《電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能》第七章初識(shí)正弦交流電_PPT課件

1、高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿7 初識(shí)正弦交流電初識(shí)正弦交流電高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿7初識(shí)正弦交流電初識(shí)正弦交流電教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1了解正弦交流電的產(chǎn)生。了解正弦交流電的產(chǎn)生。2掌握表征正弦交流電的三要素：振幅、角頻率、初相掌握表征正弦交流電的三要素：振幅、角頻率、初相位

2、。位。3理解交流電的周期、頻率、有效值、相位與相位差等理解交流電的周期、頻率、有效值、相位與相位差等概念。概念。4掌握正弦交流電流、電壓的表示法掌握正弦交流電流、電壓的表示法( (解析式、波形圖、解析式、波形圖、矢量圖等矢量圖等) )。教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)1. 理解相位差的概念。理解相位差的概念。2. 掌握正弦量的矢量圖。掌握正弦量的矢量圖。 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿7初識(shí)正弦交流電初識(shí)正弦交流電7.17.1正弦交流電的產(chǎn)生正弦交流電

3、的產(chǎn)生7.27.2表征正弦交流電的物理量表征正弦交流電的物理量7.37.3正弦交流電的表示法正弦交流電的表示法單元小結(jié)單元小結(jié)高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿7.17.1正弦交流電的產(chǎn)生正弦交流電的產(chǎn)生一、正弦交流電的產(chǎn)生一、正弦交流電的產(chǎn)生二、正弦交流電二、正弦交流電高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技

4、能演示文稿演示文稿如果電流的大小及方向都隨時(shí)間做周期性變化，并且如果電流的大小及方向都隨時(shí)間做周期性變化，并且在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為零的電流稱(chēng)為在一個(gè)周期內(nèi)的平均值為零的電流稱(chēng)為交流電交流電。 一、正弦交流電的產(chǎn)生一、正弦交流電的產(chǎn)生高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿二、正弦交流電二、正弦交流電大小及方向均隨時(shí)間按正弦規(guī)律做周期性變化的電流、大小及方向均隨時(shí)間按正弦規(guī)律做周期性變化的電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為電壓、電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為正弦交流電流、電壓、

5、電動(dòng)勢(shì)正弦交流電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)，在某一，在某一時(shí)刻時(shí)刻 t 的瞬時(shí)值可用三角函數(shù)式的瞬時(shí)值可用三角函數(shù)式( (解析式解析式) )來(lái)表示，即來(lái)表示，即 i ( t ) = Imsin( t i 0)u ( t ) = Umsin( t u0)e ( t ) = Emsin( t e0)高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿i ( t ) = Imsin( t i0)u ( t ) = Umsin( t u0)e ( t ) = Emsin( t

6、 e0)式中，式中，Im、Um、Em 分別稱(chēng)為交流電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的分別稱(chēng)為交流電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的振幅振幅( (也稱(chēng)為峰值或最大值也稱(chēng)為峰值或最大值) )，電流的單位為，電流的單位為A ( (安安) )，電壓和電動(dòng)勢(shì)，電壓和電動(dòng)勢(shì)的單位為的單位為 V( (伏伏) )； 稱(chēng)為交流電的稱(chēng)為交流電的角頻率角頻率，單位為，單位為rad/s ( (弧度弧度/秒秒) )，它表征正弦交流電流每秒內(nèi)變化的電角度；，它表征正弦交流電流每秒內(nèi)變化的電角度； i0、 u0、 e0 分別稱(chēng)為電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的分別稱(chēng)為電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的初相位初相位或或初相初相，單位為，單位為 rad（弧度弧度） 或或 ( (度

7、度) )，它表示初始時(shí)刻，它表示初始時(shí)刻( (t = 0 時(shí)時(shí)) )正弦交流電所處正弦交流電所處的電角度。的電角度。 振幅、角頻率、初相這三個(gè)參數(shù)稱(chēng)為正弦交流電的振幅、角頻率、初相這三個(gè)參數(shù)稱(chēng)為正弦交流電的三要素三要素。任何正弦量都具備三要素。任何正弦量都具備三要素。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿7.27.2表征正弦交流電的物理量表征正弦交流電的物理量一、周期與頻率一、周期與頻率二、有效值二、有效值三、相位和相位差三、相位和相位差高 等

