電路第3章-(1)-正弦交流電路課件

1、第三章 正弦交流電的基本概念 及正弦交流電路的分析學(xué)習(xí)目的：1、 掌握正弦交流電的基本概念、三要素及三種表示法。2、掌握純電阻電路、純電感電路、純電容電路、RL串聯(lián)電路、RC串聯(lián)電路電壓和電流的大小與相位關(guān)系、相量圖。學(xué)習(xí)目的：3、了解功率因數(shù)概念及提高功率因數(shù)的方法。4、了解串聯(lián)諧振的定義、條件及特點(diǎn)。5、掌握三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)、三角形聯(lián)結(jié)的特點(diǎn)及相、線電壓的關(guān)系；相、線電流的關(guān)系。6、掌握中線的作用。第三章 正弦交流電路及安全用電 正弦量的基本概念 3.1單一參數(shù)的正弦交流電路 3.2三相交流電3.3第一節(jié) 正弦交流電的基本物理量 大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電壓與電流，稱為正弦交流電，

2、即平時(shí)所說的單相交流電，其文字符號(hào)用字母“AC”表示，圖形符號(hào)用“”表示，如圖6.5（a）所示。大小和方向隨時(shí)間不按正弦規(guī)律變化的電壓與電流，稱為非正弦交流電，常見的有矩形波、三角波等，如圖6.5（b）、（c）所示。正弦量的基本概念 正弦量的三要素 以正弦電壓為例，其一般表達(dá)式（或稱為解析式）為1.最大值Um2.角頻率 3.初相位和相位差一、交流電變化的范圍1最大值 正弦交流電的大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，正弦交流電在一個(gè)周期內(nèi)所能達(dá)到的最大數(shù)值，可以用來表示正弦交流電變化的范圍，稱為交流電的最大值，又稱振幅、幅值或峰值，Im、Um、Em 。2有效值I、U、E正弦交流電的最大值與有效值的關(guān)

3、系為3平均值 交流電壓或電流在半個(gè)周期內(nèi)所有瞬時(shí)值的平均數(shù)，稱為該交流電壓或電流的平均值。二、交流電變化的快慢1周期 正弦交流電完成一次周期性變化所需要的時(shí)間，稱為正弦交流電的周期，通常用字母T 表示，國(guó)際單位是秒，符號(hào)為s。2頻率 正弦交流電在1s 內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，稱為正弦交流電的頻率，通常用f 表示，國(guó)際單位是赫茲，符號(hào)為Hz。3角頻率 正弦交流電在1s 內(nèi)變化的電角度，稱為正弦交流電的角頻率，用字母 表示，單位是弧度/ 秒，符號(hào)為rad/s。 角頻率與周期、頻率之間的關(guān)系為三、交流電變化的起點(diǎn)1相位與初相位 決定了正弦交流電的變化趨勢(shì)，是正弦交流電隨時(shí)間變化的核心部分，稱為正弦交

4、流電的相位，也稱相角。 t = 0 時(shí)的相位，稱為初相位，簡(jiǎn)稱初相，用字母 表示。初相位反映的是正弦交流電的計(jì)時(shí)起點(diǎn)。初相位 的變化范圍一般為- 。2相位差與相位關(guān)系 兩個(gè)交流電的相位之差稱為正弦交流電的相位差，用 表示。 規(guī)定相位差的范圍一般為- 。 如圖（a）所示，當(dāng) 0 時(shí)，稱為u1 超前u2，或者說u2 滯后u1 ；如圖6.8（b）所示，當(dāng) 0 時(shí)，稱為u1 滯后u2，或者說u2 超前u1。 當(dāng) 0 時(shí)，稱為兩個(gè)交流電同相，即兩個(gè)同頻率交流電的相位相同，如圖（a）所示；當(dāng) 時(shí)，稱為兩個(gè)交流電反相，即兩個(gè)同頻率交流電的相位相反，如圖（b）所示；當(dāng) 時(shí)，稱為兩個(gè)交流電正交，如圖（c）所示。

5、第二節(jié) 單一元件交流電路一、純電阻電路二、純電感電路三、純電容電路一、純電阻電路純電阻電路是只有電阻負(fù)載的交流電路，如圖6.19 所示。1電流與電壓的關(guān)系設(shè)加在電阻R 兩端的交流電壓為uR = URmsint純電阻交流電路的電流與電壓的數(shù)量關(guān)系為 純電阻交流電路的電流與電壓的最大值（或有效值）符合歐姆定律。 純電阻交流電路的電流與電壓的相位關(guān)系為純電阻交流電路的電流與電壓同相。 因此，純電阻交流電路的電流瞬時(shí)值表達(dá)式為i = Imsin t 純電阻交流電路的電流與電壓的矢量圖如圖（a）所示，波形圖如圖（b）所示。2電路的功率 在純電阻交流電路中，電流、電壓都是隨時(shí)間變化的。電壓瞬時(shí)值u 和電流

