電工與電子技術(shù)上冊_第3章 電路的正弦穩(wěn)態(tài)分析m.ppt

第3章電路的正弦穩(wěn)態(tài)分析 3 1正弦量的相量表示法 3 3電阻 電容 電感元件組成的交流電路 3 5交流電路的功率和功率因數(shù) 3 6功率因數(shù)的提高 3 4阻抗的串聯(lián)與并聯(lián) 3 2基爾霍夫定律的相量形式 教學(xué)要求 1 理解正弦量的特征及其各種表示方法 2 理解電路基本定律的相量形式及阻抗 熟練掌握正弦交流電路的相量分析法 會畫相量圖 3 掌握有功功率和功率因數(shù)的計算 了解瞬時功率 無功功率和視在功率的概念 4 了解正弦交流電路中串聯(lián)與并聯(lián)特性 5 了解提高功率因數(shù)的意義和方法 正弦交流電路 含有正弦電源 而且電路各部分所產(chǎn)生的電壓和電流均按正弦規(guī)律變化的電路 正弦交流電路 穩(wěn)態(tài) 分析 即確定不同參數(shù)和不同結(jié)構(gòu)的各種正弦交流電路的電壓與電流的關(guān)系和功率 交流電路具有用直流電路概念無法分析和理解的物理現(xiàn)象 必須建立 交流 的概念 特別是 相位 的概念 正弦量 隨時間按正弦規(guī)律做周期變化的量 正弦交流電的優(yōu)越性 便于產(chǎn)生 交流發(fā)電機(jī) 便于傳輸 變壓器 正半周 負(fù)半周 3 1正弦量的相量表示法 3 1 1正弦交流電壓 電流 1 頻率與周期 周期T s 角頻率 頻率f 無線通信頻率 30kHz 300GHz 電網(wǎng)頻率 俄羅斯 中國50Hz 220V 美國 日本60Hz 110V 2 幅值與有效值 有效值 與交流熱效應(yīng)相等的直流 幅值 Im Um Em 則有 同理 3 初相位與相位差 相位 初相位 t 0時的相位 相位差 同頻率兩正弦量的初相位之差 如 u i t O 電壓超前電流 不同頻率的正弦量比較無意義 兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數(shù) 與計時的選擇起點無關(guān) 注意 3 1 2正弦量的相量表示法 瞬時值表達(dá)式 正弦量的表示方法 相量 波形圖 旋轉(zhuǎn)有向線段 指數(shù)式 極坐標(biāo)式 有效值相量 幅值相量 相量只是表示正弦量 而不等于正弦量 只有正弦量才能用相量表示 非正弦量不能用相量表示 只有同頻率的正弦量才能畫在同一相量圖上 注意 可不畫坐標(biāo)軸 相量的兩種表示形式 相量式 相量圖 相量的書寫方式 實際應(yīng)用中 模多采用有效值 符號 3 2基爾霍夫定律的相量形式 3 2 1基爾霍夫電流定律 節(jié)點a 對于任一正弦交流電路中的任一節(jié)點 流過該節(jié)點電流相量的代數(shù)和恒等于零 即 KCL的相量形式可推廣到任一閉合面 3 2 2基爾霍夫電壓定律 對于任一正弦交流電路中的任一回路 沿著該回路的任一循行方向 各支路的電壓降 電壓升 相量的代數(shù)和恒等于零 即 回路I 電壓與電流的關(guān)系 設(shè) 大小關(guān)系 相位差 根據(jù)歐姆定律 頻率相同 3 3 1電阻元件的交流電路 相量式 3 3電阻 電容 電感元件組成的交流電路 功率關(guān)系 瞬時功率p 結(jié)論 電阻為耗能元件 且吸收功率隨時間變化 設(shè) 平均功率 有功功率 P 電流與電壓的關(guān)系 頻率相同 電流超前電壓90 則 3 3 2電容元件的交流電路 設(shè) 容抗 相量式 I U C 隔直通交 功率關(guān)系 瞬時功率 平均功率 C是非耗能元件 頻率相同 U I L 電壓超前電流90 電壓與電流的關(guān)系 3 3 3電感元件的交流電路 設(shè) 則 感抗 通直阻交 功率關(guān)系 平均功率 瞬時功率 L是非耗能元件 設(shè) 3 4阻抗的串聯(lián)與并聯(lián) 2 4 1阻抗的串聯(lián) 分壓公式 注意 通式 2 4 2阻抗并聯(lián) 注意 分流公式 通式 3 5交流電路的功率和功率因數(shù) Z不是相量 用來衡量對電源的利用程度 功率因素 無功功率Q O var 視在功率S V A S反映了發(fā)電機(jī)等供電設(shè)備可能提供的最大有功功率 平均功率P 有功功率 W 求 1 電流的有效值I與瞬時值i 2 各元件電壓的有效值與瞬時值 3 作相量圖 4 有功功率P 無功功率Q和視在功率S 在RLC串聯(lián)交流電路中 已知 例題 4 有功功率P 無功功率Q 視在功率S 3 6功率因數(shù)的提高 1 功率因數(shù) 2 增加線路和發(fā)電機(jī)繞組的功率損耗 輸電線和發(fā)電機(jī)繞組的電阻 1 電源設(shè)備的容量不能充分利用 日常生活中多為感性負(fù)載 如電動機(jī) 日光燈 2 功率因數(shù)cos 低的原因 40W220V白熾燈 40W220V日光燈 常用電路的功率因數(shù) 3 功率因數(shù)的提高 保證加至負(fù)載的電壓和負(fù)載的有功功率不變 1 提高功率因數(shù)的原則 2 提高功率因數(shù)的措施 4 并聯(lián)電容值的計算 2 如將從0 95提高到1 試問還需并多大的電容C 1 如將功率因數(shù)提高到 需要并聯(lián)多大的電容C 并求并聯(lián)C前后線路的電流 一感性負(fù)載 其功率P 10kW 接在電壓U 220V 50Hz的電源上 即 即 例題 并C前 可見 cos 1時再繼續(xù)提高 則所需電容值很大 不經(jīng)濟(jì) 所以一般不必提高到1 并C后 3 7小結(jié) 正弦交流電的特性相量表示法和相量圖相量形式的基爾霍夫定律電阻 電感 電容元件的電壓與電流的約束關(guān)系電阻 電感 電容元件串聯(lián)電路有功功率 無功功率 視在功率功率因數(shù)提高的方法 單一參數(shù)正弦交流電路的分析計算小結(jié) 電路參數(shù) 電路圖 參考方向 阻抗 電壓 電流關(guān)系 瞬時值