電工電子技術(shù)基礎(chǔ)（行業(yè)知識(shí)）

1、書(shū)名：電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ISBN： 978-7-111-38785-5作者：申鳳琴出版社：機(jī)械工業(yè)出版社本書(shū)配有電子課件電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件1陽(yáng)山書(shū)屋c第二章 正弦交流電路第一節(jié) 正弦量及其相量表示法第二節(jié) 純電阻電路第三節(jié) 純電感電路第四節(jié) 純電容電路第五節(jié) 簡(jiǎn)單交流電路第六節(jié) 對(duì)稱(chēng)三相交流電路返回主目錄電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件2陽(yáng)山書(shū)屋c第一節(jié) 正弦量及其相量表示法 在正弦交流電路中，由于電流或電壓的大小和方向都隨時(shí)間按正弦規(guī)律發(fā)生變化，因此，在所標(biāo)參考方向下的值也在正負(fù)交替。圖2-1a所示電路，交流電路的參考方向已經(jīng)標(biāo)出，其電流波形如圖2-1b所示

2、。 圖2-1電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件3陽(yáng)山書(shū)屋c一、正弦量的三要素 1.振幅值（最大值）正弦量在任一時(shí)刻的值稱(chēng)為瞬時(shí)值，用小寫(xiě)字母表示，如 、 , 分別表示電流及電壓的瞬時(shí)值。正弦量瞬時(shí)值中的最大值稱(chēng)為振幅值也叫最大值或峰值，用大寫(xiě)字母加下標(biāo)m表示，如Im、Um , 分別表示電流、電壓的振幅值。圖2-2所示波形分別表示兩個(gè)振幅不同的正弦交流電壓。圖2-2電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件4陽(yáng)山書(shū)屋c2.角頻率 角頻率是描述正弦量變化快慢的物理量。正弦量在單位時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的電角度，稱(chēng)為角頻率，用字母表示，即 式中， 的單位為弧度/秒（ ） 正弦量完成一次周期性變化所需要的時(shí)間，

3、稱(chēng)為正弦量的周期，用T表示，其單位是秒（S）。 正弦量在1秒鐘內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，稱(chēng)為正弦量的頻率，用f 表示。其單位是赫茲，（HZ）。（2-1）根據(jù)定義，周期和頻率的關(guān)系應(yīng)互為倒數(shù)，即電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件5陽(yáng)山書(shū)屋c3.初相 在正弦量的解析式中，角度（ ）稱(chēng)為正弦量的相位角，簡(jiǎn)稱(chēng)相位，它是一個(gè)隨時(shí)間變化的量，不僅確定正弦量的瞬時(shí)值的大小和方向，而且還能描述正弦量變化的趨勢(shì)。 初相是指t =0時(shí)的相位,用符號(hào)表示。正弦量的初相確定了正弦量在計(jì)時(shí)起點(diǎn)的瞬時(shí)值。計(jì)時(shí)起點(diǎn)不同，正弦量的初相不同，因此初相與計(jì)時(shí)起點(diǎn)的選擇有關(guān)。我們規(guī)定初相|不超過(guò)弧度，即-。圖2-3所示是不同初相

4、時(shí)的幾種正弦電流的波形圖。電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件6陽(yáng)山書(shū)屋c圖2-3電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件7陽(yáng)山書(shū)屋c 在選定參考方向下，已知正弦量的解析 式為 。試求正弦量的振幅、頻率、周期、角頻率和初相。例2-1解電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件8陽(yáng)山書(shū)屋c 已知一正弦電壓 ，頻率為工頻 ，試求 時(shí)的瞬時(shí)值。 當(dāng) 時(shí)，角頻率 當(dāng)時(shí)， 由于例2-2解電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件9陽(yáng)山書(shū)屋c二、相位差兩個(gè)同頻率正弦量的相位之差，稱(chēng)為相位差，用 表示。例如則兩個(gè)正弦量的相位差為： 上式表明，同頻率正弦量的相位差等于它們的初相之差，不隨時(shí)間改變，是個(gè)常量，與計(jì)時(shí)起點(diǎn)