6、瞬時(shí)值i 的乘積稱為瞬時(shí)功率，用小寫字母p 表示，即p = ui 有功功率，也稱平均功率，是瞬時(shí)功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，用大寫字母P 表示，國(guó)際單位是瓦特（W）。 純電阻交流電路的有功功率為P = URI 純電阻交流電路的有功功率還可以表示為二、純電感電路 純電感電路是只有空心線圈的負(fù)載，而且線圈的電阻和分布電容均忽略不計(jì)的交流電路，如圖 所示。1感抗 線圈對(duì)交流電的阻礙作用稱為電感電抗，簡(jiǎn)稱感抗，用符號(hào)XL 表示，單位是歐姆。 感抗的大小與電源頻率成正比，與線圈的電感成正比2電流與電壓的關(guān)系 設(shè)加在電感L 兩端的交流電壓為uL = ULmsin t 純電感交流電路的電流與電壓的數(shù)量關(guān)系為

7、純電感交流電路的電流與電壓的最大值（或有效值）符合歐姆定律。 純電感交流電路的電流與電壓的相位關(guān)系為純電感交流電路兩端的電壓超前電流 ，或者說電流滯后電壓 。 純電感交流電路的電流瞬時(shí)值表達(dá)式為 純電感交流電路的電流與電壓的矢量圖如圖（a）所示，波形圖如圖（b）所示。3電路的功率純電感交流電路的瞬時(shí)功率為 瞬時(shí)功率的平均值為零，即純電感交流電路的有功功率為零，表示電感元件不消耗功率。 為反映純電感交流電路中能量轉(zhuǎn)換的多少，單位時(shí)間內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的最大值（即瞬時(shí)功率的最大值），稱為無功功率，用符號(hào)QL 表示，單位是乏，符號(hào)為var。QL = UL I 無功功率還可以表示為三、純電容電路 純電容電路是

8、只有電容器的負(fù)載，而且電容器的漏電電阻和分布電感均忽略不計(jì)的交流電路，如圖所示。1容抗 電容器對(duì)交流電的阻礙作用稱為電容電抗，簡(jiǎn)稱容抗，用符號(hào)XC 表示，單位是歐姆。 容抗的大小與電源頻率成反比，與電容器的電容成反比2電流與電壓的關(guān)系 設(shè)加在C 兩端的交流電壓為uC=UCmsint 純電容交流電路的電流與電壓的數(shù)量關(guān)系為 純電容交流電路的電流與電壓的最大值（或有效值）符合歐姆定律。 純電容交流電路的電流與電壓的相位關(guān)系為純電容交流電路兩端的電壓滯后電流 ，或者說電流超前電壓 。 純電容交流電路的電流瞬時(shí)值表達(dá)式為 純電容交流電路的電流與電壓的矢量圖如圖（a）所示，波形圖如圖（b）所示。3電路的

9、功率 純電容交流電路的瞬時(shí)功率為 瞬時(shí)功率的平均值為零，即純電容交流電路的有功功率為零，表示電容器不消耗功率。 電容器雖然不消耗功率，但與電源之間不斷進(jìn)行能量交換，即電容器的充電和放電。純電容交流電路的無功功率為QC = UC I第三節(jié) 三相交流電一、三相交流電的基本概念二、三相交流電的相序三、三相交流電源四、三相負(fù)載的接法五、用電保護(hù)一、三相交流電的基本概念三相交流電是通過三相交流發(fā)電機(jī)獲得，如圖（a）所示。 最大值相等、頻率相同、相位互差120的3 個(gè)正弦電動(dòng)勢(shì)，稱為三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)。如果以eU 為參考正弦量，那么各相電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為二、三相交流電的相序 三相對(duì)稱電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間按正弦規(guī)律

10、變化，它們到達(dá)最大值（或零值）的先后次序，叫做相序。3 個(gè)電動(dòng)勢(shì)按順時(shí)針方向的次序到達(dá)最大值（或零值），即按U-V-W-U 的順序，稱為正序或順序；若按逆時(shí)針方向的次序到達(dá)最大值（或零值），即按U-W-V-U 的順序，稱為負(fù)序或逆序。三、三相交流電源 將三相發(fā)電機(jī)繞組的3 個(gè)末端U2、V2、W2 連接成公共點(diǎn)，3 個(gè)首端U1、V1、W1 分別與負(fù)載連接，如圖7.7 所示，這種連接方式稱為星形聯(lián)結(jié)，用符號(hào)“Y”表示。3 個(gè)末端U2、V2、W2 連接成的公共點(diǎn)稱為中性點(diǎn)（中點(diǎn)）或零點(diǎn)，用符號(hào)“N”表示，從中點(diǎn)引出的導(dǎo)線稱為中性線（中線）或零線，一般用黑色線或白色線；從三相繞組首端引出的3 根導(dǎo)線稱

