(完整版)單相交流電教案

1、教學(xué)方法說明交流電路不 僅是交流電機(jī)和 變壓器的基本理 論基礎(chǔ) , 同時也要 為電子電路做好 理論準(zhǔn)備 ,它是工 程技術(shù)、科學(xué)研究 和日常生活中常 碰到的。所以這一 章是本課程的重 要內(nèi)容之一。分析與計(jì)算 交流電路，主要是 確定不同參數(shù)和 不同結(jié)構(gòu)的各種 電路中電壓與電 流之間的關(guān)系和 功率。交流電路具 有用直流電路的 概念無法分析和 無法理解的物理 現(xiàn)象。因此，學(xué)生 在學(xué)習(xí)本章時必 須必須建立“交流 電”的概念，特別是 “相位”的概念，否 則容易引起錯誤。第 2 章 正弦交流電路本章要求： 1、理解正弦交流電的三要素、相位及有效值。2、掌握正弦交流電的各種表示方法及相互之間的關(guān)系。3、理解電

2、路基本定律的相量形式和阻抗，并掌握用相 量法計(jì)算簡單正弦交流電路的方法。4、掌握有功功率和功率因數(shù)的計(jì)算，了解瞬時功率、 無功功率、視在功率的感念和提高功率因數(shù)的意 義。本章重點(diǎn)： 1、正弦交流電的三要素、相位及有效值。2、正弦交流電的各種表示方法及相互之間的關(guān)系。3、相量法計(jì)算簡單正弦交流電路的方法。4、有功功率和功率因數(shù)的計(jì)算。本章難點(diǎn)： 1、用相量法計(jì)算簡單正弦交流電路的方法。2、有功功率和功率因數(shù)的計(jì)算。教學(xué)時數(shù)： 18 學(xué)時教學(xué)方法：自學(xué) + 多媒體教學(xué)教學(xué)內(nèi)容：3.1 正弦交流電基本概念一、正弦交流電、交流電大小和方向隨時間作周期性變化的電壓或電流叫做周期性交流電，簡稱交流電。又分

3、正弦交流電和非正弦交流電。、交流電的優(yōu)越性： 交流電可以利用變壓器方便的改變電壓、 便于輸送、 分配和 使用。 交流電動機(jī)比相同功率的直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單， 成本低， 使 用維護(hù)方便。在這一時刻交流電的瞬時值。交流電動有效值和幅 值表示的是正弦 量的大小。交流電 的有效值是從交 流電流與直流電 流具有相等的熱 效應(yīng)觀點(diǎn)引出的。 在這里注意強(qiáng)調(diào)， 有效值與最大值 的關(guān)系只適用于 任何周期性變化 量，但不能用于非 周期量。Em0.707 E m 可以應(yīng)用整流裝置，將交流電變換成所需的直流電 二、正弦交流三要素、瞬時值、最大值和有效值 i（1）、瞬時值 交流電在任意時刻的值稱為勢、電壓和電流的瞬時值分

4、別用小寫字母 e、 u、 i 表示。（2）、最大值 最大的瞬時值，也稱為幅值或峰值。交流電動勢、電壓 和電流的最大值分別用 Em、 Um 和 Im 表示。3）、有效值 若一個交流電流和一個直流電流分別通過阻值相同的電 阻，在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等， 那么就把這一直流電的數(shù)值叫 做這一交流電的有效值。 交流電動勢、 電壓和電流的有效值分別用 大寫字母 E、U和 I 表示。? 直流電流 I 通過電阻 R在一個周期 T 內(nèi)所產(chǎn)生的熱量為2Q=I2RT? 交流電流 i 通過電阻 R在一個周期 T 內(nèi)所產(chǎn)生的熱量為Qi 2 RdtI 1 T i 2dt0 T 0則?若交流電流為正弦交流， i= Ims

