進(jìn)網(wǎng)電工——第三節(jié)交流電路

1、高壓進(jìn)網(wǎng)電工理論知識(shí)第一章 電工基礎(chǔ)知識(shí)第三節(jié)第三節(jié) 交流電路交流電路一、單相交流電路一、單相交流電路（一）概述（一）概述 電壓或電流的大小和方向均隨時(shí)間變化時(shí)，稱(chēng)電壓或電流的大小和方向均隨時(shí)間變化時(shí)，稱(chēng)為交流電，最常見(jiàn)的交流電是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變?yōu)榻涣麟?，最常?jiàn)的交流電是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化正弦電壓和正弦電流?；译妷汉驼译娏鳌、it01 1、描述交流電大小的物理量、描述交流電大小的物理量瞬時(shí)值瞬時(shí)值交流電在任一瞬間的值，記為交流電在任一瞬間的值，記為u、i最大值最大值瞬時(shí)值中的最大值，記為瞬時(shí)值中的最大值，記為Um、 Im有效值有效值與交流電熱效應(yīng)相同的直流電數(shù)與交流電熱效應(yīng)相同的直

2、流電數(shù)值，值，記為記為U、 I。平均值平均值交流電正半周期內(nèi)，瞬時(shí)值的平交流電正半周期內(nèi)，瞬時(shí)值的平均數(shù)，均數(shù)，記為記為UP、 IP。mmm0.70721.4142IIIIII或Pm0.637II 電器電器 220V最高耐壓最高耐壓300V 一臺(tái)耐壓為一臺(tái)耐壓為 300V 的電器，是否可用于的電器，是否可用于220V線路線路? ? 電器電器最高耐壓低于電源電壓最大值，此電器不可最高耐壓低于電源電壓最大值，此電器不可用于用于220V線路線路。有效值有效值 U =220V線路電源電壓線路電源電壓結(jié)論結(jié)論最大值最大值 Um=311V 2 2、描述交流電變化快慢的物理量、描述交流電變化快慢的物理量周期

3、周期T T交流電完成一個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間，交流電完成一個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間，單位是秒（單位是秒（s s）。）。交流電每秒內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)交流電每秒內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù), ,單位是赫茲（單位是赫茲（HzHz）。）。11fTTf或22fT頻率頻率f f角頻率角頻率交流電每秒內(nèi)變化的角度，單位交流電每秒內(nèi)變化的角度，單位是弧度每秒（是弧度每秒（rad/srad/s）。）。3 3、交流電的初相位、相位、相位差、交流電的初相位、相位、相位差正弦交流電流的波形正弦交流電流的波形圖如右圖所示，其數(shù)圖如右圖所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式見(jiàn)下式學(xué)表達(dá)式見(jiàn)下式角頻率角頻率最大值最大值初相角初相角 tIi sinmIm 2 Tit O

4、t 表示正弦量在表示正弦量在 t =0時(shí)的相角，單位為度或弧度。時(shí)的相角，單位為度或弧度。決定正弦量起始位置。決定正弦量起始位置。反映正弦量變化的進(jìn)程。反映正弦量變化的進(jìn)程。it )sin(mtIiO相位相位初相位初相位相位差相位差兩兩同頻率同頻率的正弦量間的初相位之差。的正弦量間的初相位之差。 | | 1800)sin(umtUu如：如：)()(iuttiu若若0iu 則二者的相位差則二者的相位差 為為：uiu i tO)sin(imtIi明確明確若若0iu 9021 021 02118021uitui Oiutui90OuituiOtuiuiO4 4、趨膚效應(yīng)、趨膚效應(yīng) 交流電路中，隨著頻

5、率的變化，在導(dǎo)線截面上的電流分布不均勻。且隨著頻率的增加，在導(dǎo)線截面上的電流分布越來(lái)越向?qū)Ь€表面集中，當(dāng)頻率高到一定時(shí)，電流就明顯的集中到導(dǎo)體表面附件流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為趨膚效應(yīng)。 趨膚效應(yīng)使導(dǎo)線的有效截面積減小，等效電阻增加。 不同頻率的正弦量比較無(wú)意義。不同頻率的正弦量比較無(wú)意義。 兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數(shù)，與計(jì)兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數(shù)，與計(jì)時(shí)的選擇起點(diǎn)無(wú)關(guān)。時(shí)的選擇起點(diǎn)無(wú)關(guān)。 ti2i1iO（二）純電阻電路（二）純電阻電路1.1.電壓與電流的關(guān)系電壓與電流的關(guān)系設(shè)設(shè)tUusinm根據(jù)歐姆定律根據(jù)歐姆定律: :tI2tRU2RtURuisinsinsinmRiu+ +_

