交流電的基礎(chǔ)知識(精選PPT)

第二節(jié)交流電的基礎(chǔ)知識 第十二章交直流電的基礎(chǔ)知識 1 各種形式的交流電 簡諧波 尖脈沖 矩形波 調(diào)幅波 鋸齒波 調(diào)頻波 交流電 電源電動勢隨時間作周期性變化 2 正弦交流電概念 1交流電 大小和方向隨時間作有規(guī)律變化的電壓和電流稱為交流電 又稱交變電流 2正弦交流電是隨時間按照正弦函數(shù)規(guī)律變化的交流電 3由于交流電的大小和方向都是隨時間不斷變化的 也就是說 每一瞬間電壓 電動勢 和電流的數(shù)值都不相同 所以在分析和計算交流電路時 必須標(biāo)明它的正方向 3 一 單相正弦交流電的基本概念 1 正弦交流電 1 正弦交流電的產(chǎn)生 正弦交流電由交流發(fā)電機產(chǎn)生的 2 正弦交流電的三要素 最大值 頻率 初相角 4 電動勢電壓電流 表達式各部分的含義 電動勢瞬時值 2 正弦交流量的瞬時表達式 5 6 為正弦電流的最大值 3 正弦波特征量之一 最大值 有效值 7 有效值 交流電與直流電在燈泡上消耗的電能等值 表示符號 必須用大寫 E U I表示 有效值概念 若一個交流電流i和一個直流電流 在相同的時間內(nèi)通過同一電阻產(chǎn)生的熱量相等 則我們稱直流電流 為交流電i的有效值 8 有效值與最大值的關(guān)系 9 符號說明 瞬時值 小寫 u i 有效值 大寫 U I 最大值 大寫 下標(biāo) 10 若購得一臺耐壓為300V的電器 是否可用于220V的線路上 該用電器最高耐壓低于電源電壓的最大值 所以不能用 11 描述變化周期的幾種方法1 周期T 變化一周所需的時間單位 秒 毫秒 3 角頻率 每秒變化的弧度單位 弧度 秒 2 頻率f 每秒變化的次數(shù)單位 赫茲 千赫茲 角頻率 單位時間內(nèi)交流電所經(jīng)歷的電角度 反映交流電變化快慢的物理量 正弦波特征量之二 角頻率 12 1 周期 T 正弦交流電從零 最大 零 負最大 零 這樣循環(huán)變化一周所需的時間叫周期 周期表明交流電變化的快慢 我國交流電的周期為 T 0 02秒 變化一周所需要的時間稱之為周期 13 2 頻率 F 1 定義 正弦交流電在1秒鐘內(nèi)完成周期變化的次數(shù)叫頻率 周期為 T 0 02秒 14 單位 弧度 秒 f 50HZ 3 電角速度 角頻率 每秒變化的弧度 15 1 相位 又稱相位角 表示正弦量進程的物理量 上解析式中 t 稱為正弦量的相位 它表明周期運動中處于什么狀態(tài)和位置的一個量 用電度角 或 相位一般是指兩個同頻率波形 過零點的時間差 例 2 初相位 式中 為正弦量的初相角 也就是t 0時的相位角 正弦波特征量之三 初相位 16 17 t 3 相位差 同頻率正弦量的相位之差稱相位差 不隨時間變化的常數(shù) 18 同相位 相位落后 兩種正弦信號的相位關(guān)系 19 1 2 2 1 2 1 2 0 1 2 0 u和i正交 1超前 2 2滯后 1 20 t 三相交流電路 三相電壓初相位各差1200 21 幅度 已知 頻率 初相位 例 三要素計算 22 二 交流電路的功率和功率因數(shù) 電阻元件在交直流電路中都是限制電流的 從電源取用能量 在這里就是電阻元件從電源取用電能而轉(zhuǎn)換為熱能 這是一種不可逆的能量轉(zhuǎn)換過程 定義為有功功率 電感元件和電容元件都是儲能元件 它們與電源間進行能量互換 是工作所需 但這對電源來說 也是一種負擔(dān) 對儲能元件本身說 沒有消耗能量 故將往返于電源與儲能元件之間的功率命名為無功功率 23 1 有功功率和功率因數(shù) 有功功率是電路中負載實際消耗的功率 P UIcos 有功功率P的單位是瓦特 W 上式表明 有功功率等于電路端電壓有效值U和流過負載的電流有效值I的乘積 再乘以cos 式中cos 稱為功率因數(shù) 其值取決于電路中用電器的性質(zhì) 24 2 無功功率 無功功率是與電源交換的功率 Q UIsin 對于感性電路 0 則sin 0 無功功率Q為正值 對于電容性電路 0 則sin 0 無功功率Q為負值 當(dāng)Q 0時 為吸收無功功率 當(dāng)Q 0時 則為發(fā)出功率 無功功率Q的單位是 乏 var 25 3 視在功率 在交流電路中 端電壓與電流的有效值乘積稱為視在功率 用S表示 即S UI視在功率的單位為伏安 VA 或千伏安 KVA 視在功率S通常用來表示電氣設(shè)備的容量 容量說明了電氣設(shè)備可能轉(zhuǎn)換的最大功率 電源設(shè)備如變壓器 發(fā)電機等所發(fā)出的有功功率與負載的功率因數(shù)有關(guān) 不是一個常數(shù) 因此電源設(shè)備通常只用視在功率表示其容量 而不是用有功功率表示 26 有功功率P 無功功率Q 視在功率S之間存在如下關(guān)系 P UIcos Scos Q UIsin Ssin S UI 顯然 S P Q構(gòu)成一個直角三角形 如上圖所示 此三角形成為功率直角三角形 它與同電路的電壓三角形 阻抗三角形相似 有功功率P的單位是瓦特 W 無功功率Q的單位是乏爾 var 視在功率S的單位是伏安 VA 27 a 三個是相似三角形 如下圖b 電壓三角兩邊除以 得阻抗三角 電壓三角兩邊乘以 得功率三角 c 阻抗三角的R X Z不是矢量 其三邊不能畫成矢量圖 Z和R間的夾角為阻抗角 A 有功功率的計算 B 無功功率的計算 C 視在功率的計算 功率關(guān)系 電壓三角形 阻抗三角形和功率三角形 特點 28 實際生產(chǎn)和生活中 大多數(shù)電氣設(shè)備和用電器都是感性的 因此要向電源吸取一定的無功功率 造成線路功率因數(shù)較低的現(xiàn)象 功率因數(shù)低不僅造成電力能源的浪費 還能增加線路上的功率損耗 為了避免此類現(xiàn)象造成的影響 電力系統(tǒng)要設(shè)法提高線路的功率因數(shù) 提高功率因數(shù)的意義是什么 如何提高 電路的功率因數(shù)決定于負載的性質(zhì) 只有電阻性負載 例如白熾燈 電阻爐等 的功率因數(shù)才等于1 其它負載的功率因數(shù)均小于1 4 功率因數(shù)的提高 29 1 提高功率因數(shù)的