5、int ，?即 I 1 0 Im2 sin2 tdt Im 0.707I mImI m 0.707IT 0 m 2 m2這表明振幅為 1A 的正弦電流，在能量轉(zhuǎn)換方面與 0 707A 的直流電流的實(shí)際效果相同。正弦交流電的有效值和最大值之間有如下關(guān)系 ：2小結(jié)：、人們常說的交流電壓 220V、380V 指的就是有效值。、電氣設(shè)備銘牌上所標(biāo)的電壓、 電流值以及一般交流電表所測的數(shù)值也都是有效值。U Um 0.707Um I Im 0.707 Im注意強(qiáng)調(diào)：周期、頻率、 角頻率表示的是 正弦量變化快慢 的物理量，注意三 者之間的關(guān)系。初相位是確 定正弦量的初始 值。在這里教學(xué) 時，注意以下幾 點(diǎn)：

6、計(jì)時起點(diǎn) 取得不同，初相位 也就不同。問題是 如何將初相位在 正弦波形圖上表 示出來。兩個同頻 率（ 必須是 同頻 率）正弦量的初相 位之差，稱為相位 差，它是不隨計(jì)時總之，凡涉及交流電的數(shù)值，只要沒有特別說明的均指有效值。、周期、頻率、角頻率（ 1）、周期 - 交流電變化一次所需的時 間，用符號 T 表示，單位是 s 。 （2）、頻率 交流電每秒變化的次數(shù)， 用符號 f 表示，單位是 Hz ，簡稱赫（3）、角頻率 交流電變化一周也可用 弧度來記量，交流電每秒所 變化的角度（電角度）叫做交流電的角頻率，用符號 表示， 單 位是 rad /s 。、相位、初相位和相位差（1）、相位 （ t+ ）叫

7、做正弦交流電的相位或相位角（ 2 ）、初相位 是 t=0 時的相位，簡稱初相。 初相確定了正弦量在計(jì)時起點(diǎn)的瞬時值。一般規(guī)定，初相 不超過 弧度。若零點(diǎn)在計(jì)時起點(diǎn)之左，則初相為正；若零點(diǎn)在計(jì)時起點(diǎn)之右，則初相為負(fù)。（3）、相位差 兩個同頻率交流電的相位之差。e1 Em1 sin（ t 1）（ t 1） （ t 2）e2 Em2 sin（ t 2）1 2、正弦交流電的三要素： 有效值（或最大值）、頻率（或周期、角頻率）和初相是表征 正弦交流電的三個重要物理量， 通常把它們稱為正弦交流電的三要素。二、同頻率正弦量的相位差 根據(jù)相位差可確定兩個交流電的相位關(guān)系， 有超前、 滯后、同相、反相、正交。起

8、點(diǎn)而變的。比較 兩個正弦量的相 位，有超前和滯后 的問題。這里指的 是時間，而不是空 間。初相位、相 位差和相位都是 角度，但意義卻不 同，要加以區(qū)別。例、已知正弦交流電壓u 311 sin( 314 t )V ，6試求：（1）最大值和有效值；（2）角頻率、頻率和周期；（3）相位 和初相位；（4）t=0 和t=0.01s 時電壓瞬時值。問題與討論：1、正弦量的最大值和有效值是否隨時間變化 ?它們的大小與 頻率、相位有沒有關(guān)系 ?答：正弦量的最大值和有效值不隨時間變化。它們的大小與 頻率、相位沒有關(guān)系。2、交流電的有效值就是它的均方根值， 在什么條件下它的幅 值與有效值之比 2 是答：當(dāng)交流電按

9、正弦規(guī)律變化時， 它的幅值與有效值之比 2 是3、將通常在交流電路中使用的 220V、100W 白熾燈接在 220V 的直流電源上，試問發(fā)光亮度是否相同？答：由于交流電壓的有效值是 220V，等于直流電源的電壓作業(yè)：看書220V，根據(jù)有效值的定義，可知發(fā)光亮度相同教學(xué)方法說明3.2 正弦量的相量表示法在講解正弦量 的相量表示方法 時，注意以下幾個 問題：注意說明， 正弦量可以用旋 轉(zhuǎn)有向線段來表 示，而有向線段在 復(fù)平面中可用復(fù) 數(shù)來表示，所以正 弦量也可以用復(fù) 數(shù)來表示。為了與 一般復(fù)數(shù)相區(qū)別， 我們把表示正弦 量的復(fù)數(shù)稱為相 量。在書寫電 壓、電流等正弦量 的文字符號時，必 須注意瞬時值、