5、的選擇無(wú)關(guān)。如圖2-4所示，相位差就是相鄰兩個(gè)零點(diǎn)（或正峰值）之間所間隔的電角度。規(guī)定其絕對(duì)值不超過(guò) 電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件10陽(yáng)山書(shū)屋c圖2-4電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版 ppt 課件11陽(yáng)山書(shū)屋c當(dāng) 即兩個(gè)同頻率正弦量的相位差為 ，稱(chēng)這兩個(gè)正弦量反相，波形如圖2-5b所示。 當(dāng) 即兩個(gè)同頻率正弦量的相位差為零，這兩個(gè)正弦量為同相，波形如圖2-5a所示。當(dāng)圖2-512陽(yáng)山書(shū)屋c 兩個(gè)同頻率正弦交流電流的波形如圖2-6所示，試寫(xiě)出它們的解析式，并計(jì)算二者之間的相位差 解析式 相位差比 超前 ，或 滯后 。圖2-6例2-3解13陽(yáng)山書(shū)屋c三、有效值 把一個(gè)交流電i與直流電I 分別通

6、過(guò)兩個(gè)相同的電阻，如果在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)直流電I 的數(shù)值就叫做交流電i 的有效值。直流電流通過(guò)電阻在交流一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量為 交流電流通過(guò)電阻，在一個(gè)周期內(nèi)所產(chǎn)生的熱量為 熱量相等，所以 14陽(yáng)山書(shū)屋c若交流電流為正弦交流 則 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。同理，正弦電壓的有效值為 人們常說(shuō)的交流電壓220V，380V指的就是有效值。15陽(yáng)山書(shū)屋c 有一電容器，耐壓為250V，問(wèn)能否接在民用電電壓為220V的電源上。 因?yàn)槊裼秒娛钦医涣麟?，電壓的最大值這個(gè)電壓超過(guò)了電容器的耐壓，可能擊穿電容器，所以不能接在220

7、V的電源上。例2-4解16陽(yáng)山書(shū)屋c四、正弦量的相量表示法一個(gè)正弦量可以表示為根據(jù)此正弦量的三要素，可以作一個(gè)復(fù)數(shù)讓它的模為 ，幅角為 ，即 上式j(luò)= , 為虛單位，這一復(fù)數(shù)的虛部為一正弦時(shí)間函數(shù)，正好是已知的正弦量，所以一個(gè)正弦量給定后，總可以作出一個(gè)復(fù)數(shù)使其虛部等于這個(gè)正弦量。因此我們就可以用一個(gè)復(fù)數(shù)表示一個(gè)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(wèn)題簡(jiǎn)化。 17陽(yáng)山書(shū)屋c由于正弦交流電路中的電壓，電流都是同頻率的正弦量，故角頻率這一共同擁有的要素在分析計(jì)算過(guò)程中可以略去，只在結(jié)果中補(bǔ)上即可。這樣在分析計(jì)算過(guò)程中，只需考慮最大值和初相兩個(gè)要素，故表

8、示正弦量的復(fù)數(shù)可簡(jiǎn)化成上式為正弦量的極坐標(biāo)式，我們就把這一復(fù)數(shù)稱(chēng)為相量，以“ ”表示，并習(xí)慣上把最大值換成有效值，即（2-5） 18陽(yáng)山書(shū)屋c 在表示相量的大寫(xiě)字母上打點(diǎn)“ ”是為了與一般的復(fù)數(shù)相區(qū)別，這就是正弦量的相量表示法。 需要強(qiáng)調(diào)的是，相量只表示正弦量，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(huà)在同一個(gè)復(fù)平面上。畫(huà)在同一個(gè)復(fù)平面上表示相量的圖稱(chēng)為相量圖。 19陽(yáng)山書(shū)屋c對(duì)應(yīng)關(guān)系不相等！相量與正弦量的關(guān)系20陽(yáng)山書(shū)屋c 已知正弦電壓、電流為 ， 寫(xiě)出 和 對(duì)應(yīng)的相量，并畫(huà)出相量圖。 的相量為 的相量為相量圖如圖2-7所示。圖2-7例2-5解21陽(yáng)山書(shū)屋c 寫(xiě)出下列相量對(duì)

9、應(yīng)的正弦量。 （1） （2） （1）（2）解例2-622陽(yáng)山書(shū)屋c 已知 試用相量計(jì)算 ，并畫(huà)相量圖。 正弦量 和 對(duì)應(yīng)的相量分別為它們的相量和為對(duì)應(yīng)的解析式 為相量圖如圖2-8所示。 例2-7解23陽(yáng)山書(shū)屋c圖2-824陽(yáng)山書(shū)屋c 如圖2-9為一個(gè)電阻元件的交流電路，在關(guān)聯(lián)參考方向下，根據(jù)歐姆定律，電壓和電流的關(guān)系為若 則得或兩正弦量對(duì)應(yīng)的相量為第二節(jié) 純電阻電路圖2-9一、電阻元件上電壓和電流的相量關(guān)系25陽(yáng)山書(shū)屋c兩相量的關(guān)系為即此式就是電阻元件上電壓與電流的相量關(guān)系式。（2-6） 由復(fù)數(shù)知識(shí)可知，式（2-6）包含著電壓與電流的有效值關(guān)系和相位關(guān)系，即 26陽(yáng)山書(shū)屋c通過(guò)以上分析可知，在