6、_RUI/0 iu (1)(1)瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率p ppituOtpOiu 瞬時(shí)功率的功率平均值。瞬時(shí)功率的功率平均值。 瞬時(shí)功率為瞬時(shí)電壓與瞬時(shí)功率為瞬時(shí)電壓與瞬時(shí)電流的乘積，數(shù)值隨時(shí)瞬時(shí)電流的乘積，數(shù)值隨時(shí)間變化，間變化，無(wú)實(shí)際意義。無(wú)實(shí)際意義。波形波形如下圖所示。如下圖所示。(2)(2)平均功率平均功率( (有功功率有功功率)P)PIUP 單位單位: :瓦（瓦（W W） 2RI RU2式中，式中，U U、I I為電壓電流有效值。為電壓電流有效值。P2.2.功率功率 頻率相同頻率相同 電源頻率和電感一定時(shí)，電壓有效值和電流有電源頻率和電感一定時(shí)，電壓有效值和電流有效值成正比。效值成正比。

7、電壓超前電流電壓超前電流9090 90iu相位差相位差90iu+-eL+-Lu uttu u i ii iO O（三）純電感電路（三）純電感電路1.1.電壓與電流的關(guān)系電壓與電流的關(guān)系 當(dāng)電感元件流過(guò)正弦電當(dāng)電感元件流過(guò)正弦電流時(shí)，電感元件兩端的電壓流時(shí)，電感元件兩端的電壓是正弦電壓。二者的關(guān)系為是正弦電壓。二者的關(guān)系為：LfLXL2IUXL 純電感交流電路中，電感電壓有效值和電純電感交流電路中，電感電壓有效值和電流有效值之比反映了電感元件對(duì)交流電流的阻流有效值之比反映了電感元件對(duì)交流電流的阻礙作用，叫做電感的電抗，簡(jiǎn)稱(chēng)感抗，用礙作用，叫做電感的電抗，簡(jiǎn)稱(chēng)感抗，用X XL L表表示。示。2 2

8、. .關(guān)于感抗關(guān)于感抗可以證明，感抗與電源頻率及自感成正比，即可以證明，感抗與電源頻率及自感成正比，即單位：歐姆（單位：歐姆（ ）LUXUILIIXULL或 電感電感L具有通直阻交的作用具有通直阻交的作用f = 0, XL =0，電感電感L視為視為短路短路fX XL LLfLXL2由由 可知可知 引入感抗后，電感元件電壓電流的有效值引入感抗后，電感元件電壓電流的有效值關(guān)系可表示為關(guān)系可表示為(1)(1)瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率p p3 3. .功率功率)90(sin2tuUtIisin2)90(sinsinmmttIUuiptUI2sintIUttIU2sin2cossinmmmm設(shè)設(shè)則則可見(jiàn)瞬時(shí)功率

9、的頻率是電壓或電流頻率的可見(jiàn)瞬時(shí)功率的頻率是電壓或電流頻率的2 2倍。倍。p 0瞬時(shí)功率的波形如下圖所示瞬時(shí)功率的波形如下圖所示+p 0p 0 電感電感L L是儲(chǔ)是儲(chǔ)能元件。能元件。tiuopto結(jié)論：結(jié)論： 純電感不消純電感不消耗能量，耗能量，只和只和電源進(jìn)行能量電源進(jìn)行能量交換（能量的交換（能量的吞吐吞吐) )。0P平均功率平均功率純電感不消耗能量，所以其平均功率為零。純電感不消耗能量，所以其平均功率為零。 電感元件和電源進(jìn)行能量交換的規(guī)?；蛩俾视秒姼性碗娫催M(jìn)行能量交換的規(guī)模或速率用無(wú)功功率無(wú)功功率Q Q表示，用表示，用瞬時(shí)功率的最大值表征，即瞬時(shí)功率的最大值表征，即LLXUXIIUQ