10、有 效值、最大值以及 相量的大小字母 及下標(biāo)。復(fù)習(xí)基爾霍一、復(fù)數(shù)的概念與運(yùn)算 (一)復(fù)數(shù)的表示、在直角坐標(biāo)系中，把橫 軸稱為實(shí)軸，縱軸稱為虛軸， 分別 用來表示復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部， 兩個 坐標(biāo)軸所確定的平面稱為復(fù)平面。、每一個復(fù)數(shù)都可以在復(fù) 平面上用一個點(diǎn)來表示， 而復(fù)平面 上的每一個點(diǎn)都對應(yīng)著一個復(fù)數(shù)。3、復(fù)數(shù)的四種表示方法： A=a+jbA re j A rcos jrsin A r (二)復(fù)數(shù)的運(yùn)算1、復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算：1)代數(shù)法 復(fù)數(shù)進(jìn)行加減運(yùn)算時， 要先將復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換為代數(shù)形 式，然后，實(shí)部和實(shí)部相加減，虛部和虛部相加減。2)作圖法 應(yīng)用平行四邊形。2、復(fù)數(shù)的乘除運(yùn)算： 復(fù)數(shù)進(jìn)行乘除運(yùn)算時，

11、要先將復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)形式。復(fù)數(shù) 相乘，將模相乘，輻角相加；復(fù)數(shù)相除，將模相除，輻角相減。 二、正弦量的相量表示 U Um sin( t ) 根據(jù)此正弦量的三要素，可以作一個復(fù)數(shù)讓它的模為 Um，幅 角為 t+ ，即Um/ t+ =Umcos( t+ )+jUmsin( t+ )由此可見， 這一復(fù)數(shù)的虛部為一正弦時間函數(shù)， 正好是已知的 正弦量，所以一個正弦量給定后， 總可以作出一個復(fù)數(shù)使其虛部等 于這個正弦量。 因此可以用一個復(fù)數(shù)表示一個正弦量， 其意義在于 把正弦量之間的三角函數(shù)運(yùn)算變成了復(fù)數(shù)的運(yùn)算， 使正弦交流電路 的計(jì)算問題簡化。故表示正弦量的復(fù)數(shù)可簡化成Um/ 需要強(qiáng)調(diào)的是，相量只表

12、示正弦量，并不等于正弦量；只有同 頻率的正弦量，其相量才能相互運(yùn)算，才能畫在同一個復(fù)平面上。 畫在同一個復(fù)平面上表示相量的圖稱為相量圖。三、基爾霍夫定律的相量形式1. 基爾霍夫電流定律（ KCL）I = 0夫定律得的內(nèi)容， 從而引出相量形 式的基爾霍夫定 律。2.基爾霍夫電壓定律（ KVL）瞬時值形式 u =U = 0作業(yè)：看書教學(xué)方法說明、純電阻電路2.3 單一參數(shù)的交流電路1、元件上電流與電壓的關(guān)系純電阻電路交流電路中如果只有線性電阻。設(shè)電阻兩端的正弦電壓為： u U m sin（ t u ）實(shí)驗(yàn)表明，交流電流與電壓的瞬時值仍符合歐姆定律，即uiUm t sin(t RIm sin(tu)

13、i)1）、數(shù)值關(guān)系：關(guān)于電阻、電 感、電容單一參數(shù) 的電路，在分析方 法上都是這樣的：列出電壓、 電流瞬時值的關(guān) 系；設(shè)電壓（電 流）為參考量，而 后由上述關(guān)系式 求得電流（電壓）。 并用三角函數(shù)式、 正弦波形圖、向量 圖和相量式表示。比較電壓 和電流的相位和 大小關(guān)系。求出瞬時 功率，并由此解釋 能量的轉(zhuǎn)換，接著 討論有功功率和 無功功率。UmRui R結(jié)論 1：在純電阻正弦交流電路中，電流與電壓的瞬時值、最大值及有效值與電阻之間的關(guān)系均符合歐姆定律。2）、頻率關(guān)系：3）、相位關(guān)系：Im同頻同相結(jié)論 2：在純電阻電路中，電流與電壓是同頻率、同相位的正弦量。4）、2、電路的功率（ 1 ）、瞬時

