sin(t+)u可写为：可写为：2 2.2.2 正弦正弦量量的表示方法的表示方法瞬时值表达式瞬时值表达式相量相量波形图波形图i 正弦波的表示方法：正弦波的表示方法：相量加减和表示是他的相量加减和表示是他的重点重点有效值有效值1.描述正弦量的有向线段称为相量描述正弦量的有向线段称为相量(phasor)。若。若其其 幅度用最大值表示幅度用最大值表示 ，则用符号：，则用符号：最大值最大值相量的书写方式相量的书写方式2.在实际应用中，幅度更多采用有效值

8、，则用符号：在实际应用中，幅度更多采用有效值，则用符号：mUmIUI3.相量符号相量符号U U、I I包含幅度与相位信息。包含幅度与相位信息。mUU或或正弦波的相量表示法举例正弦波的相量表示法举例例例1：将：将 u1、u2 用相量表示用相量表示相位：相位：幅度：幅度：相量大小相量大小设：设：U1U2相位哪一个领先相位哪一个领先？哪一个落后？哪一个落后？U2U11超前超前于于2同频率正弦波的同频率正弦波的相量画在一起，相量画在一起，构成相量图。构成相量图。例例2：同频率：同频率正弦波相加正弦波相加-平行四边形法则平行四边形法则U2U1Uu=u1+u2=()2221 sin2 j+=tUu()11

9、 sin2j+tUu()sin2j+tU21UUU+=U2U1U=180 用余弦定理求用余弦定理求U：U2=U12+U222U1U2cos U2U1U 用正弦定理求用正弦定理求 角：角：sin UU2sin=1+()sin2j+tUu=注意注意 ：1.只有正弦量只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不可以。才能用相量表示，非正弦量不可以。2.只有只有同频率同频率的正弦量才能画在一张相量图上，的正弦量才能画在一张相量图上，不同频率不行。不同频率不行。波形图波形图瞬时值瞬时值相量图相量图小结：正弦波的小结：正弦波的三三种表示法种表示法TiUI符号说明瞬时值瞬时值-小写小写u、i有效值有效值-大写大写U

10、、I复数、相量复数、相量-大写大写+“.”U最大值最大值-大写大写+下标下标一、一、电阻电路电阻电路 uiR根据根据欧姆定律欧姆定律设设则则 2.2.3 3 单单相相交流电路交流电路2.3.1简单单相交流电路简单单相交流电路tItRURuitUusin2sin2sin2=1.频率相同频率相同2.相位相同相位相同3.有效值关系有效值关系：电阻电路中电流、电压的关系电阻电路中电流、电压的关系RIU=UI5.相量图相量图电阻电路中的功率电阻电路中的功率 uiR1.瞬时功率瞬时功率p：瞬时电压与瞬时电流的乘积瞬时电压与瞬时电流的乘积小写小写=2UIsin2 t2.（耗能元件）（耗能元件）结论：结论：1

11、.随时间变化随时间变化tuipt电阻的瞬时功率波形图电阻的瞬时功率波形图p=2UIsin2 t2.平均功率（有功功率）平均功率（有功功率）P P：一个周期内的平均值一个周期内的平均值 大写大写 uiRP=UIU=IR=I2R=U2/R2 2.电感电路电感电路基本基本关系式关系式：设设cos2=tLIdtdiLu则则iuL)90sin(2o+=tU)90sin(2o+=tIXL电感电路中电流、电压的关系电感电路中电流、电压的关系1.频率相同频率相同2.相位相差相位相差90（u领先领先 i 90）)90sin(2o+=tUuiu设：设：其中：其中：U=IXL ，XL=L3.有效值有效值感抗感抗（）