8、 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿1周期周期正弦交流電完成一次循環(huán)變化所用的時(shí)間稱(chēng)為正弦交流電完成一次循環(huán)變化所用的時(shí)間稱(chēng)為周期周期，用，用字母字母 T 表示，單位為表示，單位為s（秒）（秒） 。顯然正弦交流電流或電壓相。顯然正弦交流電流或電壓相鄰的兩個(gè)最大值鄰的兩個(gè)最大值( (或相鄰的兩個(gè)最小值或相鄰的兩個(gè)最小值) )之間的時(shí)間間隔即為之間的時(shí)間間隔即為周期，由三角函數(shù)知識(shí)可知周期，由三角函數(shù)知識(shí)可知 2 T一、周期與頻率一、周期與頻率高 等

9、教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿2頻率頻率 = 2 f交流電周期的倒數(shù)稱(chēng)為交流電周期的倒數(shù)稱(chēng)為頻率頻率( (用符號(hào)用符號(hào) f 表示表示) )，即，即Tf1 它表示正弦交流電流在單位時(shí)間內(nèi)作周期性循環(huán)變化的它表示正弦交流電流在單位時(shí)間內(nèi)作周期性循環(huán)變化的次數(shù)，即表征交流電交替變化的次數(shù)，即表征交流電交替變化的速率速率( (快慢快慢) )。頻率的國(guó)際單。頻率的國(guó)際單位制是位制是Hz ( (赫赫) ) 。角頻率與頻率之間的關(guān)系為。角頻率與頻率之間的關(guān)系

10、為 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿在電工技術(shù)中，有時(shí)并不需要知道交流電的瞬時(shí)值，而在電工技術(shù)中，有時(shí)并不需要知道交流電的瞬時(shí)值，而規(guī)定一個(gè)能夠表征其大小的特定值規(guī)定一個(gè)能夠表征其大小的特定值有效值有效值，其依據(jù)是交，其依據(jù)是交流電流和直流電流通過(guò)電阻時(shí)，電阻都要消耗電能流電流和直流電流通過(guò)電阻時(shí)，電阻都要消耗電能( (熱效應(yīng)熱效應(yīng)) )。 設(shè)正弦交流電流設(shè)正弦交流電流 i( ( t ) ) 在一個(gè)周期在一個(gè)周期 T 時(shí)間內(nèi)，使一電時(shí)間內(nèi)

11、，使一電阻阻R 消耗的電能為消耗的電能為 WR ，另有一相應(yīng)的直流電流，另有一相應(yīng)的直流電流 I 在時(shí)間在時(shí)間 T 內(nèi)也使該電阻內(nèi)也使該電阻 R 消耗相同的電能，即消耗相同的電能，即 WR = I2RT 。二、有效值高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿 就平均對(duì)電阻作功的能力來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)電流就平均對(duì)電阻作功的能力來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)電流( (i 與與 I) )是等效是等效的，則該直流電流的，則該直流電流 I 的數(shù)值可以表示交流電流的數(shù)值可以表示交流電

12、流 i( (t) ) 的大小，于的大小，于是把這一特定的數(shù)值是把這一特定的數(shù)值 I 稱(chēng)為交流電流的有效值。理論與實(shí)驗(yàn)均稱(chēng)為交流電流的有效值。理論與實(shí)驗(yàn)均可證明，正弦交流電流可證明，正弦交流電流 i 的有效值的有效值 I 等于其振幅等于其振幅( (最大值最大值) )Im 的的 0.707 倍，即倍，即 0.707=2 mmIII mm0.7072UUU mm0.7072EEE 正弦交流電壓的有效值正弦交流電壓的有效值正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值正弦交流電動(dòng)勢(shì)的有效值高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press