10、22單位：乏（單位：乏（var） 頻率相同頻率相同 電源頻率和電容一定時(shí)，電壓有效值和電流有電源頻率和電容一定時(shí)，電壓有效值和電流有效值成正比。效值成正比。 電壓滯后電流電壓滯后電流9090 90iu相位差相位差（四）純電容電路（四）純電容電路1.1.電壓與電流的關(guān)系電壓與電流的關(guān)系 當(dāng)給電容元件施加一個(gè)正弦當(dāng)給電容元件施加一個(gè)正弦電壓電壓時(shí)，流過(guò)電容支路的電流的是正弦電時(shí)，流過(guò)電容支路的電流的是正弦電流。二者的關(guān)系為：流。二者的關(guān)系為：uiC+_itu i90ufCCXL211IUXC 純電容交流電路中，電容電壓有效值和電純電容交流電路中，電容電壓有效值和電流有效值之比反映了電容元件對(duì)交流電

11、流的阻流有效值之比反映了電容元件對(duì)交流電流的阻礙作用，叫做電容的電抗，簡(jiǎn)稱(chēng)容抗，用礙作用，叫做電容的電抗，簡(jiǎn)稱(chēng)容抗，用X XC C表表示。示。2 2. .關(guān)于容抗關(guān)于容抗可以證明，容抗與電源頻率及電容成反比，即可以證明，容抗與電源頻率及電容成反比，即單位：歐姆（單位：歐姆（ ）CUXUICIIXUCC或電容具有阻直通交的作用電容具有阻直通交的作用f = 0, XC= ，電容電容C C視為視為開(kāi)路開(kāi)路fX XC CCfCXC211由由 可知可知 引入容抗后，電容元件電壓電流的有效值引入容抗后，電容元件電壓電流的有效值關(guān)系可表示為關(guān)系可表示為(1)(1)瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率p p3 3. .功率功率)

12、90(sin2tIitUusin2)90(sinsinmmttIUuiptUI2sintIUttIU2sin2cossinmmmm設(shè)設(shè)則則可見(jiàn)瞬時(shí)功率的頻率是電壓或電流頻率的可見(jiàn)瞬時(shí)功率的頻率是電壓或電流頻率的2 2倍。倍。p 0瞬時(shí)功率的波形如下圖所示瞬時(shí)功率的波形如下圖所示+p 0p XC時(shí)，阻抗角時(shí)，阻抗角 0，電壓超前電流。，電壓超前電流。容性電路容性電路當(dāng)當(dāng)XL XC時(shí)，阻抗角時(shí)，阻抗角 0，電壓滯后電流。，電壓滯后電流。阻性電路阻性電路當(dāng)當(dāng)XL = XC時(shí)，阻抗角時(shí)，阻抗角 =0，電壓與電流同相。，電壓與電流同相。3 3. .電壓與電流的關(guān)系電壓與電流的關(guān)系大小關(guān)系大小關(guān)系 RLC

13、 RLC串聯(lián)的交流電路中，總電壓的有效串聯(lián)的交流電路中，總電壓的有效值等于電流有效值乘以電路的阻抗，即：值等于電流有效值乘以電路的阻抗，即：IZU 關(guān)系關(guān)系 RLC RLC串聯(lián)的交流電路中，總電壓和總電串聯(lián)的交流電路中，總電壓和總電流之間的相位差由下式計(jì)算：流之間的相位差由下式計(jì)算：RXXtgCL14 4. .交流電路的功率交流電路的功率反映能量消耗的規(guī)模（或速率）。反映能量消耗的規(guī)模（或速率）。)(cosWUIP有功功率有功功率反映能量交換的規(guī)模（或速率）。反映能量交換的規(guī)模（或速率）。)(sinVarUIQ無(wú)功功率無(wú)功功率主要用來(lái)表示發(fā)電設(shè)備的容量。主要用來(lái)表示發(fā)電設(shè)備的容量。)(VAUI

14、S 視在功率視在功率PQS功率三角形功率三角形22QPSSP/cos功率因數(shù)功率因數(shù)5 5. .RLCRLC串聯(lián)電路的分析串聯(lián)電路的分析（六）功率因數(shù)的提（六）功率因數(shù)的提高高功率因數(shù)功率因數(shù)的大小表示電源功率被利用的程度。的大小表示電源功率被利用的程度。為此，我國(guó)電力行政法規(guī)中對(duì)用戶的功率因數(shù)為此，我國(guó)電力行政法規(guī)中對(duì)用戶的功率因數(shù)有明確的規(guī)定（有明確的規(guī)定（0.85以上）。以上）。1 1、功率因數(shù)低的危害、功率因數(shù)低的危害（1 1）電源設(shè)備的容量不能充分利用）電源設(shè)備的容量不能充分利用（2 2）增加輸電線路的功率損耗）增加輸電線路的功率損耗cosSPPScos一定時(shí)，cosUIP IUPc

