電工實(shí)訓(xùn)單元4-單相正弦交流電課件

1、第四章 單相正弦交流電單相正弦交流電串聯(lián)電路單一RLC參數(shù)交流電路諧振電能計(jì)量與節(jié)能實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目學(xué) 習(xí) 內(nèi) 容單相正弦交流電觀察與思考直流電與交流電的區(qū)別是什么？日常生活中哪些用電器使用交流電？又有哪些使用直流電？你還記得直流電路的哪些知識(shí)？正弦交流電的產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)：提供電能e = Emsint 正弦交流電壓u = Umsint 正弦交流電流 i = Imsint 振蕩器可產(chǎn)生各種交流信號(hào) 正弦交流電的三要素一、有效值、最大值正弦交流電壓u = Umsint 正弦交流電流 i = Imsint 電動(dòng)勢(shì) e = Emsinti、u、e分別表示電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值。Im、Um和Em分別表示電流

2、、電壓和電動(dòng)勢(shì)的最大值。 有效值正弦交流電的三要素二、周期、頻率和角頻率1、周期T：?jiǎn)挝皇敲耄╯） 正弦交流電作周期性變化一次所需的時(shí)間 2、頻率f：?jiǎn)挝皇呛掌潱℉z）每秒內(nèi)變化的次數(shù) 3、角頻率：?jiǎn)挝皇腔《让耄╮ads）正弦交流電每秒內(nèi)變化的電角度 三者關(guān)系：f=1/T 或 T=1/f =2f =2 /T 2f 角頻率反映了正弦量的變化快慢 正弦交流電的三要素三、相位、初相位和相位差相位： 初相位：相位差：12 如圖e1的波形超前e2波形一定的相位差角也可說(shuō)e2 的波形滯后e1波形一定的相位差角= 初相位反映了正弦量的起始位置 同相與反相a)二者的初相位相等，則稱它們同相位或同相。b)一個(gè)交

3、流電達(dá)到正的最大值時(shí)，另一個(gè)交流電同時(shí)達(dá)到負(fù)的最大值，則稱它們反相位，簡(jiǎn)稱反相。 同相：相位差為0； 反相：相位差為。正弦交流電的表示方法一、解析表示法根據(jù)解析式可以計(jì)算交流電任意瞬時(shí)的數(shù)值 正弦交流電的表示方法二、波形表示法波形圖中可以直觀反映出交流電的最大值、周期和初相位。 正弦交流電的表示方法三、旋轉(zhuǎn)矢量表示法特別注意: 相量只表示正弦量，而不等于正弦量。非正弦周期量不能用相量表示。 例題 例：已知兩正弦電動(dòng)勢(shì)分別為 和求：（1）各電動(dòng)勢(shì)的最大值和有效值； （2）頻率、周期； （3）相位、初相位、相位差； （4）波形圖。解（1）最大值有效值（2） 頻 率周 期例題（3）相 位初相位相位差

4、（4）波形圖單一RLC參數(shù)交流電路觀察與思考 帶電能表多孔插座上,單獨(dú)插入電水壺電表讀數(shù)累計(jì)增加明顯且均勻；單獨(dú)插入控制變壓器電表讀數(shù)累計(jì)增加非常緩慢；單獨(dú)插入電容電表幾乎不增加讀數(shù)。 神奇現(xiàn)象 當(dāng)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速較慢時(shí)，電工師傅在風(fēng)扇上并接一個(gè)電容后轉(zhuǎn)速很快升高了；當(dāng)你的學(xué)習(xí)機(jī)噪音變得比較大時(shí)，維修工打開(kāi)電源變換器并接一個(gè)電容后噪音明顯減少。 神奇現(xiàn)象純電阻電路一、電壓和電流關(guān)系 在純電阻電路中：通過(guò)電阻的電流和加在電阻兩端的電壓具有相同的頻率和相位，且電流與電壓的有效值滿足歐姆定律 即：a） 電路圖 b）電壓電流波形圖 c）相量圖 d）功率曲線純電阻電路 二、功 率有功功率P（即平均功率）：瞬時(shí)

5、功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值公式：P有功功率，單位為W或kW U、I均為正弦電壓、電流的有效值，單位分別為V和A 電阻電路中消耗的電能量為W電能，單位為J或kWh（即1度電）。 公式：純電阻電路例題：一單相220V、1000W的電爐，接在50Hz、220V的交流電源上，試求電爐的電阻、電流和使用8h消耗的電能是多少度?解：電爐的電阻 ：R=U2/P=2202/1000=48.4() 電爐的電流 ：I=P/U=1000/220=4.55(A) 消耗的電能 ：W=Pt=10008=8(kWh) 純電阻電路三、典型應(yīng)用電爐電路 當(dāng)開(kāi)關(guān)置于低檔時(shí)，500W電熱絲接入電路；當(dāng)開(kāi)關(guān)置于中檔時(shí)，1000W電熱絲