12、定义：定义：电感电路中的功率电感电路中的功率1.瞬时功率瞬时功率p：iuL储存储存能量能量P0P0uiiuL电压电流电压电流实际方向实际方向p为正弦波，频率加倍为正弦波，频率加倍2.平均功率平均功率P（有功功率）（有功功率）结论：结论：纯电感不消耗能量纯电感不消耗能量，只和电源进行能量，只和电源进行能量 交换（能量的吞吐）交换（能量的吞吐）3.3.无功功率无功功率 QQ 的单位：乏、千乏的单位：乏、千乏(var(var、kvar)kvar)Q 的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。用的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。用 以衡量电感电路中能量交换的规模。以衡量电感电路中能量交换的规模。基本关

13、系式基本关系式:设设：三、电容电路三、电容电路uiC则：则：1.频率相同频率相同2.相位相差相位相差90（i领先领先u 90）电容电路中电流、电压的关系电容电路中电流、电压的关系iu3.有效值有效值或或容抗容抗（）定义：定义：I则：则：电容电路中的功率电容电路中的功率ui1.瞬时功率瞬时功率p充电充电p放电放电放电放电P 0储存储存能量能量uiuiuiuiiut2.平均功率平均功率P瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）3.无功功率无功功率Q（电容性无功取负值）（电容性无功取负值）单位：单位：var，乏，乏例例uiC解：解：电流有效值电流有效值求电容电路中的电流求电容

14、电路中的电流已知：已知：C 1F求：求：I、iV瞬时值瞬时值i 领先于领先于u90电流有效值电流有效值4、R-L-C串联交流电路串联交流电路一、一、电流、电压的瞬时关系电流、电压的瞬时关系uRLCi若若其中其中:当当时时，表示表示u领先领先i电路呈感性电路呈感性当当时，时，表示表示u、i同相同相电路呈电阻性电路呈电阻性当当时时，表示表示u落后落后i电路呈容性电路呈容性R-L-C串联交流电路串联交流电路相量图相量图先画出参先画出参考相量考相量RLC相量表达式：相量表达式：阻抗三角形和电压三角形的关系阻抗三角形和电压三角形的关系有效值有效值:电压三角形和功率三角形的关系电压三角形和功率三角形的关系

15、cos 称为功率因数称为功率因数在在R、L、C 串联的电路中，串联的电路中，储能元件储能元件 L、C 不消耗能量不消耗能量，但，但存在能量吞吐，存在能量吞吐，吞吐的规模用无功功率来表示。吞吐的规模用无功功率来表示。日常生活中很多负载为感性的，日常生活中很多负载为感性的，其等效电路及相量关系如下图。其等效电路及相量关系如下图。uiRLCOS I当当U、P一定时，一定时，希望将希望将 COS 提高提高2.3.3功率因数的提高功率因数的提高P=PR=UICOS 其中消耗的有功功率为：其中消耗的有功功率为：负负载载iu说明：说明：由负载性质决定。与电路的参数由负载性质决定。与电路的参数和频率有关，与电

16、路的电压、电流无关。和频率有关，与电路的电压、电流无关。功率因数功率因数和电路参数的关系和电路参数的关系RZ例例40W白炽灯白炽灯40W日光灯日光灯发电与供电发电与供电设备的容量设备的容量要求较大要求较大供电局一般要求用户的供电局一般要求用户的，否则受处罚。否则受处罚。纯电阻电路纯电阻电路R-L-C串联电路串联电路纯电感电路或纯电感电路或纯电容电路纯电容电路电动机电动机空载空载满载满载日光灯日光灯（R-L-C串联电路）串联电路）常用电路的功率因数常用电路的功率因数提高功率因数的原则提高功率因数的原则：必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的电压载上的电压U和负载的有功功率和负载的有功功率P不变。不变。提高功率因数的措施提高功率因数的措施:uiRL并电容并电容C并联电容值的计算并联电容值的计算uiRLC设原电路的功率因数为设原电路的功率因数为cos L，要求补偿到，要求补偿到cos 须并联多大电容？（设须并联多大电容？（设U、P、为已知）为已知）iCiRL分析依据：补偿前后分析依据：补偿前后P、U 不变。不变。由相量图可知：由相量图可知：iu