13、電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿例如正弦交流電流例如正弦交流電流 i = 2sin( ( t30 ) ) A 的有效值的有效值I = 20.707 A= 1.414 A，如果通過(guò)，如果通過(guò) R = 10 的電阻時(shí)，的電阻時(shí)，在一秒時(shí)間內(nèi)電阻消耗的電能在一秒時(shí)間內(nèi)電阻消耗的電能( (又稱(chēng)為平均功率又稱(chēng)為平均功率) )為為P = I2R = 20 W，即與，即與 I = 1.414 A 的直流電流通過(guò)該電阻的直流電流通過(guò)該電阻時(shí)產(chǎn)生相同的電功率。時(shí)產(chǎn)生相同的電功率。我國(guó)工業(yè)和民用交流電源的有效值為我國(guó)工業(yè)和民用交流電源的有效值為 220 V，頻率為，頻率為50 Hz，因而通常將

14、這一交流電壓簡(jiǎn)稱(chēng)為，因而通常將這一交流電壓簡(jiǎn)稱(chēng)為工頻電壓工頻電壓。因?yàn)檎医涣麟姷挠行е蹬c最大值因?yàn)檎医涣麟姷挠行е蹬c最大值( (振幅值振幅值) )之間有確之間有確定的比例系數(shù)，所以有效值、頻率、初相這三個(gè)參數(shù)也可定的比例系數(shù)，所以有效值、頻率、初相這三個(gè)參數(shù)也可以合在一起稱(chēng)為正弦交流電的三要素。以合在一起稱(chēng)為正弦交流電的三要素。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿三、相位和相位差三、相位和相位差任意一個(gè)正弦量任意一個(gè)正弦量 y = Asi

15、n( ( t 0 ) )的的相位相位為為( ( t 0 ) )，本章只涉及兩個(gè)同頻率正弦量的相位差本章只涉及兩個(gè)同頻率正弦量的相位差( (與時(shí)間與時(shí)間 t 無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)) )。設(shè)。設(shè)第一個(gè)正弦量的初相為第一個(gè)正弦量的初相為 01 ，第二個(gè)正弦量的初相為，第二個(gè)正弦量的初相為 02 ，則，則這兩個(gè)正弦量的這兩個(gè)正弦量的相位差相位差為為 12 = 01 02并規(guī)定并規(guī)定| 12| 180 或或| 12| 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿在討論兩個(gè)

16、正弦量的相位關(guān)系時(shí)：在討論兩個(gè)正弦量的相位關(guān)系時(shí)：( (1) )當(dāng)當(dāng) 12 0 時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量比第二個(gè)正弦量時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量比第二個(gè)正弦量越越前前( (或或超前超前) ) 12 ；( (2) )當(dāng)當(dāng) 12 0 時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量比第二個(gè)正弦量時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量比第二個(gè)正弦量滯滯后后( (或或落后落后) ) | 12 | ；( (3) )當(dāng)當(dāng) 12 = 0 時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量與第二個(gè)正弦量時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量與第二個(gè)正弦量同同相，相，如圖如圖 7-1( (a) )；( (4) )當(dāng)當(dāng) 12 = 或或 180 時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量與第二時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量與第二個(gè)正弦量個(gè)正弦量反相，反相，如圖如圖

17、 7-1 ( (b) )；( (5) )當(dāng)當(dāng) 12 = 或或 90 時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量與第二時(shí)，稱(chēng)第一個(gè)正弦量與第二個(gè)正弦量個(gè)正弦量正交正交。2 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿 圖圖 7-1相位差的同相與反相波形相位差的同相與反相波形 例如已知例如已知 u = 311sin( (314t 30 ) ) V，i = 5sin( (314t 60 ) ) A，則則 u 與與 i的相位差為的相位差為 ui = ( ( 30 ) ) ( ( 6

18、0 ) ) = 90 ，即，即 u 比比 i滯滯后后 90 ，或，或 i比比 u 超前超前90 。高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿7.37.3正弦交流電的表示法正弦交流電的表示法一、解析式表示法一、解析式表示法二、波形圖表示法二、波形圖表示法三、矢量圖表示法三、矢量圖表示法高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)