6、接入電路； 當(dāng)開(kāi)關(guān)置于高檔時(shí)，500W和1000W電熱絲同時(shí)并聯(lián)接入電路，此時(shí)功率最大。純電容電路一、電壓和電流的關(guān)系 在純電容電路中，電流與電壓成正比 Xc容抗，單位為 容抗Xc不僅跟電容C的大小有關(guān)，還跟電源頻率有關(guān) 純電容電路在純電容電路中電流比電壓超前/2 電流電壓波形及相量圖 a）電路圖 b）電壓、電流波形圖 c）相量圖 d）功率曲線純電容電路二、功 率瞬時(shí)功率有功功率無(wú)功功率無(wú)功功率，單位為var 例題：將一個(gè)2F的電容器接在220V、50Hz的正弦交流電源上，試求通過(guò)電容器的電流I、有功功率P和無(wú)功功率QC為多少？（提示：先計(jì)算出容抗XC的值，然后分別套用I、P和Q的公式求解）

7、純電容電路三、典型應(yīng)用 用于前后級(jí)放大電路之間的耦合，簡(jiǎn)稱“隔直通交”如各種音視頻設(shè)備的信號(hào)傳輸?shù)?用于單相電機(jī)的90o移相，如吊扇、雙筒洗衣機(jī)電機(jī)等 純電容電路三、典型應(yīng)用 電子技術(shù)中用于電源的濾波，如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等設(shè)備開(kāi)關(guān)電源的整流輸出等 應(yīng)用于音頻技術(shù)中，如中、高檔音響的分頻器等 純電感電路一、電壓和電流關(guān)系Isint eL=-u =-Usin(t+90) 通過(guò)線圈的電流與電源電壓、自感電動(dòng)勢(shì)具有相同的頻率。但是它們的相位不同，電流滯后電壓90 U =XLI=LI=2fLIXL-感抗，單位 XL=L=2fL純電感電路二、功 率瞬時(shí)功率： p=ui=2UIsin（t+90）sint=UI

8、sin2t 有功功率： P=0 無(wú)功功率：瞬時(shí)功率為正值時(shí)說(shuō)明電感從電源吸收能量，轉(zhuǎn)換為磁場(chǎng)能儲(chǔ)存起來(lái)；瞬時(shí)值為負(fù)值說(shuō)明電感又將磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能返還給電源。通常用瞬時(shí)功率的最大值來(lái)衡量電感與電源之間能量轉(zhuǎn)換的規(guī)模 純電感電路例題：正弦交流電源電壓U=220V，f=50Hz，接上電感線圈的電感L=0.05H，電阻可忽略不計(jì)。試求通過(guò)線圈中的電流I、有功功率P和無(wú)功功率 為多少？解： XL =L=2fL=2500.0515.71() I=U / XL=220/15.7114.0(A) P=0 QL=UI=22014=3080(var) 串聯(lián)電路思考：為什么？RL串聯(lián)電路一、電流和電壓的關(guān)系總電壓和

9、電阻、電感元件上分壓關(guān)系： 總電流滯后總電壓一個(gè)角 RL串聯(lián)電路二、功率關(guān)系或有功功率無(wú)功功率視在功率 在RL串聯(lián)的交流電路中，電阻消耗有功功率，電感與電源交換無(wú)功功率。即RL串聯(lián)的交流電路既消耗有功功率又占有電源功率。將電源對(duì)此電路表現(xiàn)出的功率稱為視在功率，它等于電流、電壓有效值之乘積，用S表示，單位為VA或kVA。 RL串聯(lián)電路例題：一個(gè)電感線圈，L=25.5mH，電阻R=6，接于電壓220V的交流電源上，求電路中的電流I、有功功率、無(wú)功功率和視在功率。解：感抗阻抗根據(jù)歐姆定律有功功率無(wú)功功率視在功率RL串聯(lián)電路三、典型應(yīng)用熒光燈電路工作原理是：閉合開(kāi)關(guān)S，啟輝電壓加在啟輝器動(dòng)、靜觸片之間

10、產(chǎn)生輝光放電，U形雙金屬片受熱膨脹，與靜觸片接觸，電流流過(guò)燈絲預(yù)熱。由于動(dòng)、靜觸片的接觸，輝光放電停止，U形雙金屬片冷卻而收縮，動(dòng)、靜觸片突然斷開(kāi)，在鎮(zhèn)流器的線圈上產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)與電源電壓疊加后加在燈管的兩端，使燈管內(nèi)的惰性氣體與水銀蒸氣電離產(chǎn)生輝光放電而導(dǎo)通。 RLC串聯(lián)電路一、電流和電壓的關(guān)系用相量表示RLC串聯(lián)電路端電壓、電流的相位關(guān)系 （1）當(dāng) 時(shí)（2）當(dāng) 時(shí)（3）當(dāng) 時(shí)RLC串聯(lián)電路二、RLC串聯(lián)電路阻抗之間的關(guān)系電壓三角形 阻抗三角形 叫做阻抗角，也是端電壓和電流的相位差 RLC串聯(lián)電路根據(jù)阻抗三角形分析電路的性質(zhì)是電阻性、電感性還是電容性 RLC串聯(lián)電路三、功率關(guān)系（1）有