14、功率 在交流電路中，瞬時功率是指電壓瞬時值和電流瞬 時值的乘積，用 p 表示。p u i U m sin tIm sin t U I U I cos2t瞬時功率總是為正值 （或者為零），表明電阻只要有電流就消 耗能量，因此，電阻是一個耗能元件（為零的瞬時除外） （ 2）、 平均功率（也叫有功功率） 是瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值，用 P 表示。1 T1 TP pdt UI （1 cos2 t）dt UIT 0T 02 U 2P UI I 2 RR計(jì)算公式和直流電路中計(jì)算電阻功率的公式相同， 但是，這里 的 P是平均功率， U和 I是有效值。u 220 2 sin(314t 30o )V舉例一個

15、 R=10 的電阻接在 的電源上，（1）試寫出電流的瞬時值表達(dá)式 ;（ 2）畫出電流與電壓 的相量圖；（3）求電阻消耗的功率。二、純電感電路1、元件電流與電壓的關(guān)系純電感電路 交流電路中，如果只用電感線圈作負(fù)載，而i)且線圈的電阻和分布電容可忽略不計(jì)的電路。 設(shè)通過線圈的電流為： i Im sin（tu L di dtuLI m cos( ti)u)LILIm sin(tUm sin（t（1）、數(shù)值關(guān)系： U Lm LImUL 結(jié)論：即在純電感正弦交流電路中，電流與電壓的最大值及有效值之間也符合歐姆定律。2）、同頻4）、頻率關(guān)系：相位關(guān)系： 電感兩端的電壓超前電流?相量關(guān)系：即U jX L I

16、i22、感抗（1）、感抗：X L L 2 fL具有阻礙電流通過電感線圈的性質(zhì)，所以 XL 稱為電感元件的 電抗，簡稱感抗。2）、電感線圈具有“直流通暢、高頻受阻 ”的性質(zhì)。3）、 注意：感抗只等于電感元件上電壓與電流的最大值或有效值之比，不等于它們的瞬時值之比。XLULXLULmImXL3、電路的功率1）、 瞬時功率p uLi U Lm sin(t )I m sin tU L I sin 2t22）、有功功率電感線圈不消耗能量， 所以 P=0。 （3）、無功功率 它反映的是儲能 元件與外界交換能量的規(guī) 模，是瞬時功率的最大值， 用 QL 表示，單位為 var 和2Lkvar。QL UL II2

17、XXL這里的感抗 和后面的容抗是 一個新概念，并且 是重要的概念。從物理性質(zhì) 上講，它們和電阻 R 一樣，也具有阻 礙電流的作用，它 們也等于電壓有 效值和電流有效 值之比，也是歐姆 定律的形式。另外要注意 的是，在 L 和 C 為 常數(shù)的情況下，感 抗與頻率成正比， 容抗與頻率成反 比。對直流來講， 感抗為零，電感元 件視為短路；而容 抗等于無窮大，電 容元件可視為開 路，即具有“隔直” 作用。設(shè)電容器兩端的電壓為： uUm sin(t u)i CU m cos( tu)CU m sin( tu 2)Im sin(t i)1）、數(shù)值關(guān)系 ： I m CUCmU CmU C1 I CUC1CC

18、 C無功功率是 難點(diǎn)，學(xué)生難以理 解，但不是重點(diǎn)。 無功功率不是無 用的，它也是電感 負(fù)載和電容負(fù)載 所需要的。電路中 有電感和電容元 件，就要與電源之 間發(fā)生能量交換， 有能量交換就有 無功功率。電流與電壓的最大值及有2）、頻率關(guān)系：同頻3）、相位關(guān)系：4）、相量關(guān)系：電流超前電壓 90u2?U 即 IU2、容抗12 fC結(jié)論：電感不消耗能量，只和電源進(jìn)行能量交換（能量的吞吐），是（儲能元件 ）。舉例u 20 2 sin（10 6 t 30o ）V一個 5mH 的線圈，接在的電源上，試寫出電流的瞬時值表達(dá)式， 畫出電流與電壓的相量圖， 求電路的無功功率。三、純電容電路1、元件電流與電壓的關(guān)系