19、與技能演示文稿演示文稿一、解析式表示法一、解析式表示法 i( (t) ) = Imsin( ( t i0) )u( (t) ) = Umsin( ( t u0) )e( (t) ) = Emsin( ( t e0) )例如已知某正弦交流電流的最大值是例如已知某正弦交流電流的最大值是 2 A，頻率為，頻率為 100 Hz，設(shè)初相位為設(shè)初相位為 60 ，則該電流的瞬時(shí)表達(dá)式為，則該電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i( (t) ) = Imsin( ( t i0) ) = 2sin( (2 f t 60 ) ) = 2sin( (628t 60 ) )A高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Highe

20、r Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿二、波形圖表示法二、波形圖表示法圖圖 7-2正弦交流電的波形圖舉例正弦交流電的波形圖舉例高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿三、矢量圖表示法三、矢量圖表示法 正弦量可以用最大值正弦量可以用最大值矢量矢量或或有效值矢量有效值矢量表示，但通常用表示，但通常用有效值矢量表示。有效值矢量表示。 圖圖 7-3正弦量的振幅矢量

21、圖舉例正弦量的振幅矢量圖舉例 1. .振幅矢量表示法振幅矢量表示法 最大值矢量表示法最大值矢量表示法是用正弦是用正弦量的最大值作為矢量的模量的最大值作為矢量的模( (大小大小) )，用初相角作為矢量的幅角，例如用初相角作為矢量的幅角，例如有三個(gè)正弦量有三個(gè)正弦量 e = 60 sin( ( t60 ) ) V u = 30 sin( ( t30 ) ) V i = 5 sin( ( t30) ) A則它們的最大值矢量圖如圖則它們的最大值矢量圖如圖 7-3 所示。所示。 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education

22、 Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿2有效值矢量表示法有效值矢量表示法有效值矢量表示法有效值矢量表示法是用正弦量的有效值作為矢量的模是用正弦量的有效值作為矢量的模( (長(zhǎng)長(zhǎng)度大小度大小) )，仍用初相角作為矢量的幅角，例如，仍用初相角作為矢量的幅角，例如Asin241. 0V)53sin(2220 titu ，則它們的有效值矢量圖如圖則它們的有效值矢量圖如圖 7-4 所示。所示。 圖圖 7-4正弦量的有效值矢量圖舉例正弦量的有效值矢量圖舉例 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education

23、 Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿單元小結(jié)單元小結(jié)一、正弦交流電的主要參數(shù)一、正弦交流電的主要參數(shù)二、交流電的表示法二、交流電的表示法高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿本章介紹了交流電的基本概念以及交流電的表示法。本章介紹了交流電的基本概念以及交流電的表示法。一、正弦交流電的主要參數(shù)一、正弦交流電的主要參數(shù) 大小及方向均隨時(shí)間按正弦規(guī)律做周期性變化的電流、大小及方向均隨時(shí)間按正弦規(guī)律做周期性變化的電流、電壓、電

24、動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為正弦交流電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)。電壓、電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為正弦交流電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)。1周期與頻率周期與頻率T 2 交流電完成一次循環(huán)變化所用的時(shí)間稱(chēng)為周期交流電完成一次循環(huán)變化所用的時(shí)間稱(chēng)為周期周期的倒數(shù)稱(chēng)為頻率周期的倒數(shù)稱(chēng)為頻率 ；角頻率與頻率之間的關(guān)系為；角頻率與頻率之間的關(guān)系為 = 2 fTf1 高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Education PressHigher Education Press電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能電工技術(shù)基礎(chǔ)與技能演示文稿演示文稿正弦交流電的有效值等于振幅正弦交流電的有效值等于振幅( (最大值最大值) )的的 0.707 倍，即倍，即mmmmmm707027070270702E.EEU.UUI.II 2有效值有效值高 等 教 育高 等 教 育 出 版 社出 版 社Higher Educat