11、為相線或火線，分別用符號(hào)“U、V、W”表示，用黃、綠、紅3 種顏色區(qū)分。這種由3 根相線和1 根中線組成的供電系統(tǒng)稱為三相四線制供電系統(tǒng)，用符號(hào)“Y0”表示，通常在低壓配電系統(tǒng)中采用；在高壓輸電系統(tǒng)中，通常采用只由3 根相線組成的三相三線制供電系統(tǒng)，用符號(hào)“Y”表示。 三相四線制供電系統(tǒng)可輸送兩種電壓，即相電壓和線電壓。 相電壓是相線與中線之間的電壓，分別用符號(hào)“UU、UV、UW”表示U、V、W 各相電壓的有效值，通用符號(hào)用“UP”表示。 線電壓是指相線與相線之間的電壓，分別用符號(hào)“UUV、UVW、UWV”表示UV、VW、WV 之間的電壓有效值，通用符號(hào)用“UL”表示。線電壓與相電壓之間的關(guān)系

12、為線電壓UUV 與相電壓UU 之間的數(shù)量關(guān)系為線電壓與相電壓的相位關(guān)系為線電壓超前相應(yīng)的相電壓30。四、三相負(fù)載的接法1、三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)2、三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)3、 三相交流電路的功率一、三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)1聯(lián)結(jié)方式 將各相負(fù)載的末端U2、V2、W2 連在一起接到三相電源的中線上，把各相負(fù)載的首端U1、V1、W1 分別接到三相交流電源的3 根相線上，這種連接方式稱為三相負(fù)載有中線的星形聯(lián)結(jié)法，用符號(hào)Y0 表示。如圖（a）所示為三相負(fù)載有中線的星形聯(lián)結(jié)的原理圖，如圖（b）所示為其實(shí)際電路圖。2電路特點(diǎn) 流過每根相線的電流稱為線電流，分別用IU、IV、IW 表示U、V、W 各線電流的有效值，通

13、用符號(hào)用IYL 表示；流過每一相負(fù)載的電流稱為相電流，分別用Iu、Iv、Iw 表示U、V、W 各相電流的有效值，通用符號(hào)用IYP 表示；流過中線的電流稱為中線電流，用IN 表示。各相電流的相位差仍是120。三相負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)時(shí)，線電流等于相電流，即IYL IYP中線電流與相電流的之間的關(guān)系為二、三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)1聯(lián)結(jié)方式 將三相負(fù)載分別接到三相電源的兩根相線之間，這種連接方式稱為三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)法，用符號(hào)“”表示。如圖（a）所示為三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的原理圖，圖（b）所示為其實(shí)際電路圖。對(duì)稱三相負(fù)載作星形聯(lián)結(jié)時(shí)，中線電流等于零，即IN=02電路特點(diǎn)負(fù)載的線電壓與負(fù)載的相電壓的關(guān)系為UL

14、= U P線電流與相電流之間的關(guān)系為線電流Iu 與相電流Iu 之間的數(shù)量關(guān)系為比一比 在同一對(duì)稱三相電源作用下，同一對(duì)稱負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)的相電壓、相電流是作星形聯(lián)結(jié)時(shí)的相電壓、相電流的 倍，同一對(duì)稱負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)的線電流是作星形聯(lián)結(jié)時(shí)的線電流的3 倍。三、 三相交流電路的功率在三相交流電路中，三相負(fù)載消耗的總功率等于各相負(fù)載消耗的功率之和在對(duì)稱三相電路中，各相電壓是對(duì)稱的，各相負(fù)載是對(duì)稱的。因此，在對(duì)稱三相電路中，三相對(duì)稱負(fù)載消耗的總功率為三相對(duì)稱負(fù)載不論作星形聯(lián)結(jié)還是作三角形聯(lián)結(jié)，對(duì)稱三相電路的總有功功率為五、用電保護(hù)一、接地裝置二、用電保護(hù)措施一、接地裝置1.“地”的概念 “地”是指電氣

15、上的“地”，即指如圖 所示的距接地點(diǎn)20 m 以外地方的電位（該處的電位已接近零）。2. 接地的作用與種類 接地的主要作用是保證人身和設(shè)備的安全。若按接地的目的及工作原理來分，有保護(hù)接地、保護(hù)接零、工作接地和重復(fù)接地4 種。（1）保護(hù)接地。保護(hù)接地就是將正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電氣設(shè)備金屬部分（即與帶電部分相絕緣的金屬結(jié)構(gòu)部分）用導(dǎo)線與接地體可靠連接的一種保護(hù)接線方式，如圖所示。（2）保護(hù)接零。保護(hù)接零是將電氣設(shè)備的外殼及金屬支架等與零線連接，以保護(hù)人身安全的一種用電安全措施，如圖所示。 保護(hù)原理不同。 適用范圍不同。 線路結(jié)構(gòu)不同。工程應(yīng)用 家用電器插座是供移動(dòng)電器設(shè)備如臺(tái)燈、電風(fēng)扇、電視機(jī)、洗衣機(jī)等連接電源用的。因?yàn)榧彝ビ秒娭械墓╇娤到y(tǒng)一般為TT 系統(tǒng)（采用保護(hù)接地方式），所以為了保證用電安全，插座的接線必須做到：“左