19、 duiC純電容電路 交流電路中，只用電容器作負(fù)載， dt結(jié)論：即在純電容正弦交流電路中，效值之間也符合歐姆定律。X具有阻礙電流通過電容器的性質(zhì)，所以 XC稱為電容器的電抗，簡稱容抗電容元件具有“隔直通交”作用3、電路的功率1）、 瞬時功率p uCi U m sin tIm sin( t ) UCI sin2t22）、有功功率 U2 電容器不消耗能量，所以 P=0。QC UCI I 2XC UCC C C XC3）、無功功率結(jié)論：電容不消耗能量，只和電源進(jìn)行能量交換 （能量的吞吐）， 是儲能元件。做在書上舉例、一個 10uF 的電容器， u 220 2sin（314t 30 ）V 接在的電源上

20、， 試寫出電流的瞬時值表達(dá)式， 畫出電流與電壓的相 量圖，求電路的無功功率作業(yè)： P52-2教學(xué)方法說明2.4 串聯(lián)交流電路一、 RLC串聯(lián)電路1、電壓與電流的相量關(guān)系?U R RI? ? ?U UR UR j(XL?(R jX)I? jXLI ? RI?XC)I?ZIUL?UCUC ? jXLIjXCI ? jXCI2、復(fù)阻抗 Z= R+j X=R+j( XL-Xc) 、復(fù)阻抗不是正弦量，只用大寫字母 Z 表示，而不加黑點(diǎn)。 Z 的實(shí)部 R為電路的電阻；虛部 X=XL- XC，它反映了電感和電容共 同對電流的阻礙作用， X 可正可負(fù)，它為電路的電抗。Z |Z | |Z | R2 X2R2 (

21、XL XC)2uiarctan X arctan X L XCRR 、 |Z|是復(fù)阻抗的模，稱為阻抗，它反映了 RLC串聯(lián)電路對正 弦電流的阻礙作用，阻抗的大小只與元件的參數(shù)和電源頻率有關(guān)， 而與電壓、電流無關(guān)。 、是復(fù)阻抗的幅角，稱為阻抗角，它是端電壓 u 與電流 i 的 相位差。3、感性、容性、阻性電路感性電路 當(dāng) XL>XC時，則 UL >UC，此時，電壓 U 超前電流 I， >0，電路呈感性這一節(jié)是前 面三個單一參數(shù) 電路的基礎(chǔ)上來 分析的，即由特殊 到一般。在記憶電 壓與電流的各個 關(guān)系式時，可以從 一般到特殊，就是 只要記住三個參 數(shù)都有的式子，其 他也就可以寫出

22、 來了。本節(jié)內(nèi)容在 教學(xué)時，應(yīng)注意以 下幾個方面：? ? ? ?U UR U L UC 是電壓相量和，不 能寫成， U=UR+UL+UC |Z| R2 (XL XC)2 不能寫成 |Z | R (XL XC)u 和 i 的相 位差的大小和正 負(fù)是由電路參數(shù)決定的，感性電路 >0，容性電路， < 0，阻性電路， =0 。有功功率容性電路當(dāng) XL<XC 時，則 UL <UC，此時，電壓 U 滯后電流 I， < 0，電路呈容性阻性電路(諧振電路) 當(dāng) XL=XC時，則 UL = U C，此時，電壓 U 與電流 I 同相， =0 ，電路呈電阻性，也稱為串聯(lián)諧振 。、 RL

23、C串聯(lián)電路各物理量之間的關(guān)系總是正的，而電感的無功功率為正， 電容的無功功率為負(fù)。阻抗 Z=R+j(X L-X C) 其實(shí)部為“阻”，其 虛部為“抗”；幅角 為電壓與電流間 的相位差；其模為 電壓有效值與電 流有效值之比。1、電壓三角形 由電壓三角形可以看出，總電 壓的有效值與各元件電壓的有效值的關(guān) 系是相量和而不是代數(shù)和。 這正體現(xiàn)了正 弦交流電路的特點(diǎn)。2、阻抗三角形arctan X LR串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振要注意 1：由于阻抗三角形三條邊代表的不是正弦量，因此所 畫的三條邊是線段而不是相量。注意 2、阻抗的一些公式都可以由阻抗三角形得出三、 RL串聯(lián)電路|Z | R2 X2R2 XL2布置