15、os一定時(shí)，和給感性負(fù)載采用電容并聯(lián)補(bǔ)償。給感性負(fù)載采用電容并聯(lián)補(bǔ)償。2 2、用戶提高功率因數(shù)方法、用戶提高功率因數(shù)方法 可見(jiàn)并聯(lián)電容后，電路總電流減小了，并可見(jiàn)并聯(lián)電容后，電路總電流減小了，并且總電流和總電壓之間的夾角也減小了，從而且總電流和總電壓之間的夾角也減小了，從而功率因數(shù)提高了，但功率因數(shù)提高了，但電路的有功功率未變電路的有功功率未變。二二、三三相交流電路相交流電路（一）概述（一）概述1 1、三相交流電的特點(diǎn)、三相交流電的特點(diǎn) 發(fā)電方面：比單相電源可提高功率發(fā)電方面：比單相電源可提高功率5050； 輸電方面：比單相輸電節(jié)省鋼材輸電方面：比單相輸電節(jié)省鋼材2525； 配電方面：三相變壓

16、器比單相變壓器經(jīng)濟(jì)配電方面：三相變壓器比單相變壓器經(jīng)濟(jì)且便于接入負(fù)載；且便于接入負(fù)載； 用電設(shè)備：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行可靠、用電設(shè)備：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便。維護(hù)方便。2.2.對(duì)稱(chēng)三相電源的產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)三相電源的產(chǎn)生通常由三相同步發(fā)電通常由三相同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，三相繞組機(jī)產(chǎn)生，三相繞組在空間在空間互差互差120，當(dāng)轉(zhuǎn)子以均勻，當(dāng)轉(zhuǎn)子以均勻角速度角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在三相轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在三相繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而形成而形成對(duì)稱(chēng)三相電源對(duì)稱(chēng)三相電源。三相同步發(fā)電機(jī)示意圖三相同步發(fā)電機(jī)示意圖 三相電源是三個(gè)頻率相同、振幅相同、相位彼三相電源是三個(gè)頻率相同、振幅相同、相位彼此相差

17、此相差1200的正弦電源。的正弦電源。NSIAZBXCY下 頁(yè)上 頁(yè)返 回瞬時(shí)值表達(dá)式瞬時(shí)值表達(dá)式)120sin(2)()120sin(2)(sin2)(oCoBAtUtutUtutUtu波形圖波形圖A、B、C 三端稱(chēng)為始端，三端稱(chēng)為始端，X、Y、Z 三端稱(chēng)為末端。三端稱(chēng)為末端。u tuAuBuCoA+XuAB+YuBC+ZuC3.3.對(duì)稱(chēng)三相電壓的表示對(duì)稱(chēng)三相電壓的表示正序正序( (順序順序) )：ABCA負(fù)序負(fù)序( (逆序逆序) )：ACBA 如果不加說(shuō)明，一般都認(rèn)為是正相序。工程上如果不加說(shuō)明，一般都認(rèn)為是正相序。工程上通常用通常用黃黃、綠綠、紅紅分別表示分別表示A相相、B相相、C相相。

18、三相電源各相經(jīng)過(guò)同一值的先后順序。三相電源各相經(jīng)過(guò)同一值的先后順序。4.4.對(duì)稱(chēng)三相電源的相序?qū)ΨQ(chēng)三相電源的相序u tuAuBuCo（二）三相電源繞組的連接（二）三相電源繞組的連接1 1、三相電源的星形連接（、三相電源的星形連接（Y Y連接）連接）（1 1）連接方式）連接方式 X, Y, Z 接在一起的點(diǎn)稱(chēng)為接在一起的點(diǎn)稱(chēng)為Y聯(lián)接對(duì)稱(chēng)三相電聯(lián)接對(duì)稱(chēng)三相電源的中性點(diǎn)，用源的中性點(diǎn)，用N表示。表示。相線、火線、端線相線、火線、端線相線、火線、端線相線、火線、端線CuBuAXYCBZNAu相線、火線、端線相線、火線、端線中線、零線、地線中線、零線、地線（2 2）線電壓、相電壓及二者關(guān)系）線電壓、相電