10、電阻元件的交流電路中1）電壓與電流是兩個(gè)同頻率的正弦量。2）電壓與電流的有效值關(guān)系為 。3）在關(guān)聯(lián)參考方向下，電阻上的電壓與電流同相位圖2-10a、b所示分別是電阻元件上電壓與電流的波形圖和相量圖。得27陽(yáng)山書(shū)屋c圖2-1028陽(yáng)山書(shū)屋c二、電阻元件上的功率 在交流電路中，電壓與電流瞬時(shí)值的乘積叫做瞬時(shí)功率，用小寫(xiě)的字母 表示，在關(guān)聯(lián)參考方向下 從式中可以看出 0，表明電阻元件總是消耗能量，是一個(gè)耗能元件。電阻元件上瞬時(shí)功率隨時(shí)間變化的波形如圖2-11所示。 正弦交流電路中電阻元件的瞬時(shí)功率29陽(yáng)山書(shū)屋c圖2-1130陽(yáng)山書(shū)屋c通常所說(shuō)的功率并不是瞬時(shí)功率，而是瞬時(shí)功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，稱(chēng)

11、為平均功率，簡(jiǎn)稱(chēng)功率，用大寫(xiě)字母 表示 ，則正弦交流電路中電阻元件的平均功率為即（2-8） 上式與直流電路功率的計(jì)算公式在形式上完全一樣，但這里的U和I是有效值， 是平均功率。31陽(yáng)山書(shū)屋c例2-8 一電阻（2）電阻消耗的功率（3）作相量圖 一電阻 ，兩端電壓 求:（1） 通過(guò)電阻的電流 和所以 （1）電壓相量 ，則 （2）或（3）相量圖如圖2-12所示例2-8解圖2-1232陽(yáng)山書(shū)屋c 額定電壓為220V，功率分別為100W和40W的電烙鐵，其電阻各是多少歐姆？ 100W電烙鐵的電阻40W電烙鐵的電阻 可見(jiàn)，電壓一定時(shí)，功率越大電阻越小，功率越小電阻越大 。解例2-933陽(yáng)山書(shū)屋c第三節(jié) 純

12、電感電路 電感元件即電感器一般是由骨架、繞組、鐵心和屏蔽罩等組成。它是一種能夠儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件，其在電路中的圖形符號(hào)如圖2-13所示。一、電感元件圖2-13 電感元件的電感量簡(jiǎn)稱(chēng)電感。電感的符號(hào)是大寫(xiě)字母L。其單位為亨利（簡(jiǎn)稱(chēng)亨），用符號(hào)H表示。實(shí)際應(yīng)用中常用毫亨（mH）和微亨（H）等。 34陽(yáng)山書(shū)屋c二、電壓與電流的相量關(guān)系 設(shè)電流 ,由上式得式中， 兩正弦量對(duì)應(yīng)的相量分別為 圖2-14所示電路是一個(gè)純電感的交流電路，選擇電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向，則電壓與電流的關(guān)系為圖2-1435陽(yáng)山書(shū)屋c兩相量的關(guān)系：即 （2-9） 上式就是電感元件上電壓與電流的相量關(guān)系式。 由復(fù)數(shù)知識(shí)可知，它包含著電

13、壓與電流的有效值關(guān)系和相位關(guān)系，即通過(guò)以上分析可知，在電感元件的交流電路中：1）電壓與電流是兩個(gè)同頻率的正弦量。2）電壓與電流的有效值關(guān)系為 。3）在關(guān)聯(lián)參考方向下，電壓的相位超前電流 圖2-15a、b分別為電感元件上電壓、電流的波形圖和相量圖36陽(yáng)山書(shū)屋c圖2-1537陽(yáng)山書(shū)屋c 把有效值關(guān)系式 與歐姆定律 相比較，可以看出， 具有電阻 的單位歐姆，也同樣具有阻礙電流的物理特性，故稱(chēng) 為感抗。 （2-10） 當(dāng)電感兩端的電壓 及電感 一定時(shí)，通過(guò)的電流 及感抗 隨頻率 變化的關(guān)系曲線如圖2-16所示。 圖2-1638陽(yáng)山書(shū)屋c三、電感元件的功率 在電壓與電流參考方向一致時(shí)，電感元件的瞬時(shí)功率