24、作業(yè)： P52-3 、4、5、6、電阻、2.5 并聯(lián)交流電路電感與電容并聯(lián)電路?UI11 R jX LjL討論它們的諧振條件、特征和Ic?UjXCU1j 1C應(yīng)用，要比較兩 者的異同。諧振是電路中電流與電壓同相，電 路呈電阻性，兩 者的諧振頻率三、諧振電路1、RLC串聯(lián)諧振電路接近相等，這是共同之處。但在1）、諧振現(xiàn)象Zj(XLXC )R jX串聯(lián)諧振頻率當(dāng) X= XL- XC=0時 , 電路相當(dāng)于“純電阻” 出現(xiàn)的這種現(xiàn)象稱為“諧振”。RLC串聯(lián)電路發(fā)生的諧振叫做串聯(lián)諧電路, 其總電壓 U和總電流 I 同相?！薄ｋ娐?）、諧振條件X L XC 0或XL XC1f 1 T0LCf0 2 LC

25、T3）、諧振頻率附近，電路阻抗 較小，則電路中 電流較大，同時電感和電容上 的電壓可能比 電源的電壓大 的很多。而在并 聯(lián)諧振頻率附 近，電路阻抗較 大，則諧振電路 的兩端電壓也 較大，同時線圈 支路和電容之 路中的電流可 能比電源電流 大很多。2 LC例 1、已知某收音機(jī)輸入回路的電感 L=260 H,當(dāng)電容調(diào)到100pF 時發(fā)生串聯(lián)諧振，求該電路的諧振頻率。若要收聽頻 率為 640kHz 的電臺廣播，電容 C 應(yīng)為多大（設(shè) L不變）？ 舉例 2：某收音機(jī)的輸入回路（調(diào)諧回路） , 可簡化為一 R、L、 C 組成的串聯(lián)電路 , 已知電感 L=250 H, R=20 , 今欲收到頻率范 圍為

26、5251610kHz 的中波段信號 , 試求電容 C 的變化范圍。 （4）、串聯(lián)諧振的特點(diǎn)*串聯(lián)諧振時，電路阻抗最小，且純阻性。*電路中的電流最大，并與電壓同相，諧振電流為： *電阻兩端電壓等于總電壓，電感與電容兩端的電壓相等， 相位相反，且為總電壓的 Q倍，Q 被稱為品質(zhì)因素 （5）、串聯(lián)諧振的應(yīng)用1）.串聯(lián)諧振電路常被用來做選頻電路，以選擇我們需要的頻 率信號。2）.由于諧振時，即使電源電壓不高，電感和電容上的電壓仍 可能很高，所以，串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振。這一特點(diǎn)在無線電工 程上是十分有用的， 因?yàn)樵O(shè)備接收的信號非常弱， 通過電壓諧振可 使信號電壓升高。3）.在供電系統(tǒng)中，由于電源本身電

27、壓很高，所以不允許電路 發(fā)生諧振， 以免在線圈或電容器兩端產(chǎn)生高電壓， 引起電氣設(shè)備損 壞或造成人身傷亡事故等。2、RLC并聯(lián)諧振電路1）、諧振條件1f0 1T 2 LC0LCf02 LC02）、并聯(lián)諧振的特點(diǎn) *并聯(lián)諧振時，電路阻抗最大，且純阻性。 *電路中的電流最小，并與電壓同相。、R、L與 C并聯(lián)諧振電路（1）、諧振條件UR jX LICUjXCII RLIC1j C URjLRLR2L2 j R2 L 2RL教學(xué)方法說明1）、諧振條件LC12 LCT0 2 LC2）、并聯(lián)諧振的特點(diǎn)*并聯(lián)諧振時，電路阻抗最大，且純阻性。 *電路中的電流最小，并與電壓同相。 *支路電流為總電流的 Q 倍。