19、壓及二者關(guān)系相電壓相電壓每相電源兩端的電壓，即相線與中線每相電源兩端的電壓，即相線與中線間電壓，有效值記為間電壓，有效值記為Up ，如：如：線電壓線電壓相線與相線間電壓，有效值記為相線與相線間電壓，有效值記為Ul ，如：如：CuBuANCBNAuABCuuu、和ABBCCAuuu、和ABuBCuCAuABUBUCUBUAUCAUBCU 3plUU Y Y連接時(shí)兩種電壓的關(guān)系連接時(shí)兩種電壓的關(guān)系相電壓對(duì)稱(chēng)時(shí)，線電壓也對(duì)稱(chēng)。相電壓對(duì)稱(chēng)時(shí)，線電壓也對(duì)稱(chēng)。相位上，線電壓超前對(duì)應(yīng)相電壓相位上，線電壓超前對(duì)應(yīng)相電壓3030o o。 ABABBCBCCACAuuuuuuuuu線電壓大小是相電壓的線電壓大小是

20、相電壓的 倍。倍。32 2、三相電源的三角形連接、三相電源的三角形連接(聯(lián)聯(lián)接接)連接方式連接方式形連接電源形連接電源只能只能提供一種電壓。提供一種電壓。PlUU + +YABCBuCuAu形電源回路總電壓形電源回路總電壓0ABCuuuu若若C相接反，回路總電壓相接反，回路總電壓()2ABCCuuuuu 必須正確連接！必須正確連接！ 回路回路總電壓總電壓若若不為零，通常發(fā)電機(jī)繞組阻抗很不為零，通常發(fā)電機(jī)繞組阻抗很小，因此會(huì)使電源回路產(chǎn)生很大電流，從而燒毀發(fā)小，因此會(huì)使電源回路產(chǎn)生很大電流，從而燒毀發(fā)電機(jī)。電機(jī)。三相電源很少接為三相電源很少接為三角三角形形。CBAZZZ 當(dāng)當(dāng)稱(chēng)三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載稱(chēng)三相

21、對(duì)稱(chēng)負(fù)載 三相電路的負(fù)載由三部分組成，其中每一部分三相電路的負(fù)載由三部分組成，其中每一部分稱(chēng)為一相負(fù)載，三相負(fù)載也有二種聯(lián)接方式。稱(chēng)為一相負(fù)載，三相負(fù)載也有二種聯(lián)接方式。（三）三相負(fù)載的連接（三）三相負(fù)載的連接1 1、三相負(fù)載的星形連接（、三相負(fù)載的星形連接（Y Y連接）連接）(1)(1)連接方式連接方式N為負(fù)載中性點(diǎn)為負(fù)載中性點(diǎn)ACBNZZZACNBZZZAUBU3lpUUU負(fù)載（2 2）Y Y連接負(fù)載的線電壓、相電壓連接負(fù)載的線電壓、相電壓相電壓相電壓每相負(fù)載兩端的電壓每相負(fù)載兩端的電壓線電壓線電壓相線與相線間電壓相線與相線間電壓 可見(jiàn)，三相負(fù)載星形連接可見(jiàn)，三相負(fù)載星形連接時(shí)，各相負(fù)載連

22、接于相線與中時(shí)，各相負(fù)載連接于相線與中線之間，故負(fù)載相電壓就等于線之間，故負(fù)載相電壓就等于電源相電壓。電源相電壓。CUACBNZZZplII（3 3）Y Y連接負(fù)載的線電流、相電流和中線電流連接負(fù)載的線電流、相電流和中線電流相電流相電流流過(guò)每相負(fù)載的電流。流過(guò)每相負(fù)載的電流。線電流線電流相線上流動(dòng)的電流，相線上流動(dòng)的電流，有效值用有效值用Il表示，如：表示，如： 可見(jiàn)，三相負(fù)載星形連接時(shí)，負(fù)載相電流就可見(jiàn)，三相負(fù)載星形連接時(shí)，負(fù)載相電流就等于線電流。等于線電流。ABCiii、 和AiBiCi中線電流中線電流中線上流動(dòng)的電流，中線上流動(dòng)的電流，用用iN表示。表示。Ni2 2、三相負(fù)載的三角形連接（、三相負(fù)載的三角形連接（連接）連接）（1 1）連接方式）連接方式（2 2）連接負(fù)載的線電壓、相電壓連接負(fù)載的線電壓、相電壓plUU 三相負(fù)載三