11、功功率 因?yàn)槎詂os稱為功率因數(shù) （2）無(wú)功功率（3）視在功率RLC串聯(lián)電路例題：在電阻、電感和電容串聯(lián)電路中，電路中電流為6A，電阻上電壓為80V，電容上電壓為180V ,電感上電壓為240V。電源頻率為50Hz。 試求：（1）電源電壓有效值U； （2）電路參數(shù) R、L和C； （3）電流與電壓的相位差。解：（1）（2）（3）諧振思考：（1）你知道收音機(jī)是如何接收到各地電臺(tái)所發(fā)射出的無(wú)線電波的嗎？（2）在一些電子產(chǎn)品或電力工程中，電源電壓本身并不高，卻經(jīng)常發(fā)現(xiàn)電容器被意外高壓擊穿的情況，這些高壓又來(lái)自哪里？如何有效避免？ RLC串聯(lián)電路的諧振一、串聯(lián)諧振條件在R、L、C元件串聯(lián)電路中，當(dāng)X

12、LXC時(shí)，總電壓與電流同相位，此時(shí)電路呈電阻性質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為諧振。 諧振角頻率和諧振頻率，用 、 注：（1）f0通常又稱為電路的固有頻率。 （2）電路發(fā)生串聯(lián)諧振的條件是電源頻率f與電路固有頻率f0相等。 RLC串聯(lián)電路的諧振二、串聯(lián)諧振特點(diǎn)（1）諧振時(shí)電路的阻抗最小，且等效為純電阻，故又稱諧振阻抗 （2）外加電壓一定時(shí)，諧振時(shí)電路電流最大，稱為諧振電流，且電壓與電流同相 （3）諧振時(shí)，電感上電壓與電容上電壓大小相等，相位相反。（4）諧振時(shí)，無(wú)功功率為零，電源供給的能量?jī)H為電阻消耗的能量。 RLC串聯(lián)電路的諧振諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q （1）Q值越大，電路的選頻作用越好，但Q值過(guò)大，則會(huì)造成電路

13、波形失真。（2）電路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，電感、電容上的電壓將比總電壓高很多倍，所以串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。 RLC串聯(lián)電路的諧振三、通頻帶一般規(guī)定，在輸入信號(hào)不變的情況下，回路中電流下降到不小于諧振電流的0.707倍的一段頻率范圍（如圖所示的fHfL），稱為諧振電路的通頻帶，簡(jiǎn)稱帶寬BW RLC串聯(lián)電路的諧振四、典型應(yīng)用等效收音機(jī)的調(diào)諧電路 LC并聯(lián)電路諧振一、并聯(lián)諧振條件在L、C元件組成的并聯(lián)電路中，回路端電壓與總電流同相且回路阻抗為純電阻，電路的這種狀態(tài)叫諧振狀態(tài)。 并聯(lián)諧振的頻率 ：LC并聯(lián)電路諧振二、并聯(lián)諧振特點(diǎn)1）諧振時(shí)電路的阻抗最大，為2）諧振時(shí)電路總電流最小。線圈支路、電容支路的電流

14、可 以比總電流大很多倍，所以并聯(lián)諧振又稱為電流諧振3）諧振時(shí)電路總的無(wú)功功率為零。LC并聯(lián)電路諧振三、典型應(yīng)用中頻選頻電路 電能計(jì)量與節(jié)能 對(duì)同樣大小的負(fù)荷而言，采樣并聯(lián)補(bǔ)償電容后所繳納的電費(fèi)比補(bǔ)償前要少得多。這是為什么？ 神奇現(xiàn)象：電能計(jì)量一、電能電能是表示電流在一定時(shí)間內(nèi)做功多少的物理量，也可簡(jiǎn)單地理解為1kW的用電器在額定電壓下連續(xù)工作1h 消耗電能為1kWh。 1kWh=3.6106J二、用電計(jì)量電能計(jì)量裝置包括各種類型電能表、計(jì)量用電壓、電流互感器及其二次回路、電能計(jì)量柜(箱)等 電能計(jì)量三、電能表及其接線DD862感應(yīng)式電能表 DDS607單相電子式電能表 單相電能表接線 電能計(jì)量 例：電工抄表記錄某住宅的電能表在6月底的示數(shù)為“33225” ，7月底的示數(shù)為“33626”。那么該住宅7月份共用電多少度，若每度電按照0.5元計(jì)價(jià)，則該用戶應(yīng)付費(fèi)多少？ 解：該用戶7月份