28、RCQ1LIL I C QIRC例 4-P47作業(yè)： P58-7、8、9、11、14、153.6 功率與功率因數(shù) 一、正弦交流電路的功率 1、瞬時功率p pR pL pCp ui U m sin（t ）I m sin tU I cos 2、有功功率（平均功率）電路中只有電阻元件消耗能量，上消耗的功率P UI cos注意說明：視在功率UI cos（2t ） 通常是用來表所以電路的有功功率就是電阻示某些電氣設(shè)備的容量。一般電氣設(shè)備都有3、無功功率 它是電感與電容的無功功率之差。注意：電路中的儲能元件不消耗能量， 但與外界進(jìn)行著周期性 的能量交換。由于相位的差異，電感吸收能量時，電容釋放能量； 電感

29、釋放能量時， 電容吸收能量。 電感和電容的無功功率具有互補(bǔ) 性。Q QL QC UL UC I I 2 XL XCUX UL UC U sinQ UI sin4、視在功率 等于電路的總電壓有效值和總電流有效值的乘積，用符 號 S 表示，它的單位是伏安 (V·A)，在電力系統(tǒng)中常用千伏安 (kV·A)。 S UI S P2 Q2 注意：視在功率表示電源提供的總功率，也表示交流設(shè)備的容量，不表示交流電路實(shí)際消耗的功率P U R R cosS U Z6、功率因數(shù) 表示電源功率被利用的有效程度。 二、功率因數(shù)的提高 1、提高功率因數(shù)的意義(1) 、負(fù)載的功率因數(shù)越高，電源設(shè)備的利用

30、率就越高。例如：一臺容量為 100kVA 的變壓器，若 cos=0.65 時，變 壓器能輸出 100 ×0.65kW=65kW 的有功功率；若 cos=0.9 時，變 壓器能輸出 100 ×0.9kW=90W 的有功功率。額定電壓和額 定電流，兩者的 乘積為視在功 率。所以容量只 能用來表示視 在功率。但在額 定狀態(tài)工作時 功率因數(shù)為定 植的電氣設(shè)備 (如，電動機(jī)、 發(fā)電機(jī)等)，它 們的額定容量 一般可用有功 功率來表示。關(guān)于功率 因數(shù)的內(nèi)容學(xué) 生學(xué)習(xí)完后，要 能回答以下幾 個問題： 什么是功 率因數(shù)？ 為什么要 提高功率因 數(shù)？與電感性 負(fù)載并聯(lián)電容 后，為什么功率 因數(shù)

31、提高了？( 2)、在一定的電壓下向負(fù)載輸送一定的有功功率時， 負(fù)載的功率 因數(shù)越高，輸電線路的功率損失和電壓降就越小。因?yàn)?I=P/(UI cos)， cos越大，輸電線路上的電流越小。2、提高功率因數(shù)的方法在電力系統(tǒng)中，大多為感性負(fù) 載，提高功率因數(shù)最常用的方法就 是在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)電容器。 其原理是利用電容和電感之間無功 功率的互補(bǔ)性，減少電源與負(fù)載間交換的無功功率，從而提高電路的功率因數(shù)。PUI1 cos 1,I1P1U cos 1PUI cos 2,IPU cos 2I C I 1sin 1 I sin 2UP (tantan 2)UXCCUCUP(tan 1 U1Psin 1U

32、cos 1Psin 2U cos 2U2(tantan 2 )tan 2 )3.7 三相正弦交流電路、三相正弦交流電源1、三相正弦交流電路 由三相正弦交流電源供電的電路。它是指由三個頻率相 同、最大值相等 ,相位彼此相差 120°的單相交流電動勢組成的電路 2、三相正弦交流電路的優(yōu)點(diǎn)1).三相制發(fā)電機(jī)比同功率的單相發(fā)電機(jī)體積小，省材料2).三相發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用和維護(hù)較為方便，運(yùn)轉(zhuǎn)時比單相發(fā)電機(jī)的振動小。(3).在同樣條件下輸送同樣大的 功率時， 特別是遠(yuǎn)距離輸電時， 三相輸電 線可節(jié)約 25左右的材料。 3、三相正弦交流電的產(chǎn)生教學(xué)方法說明 這一節(jié)內(nèi)容是前面單相 交流電路的基 礎(chǔ)