14、為 上式說(shuō)明，電感元件的瞬時(shí)功率也是隨時(shí)間變化的正弦函數(shù)，其頻率為電源頻率的兩倍，振幅為 ,波形圖如圖2-17所示 圖2-1739陽(yáng)山書(shū)屋c電感元件的平均功率為 上式表明：電感是儲(chǔ)能元件,它在吸收和釋放能量的過(guò)程中并不消耗能量。 為了描述電感與外電路之間能量交換的規(guī)模,引入瞬時(shí)功率的最大值,并稱(chēng)之為無(wú)功功率,用 表示,即 （2-11） 也具有功率的單位,但為了和有功功率區(qū)別,把無(wú)功功率的單位定義為乏（ ）應(yīng)該注意: 無(wú)功功率 反映了電感與外電路之間能量交換的規(guī)模,“無(wú)功”不能理解為“無(wú)用”,這里“無(wú)功”二字的實(shí)際含義是交換而不消耗.以后學(xué)習(xí)變壓器,電動(dòng)機(jī)的工作原理時(shí)就會(huì)知道,沒(méi)有無(wú)功功率,它們

15、無(wú)法工作。 40陽(yáng)山書(shū)屋c 在電壓為220V，頻率為50Hz的電源上，接入電感 的線圈（電阻不計(jì)），試求：1）線圈的感抗 。2）線圈中的電流 。3）線圈的無(wú)功功率 。4）若線圈接在 的信號(hào)源上，感抗為多少？ (1) (2) (3) (4) 例2-10 解41陽(yáng)山書(shū)屋c 的電感元件，在關(guān)聯(lián)參考方向下，設(shè)通過(guò)的電流 ，兩端的電壓 ，求感抗及電源頻率。 根據(jù)有效值關(guān)系式可得感抗電源頻率例2-11 解42陽(yáng)山書(shū)屋c第四節(jié) 純電容電路一、電容元件 電容元件即電容器是由兩個(gè)導(dǎo)體中間隔以介質(zhì)（絕緣物質(zhì)）組成。此導(dǎo)體稱(chēng)為電容器的極板。電容器加上電源后，極板上分別聚集起等量異號(hào)的電荷。帶正電荷的極板稱(chēng)為正極板，

16、帶負(fù)電荷的極板稱(chēng)為負(fù)極板。此時(shí)在介質(zhì)中建立了電場(chǎng)，并儲(chǔ)存了電場(chǎng)能量。當(dāng)電源斷開(kāi)后，電荷在一段時(shí)間內(nèi)仍聚集在極板上。所以，電容器是一種能夠儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件。電容元件在電路中的圖形符號(hào)如圖2-18所示。 圖2-1843陽(yáng)山書(shū)屋c二、電壓與電流的相量關(guān)系 圖2-19所示為一個(gè)純電容的交流電路，選擇電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向，設(shè)電容元件兩端電壓為正弦電壓則電路中的電流，根據(jù)公式 得式中，即44陽(yáng)山書(shū)屋c圖2-1945陽(yáng)山書(shū)屋c上述兩正弦量對(duì)應(yīng)的相量分別為上式就是電容元件上電壓與電流的相量關(guān)系式。它們的關(guān)系為即（2-12）46陽(yáng)山書(shū)屋c 由復(fù)數(shù)知識(shí)可知，它包含著電壓與電流的有效值關(guān)系和相位關(guān)系，即通過(guò)以上分析可以得出，在電容元件的交流電路中 1）電壓與電流是兩個(gè)同頻率的正弦量。2）電壓與電流的有效值關(guān)系為 。3）在關(guān)聯(lián)參考方向下，電壓滯后電流 圖2-20 a、b所示分別為電容元件兩端電壓與電流的波形圖和相量圖。47陽(yáng)山書(shū)屋c圖2-2048陽(yáng)山書(shū)屋c 由有效值關(guān)系式可知， 具有同電阻一樣的單位歐姆，也具有阻礙電流通過(guò)的物理特性，故稱(chēng) 為容抗。 （2-13）容抗 與電容 、頻率 成反比。當(dāng)電容一定時(shí)，頻率越高，容抗越小。因此，電容對(duì)高頻電流的阻礙作用小，對(duì)低頻電流的阻