33、上來討論的， 比較好學(xué)。關(guān)于三相 電壓的教學(xué)，注 意以下幾點(diǎn)：了解三 相發(fā)電機(jī)的基 本結(jié)構(gòu)，定子三 相繞組是如何 放置的？ 三相 電動勢是如何 產(chǎn)生的？為什 么它們的幅值 相等而彼此相 位差相差 120°。什么是 三相對稱電 壓？ 會用三角 函數(shù)、正弦波圖 形、向量圖、相 量式來表示它 們。了解什么發(fā)電機(jī)的固定部分稱為定子 ,其鐵芯的內(nèi)圓周表面沖有溝槽 ,放 置結(jié)構(gòu)完全相同的三相繞組 U1U2、 V1V2、 W1W2。它們的空間位 置互差 120o，分別稱為 U相、V相、W 相,工程上以黃、綠、紅三 種顏色標(biāo)志。引出線的始端用 U1、 V1、 W1表示，末端用 U2、 V2、 W2

34、表示。電動勢的參考方向選定為繞組的末端指向始端 .轉(zhuǎn)動的磁極稱為轉(zhuǎn)子。 轉(zhuǎn)子鐵芯上繞有直流勵磁繞組。 當(dāng)轉(zhuǎn)子被原動機(jī)拖動作勻速轉(zhuǎn)動時， 相交流電動勢。 4、三相交流電動勢的表示eU = Emsint三相定子繞組切割轉(zhuǎn)子磁場而產(chǎn)生eV = Emsin(t - 120 °) eW = Emsin(t + 120 °)?EUE0?EVE120?EWE120對稱三相電動勢的瞬時值之和為 0EU EV EW 0對稱三相電動勢的相量之和為 0、相序 三相交流電出現(xiàn)正幅值 （或相應(yīng)零值）的順序。eUeVeW0正（順）序： U-V-W-U 負(fù)（逆）序： V - U -W- V是三相四線制

35、和三相三線制。注意線電 流和相電流以 及中線電流參 考方向的規(guī)定， 以及它們的實(shí) 際方向與參考 方向的關(guān)系，進(jìn) 一步鞏固參考 方向的概念。注意：改變電源的相序即可改變電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。 二、三相電源的連接、三相電源的星形連接（ Y） 三相發(fā)電機(jī)的每一相繞組都是一個獨(dú)立的電源， 可以單獨(dú)地接 上負(fù)載，成為彼此不相關(guān)的三相電路。（1）名詞解釋1）Y 連接 將三相電源的末端連在一起，始端分別引出輸 出線，這種連接稱為星形連接法，用 Y 表示。2）端線 從始端引出的三根線，俗稱火線或相線。3）中性點(diǎn) 末端接成的一點(diǎn)，簡稱中點(diǎn)，用 N 表示。4 ）中線 從中性點(diǎn)引出的輸電線。5）零點(diǎn)、零線 低壓供電系統(tǒng)

36、的中性點(diǎn)是直接接地的，把接地的中性點(diǎn)稱為零點(diǎn)，而把接地的中性線稱為零線。6）三相四線制：有中線，可提供兩組對稱三相電壓（線電壓380V，相電壓 220V。）7）三相三線制：無中線，只能提供一組對稱電壓 .8）線電壓：兩根端線間的電壓9）相電壓：端線與中線間的電壓10）線電流：流過端線的電流11）相電流：流過電源內(nèi)部的電流2）三相電源 Y 連接時，線電壓和相電壓的關(guān)系：結(jié)論2：線電壓在相位上比相應(yīng)的相電壓超前 30?。（3）三相電源 Y 連接時，線電壓和相電壓的相量圖：?U UVU VWU WU? ? ? ?UUUVU V UW U W U U 0uUVuVWuWUuUuVuV uW uW uU 0（4）三相電源 Y 連接時，線電流和相電流的關(guān)系：I L I P2、三相電源的三角形連接 （）三相電源連接時，線電壓和相電壓的關(guān)系