物理第7章交流電課件

1、第七章 正弦交流電交流電： 電量（如電流、電壓、電動勢等）的方向、大小都隨時間作周期性變化。按正弦規(guī)律變化的交流電為正弦交流電。1第七章 正弦交流電交流電： 電量（如電流、電壓主要內(nèi)容 正弦交流電路的功率及功率因素 基本概念 單一參數(shù)交流電路的分析 R、L、C串聯(lián)及串聯(lián)諧振 R、L、C并聯(lián)及并聯(lián)諧振2主要內(nèi)容 正弦交流電路的功率及功率因素 基本概念 單一參數(shù)交第一節(jié) 正弦交流量的三要素 正弦交流電的大小和方向隨時間按正弦規(guī)律周期性變化，正弦電動勢、正弦電流和正弦電壓統(tǒng)稱為正弦量，可以用正弦函數(shù)來表示。瞬時值最大值角頻率初相位相位3第一節(jié) 正弦交流量的三要素 正弦交流電的大?。赫伊吭?秒鐘內(nèi)完

2、成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲（ ）。一、周期、頻率（T，f）正弦量變化的快慢 我國常用的頻率是50赫茲，對應(yīng)周期是0.02秒，有些國家如日本的市電頻率為60赫茲。 4：正弦量在1秒鐘內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲（ ）。二、有效值正弦量的大小有效值 如果一個交流電通過一個電阻在一個周期的時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量和某一直流電通過該電阻在一個周期的時間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量相等，這個直流電的量值就是該交流電的有效值。 熱 效 應(yīng)5二、有效值正弦量的大小有效值 如果一個交流電通過一個正弦交流電 在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 設(shè)有直流電流I在T時間內(nèi)產(chǎn)生熱量6正弦交流電 在一根據(jù)定義，要求稱I為該交流電流的有效值

3、。即同樣方法可以得到7根據(jù)定義，要求稱I為該交流電流的有效值。即同樣方法可以得到7例1：一只普通電壓表測60赫茲的交流電，讀數(shù)為120v，則電壓的瞬時值表達(dá)式為？例2：ti05-5有效值大小為？I=5A8例1：一只普通電壓表測60赫茲的交流電，讀數(shù)為120v，則電同頻率的正弦量三、相位和相位差正弦交流電的狀態(tài)相位差 相位：如：iu在相位上，電壓比電流超前或電流比電壓落后9同頻率的正弦量三、相位和相位差正弦交流電的狀態(tài)相位差 uiiub電壓和電流變化步調(diào)一致，同時到達(dá)正或負(fù)的輻值，稱電壓電流同相位。電壓和電流變化步調(diào)恰好相反，一個到達(dá)正的最大值，另一個恰好到達(dá)負(fù)的最大值，稱電壓和電流反相位。10

4、uiiub電壓和電流變化步調(diào)一致，同時到達(dá)正或負(fù)的輻值，稱電正弦量的有效值（最大值）、頻率（周期）和初相位稱為正弦量的三要素。寫出正弦交流量的輻值(最大值）、有效值及t=10s時的瞬時值。例：已知（ ， ， ）11正弦量的有效值（最大值）、頻率（周期）和初相位稱為正弦量的三第二節(jié) 正弦交流量表示一、正弦交流電的矢量圖解法1、旋轉(zhuǎn)矢量與正弦交流量形式相同則在任意t時刻都滿足：xya12第二節(jié) 正弦交流量表示一、正弦交流電的矢量圖解法1、旋轉(zhuǎn)矢xy常用相量 表示如正弦量相量大小為Um，角頻率為為初相位。 基于矢量與正弦量間的聯(lián)系，我們可以借助這個矢量表示正弦交流電，為區(qū)別一般的矢量，習(xí)慣上稱之為相

5、量，表示為： 13xy常用相量 表示如正弦量相量大小為Um，角頻率為平行四邊形法則2、運(yùn)算3、注意： 交流量與相量之間只是對應(yīng)關(guān)系，不是相等； 相量是方便問題的求解的工具。 14平行四邊形法則2、運(yùn)算3、注意： 交流量與相量之間只是例: 已知兩交流電求：（1）作相量 和（2）相量相加作平行四邊形xy15例: 已知兩交流電求：（1）作相量 和（2）相量（3）求解xy16（3）求解xy16二、正弦量的復(fù)數(shù)表示1、復(fù)數(shù)的表示形式（1）復(fù)數(shù)的代數(shù)表示（2）復(fù)數(shù)的三角函數(shù)式 其中1j（x，y）虛部單位實(shí)部虛部系數(shù)17二、正弦量的復(fù)數(shù)表示1、復(fù)數(shù)的表示形式（1）復(fù)數(shù)的代數(shù)表示（3）指數(shù)表示法根據(jù)歐拉公式

6、18（3）指數(shù)表示法根據(jù)歐拉公式 182、用復(fù)數(shù)表示正弦量 如：正弦量可用復(fù)數(shù)表示為或192、用復(fù)數(shù)表示正弦量 如：正弦量可用復(fù)數(shù)表示為或19（1）正弦量與復(fù)數(shù)之間只是對應(yīng)關(guān)系，絕非相等。（2）表示時可以用有效值也可以用最大值來表示，但要對應(yīng)。 （3）運(yùn)算過程中可以略去 因子。 3、運(yùn)算復(fù)數(shù)運(yùn)算規(guī)則注意：20（1）正弦量與復(fù)數(shù)之間只是對應(yīng)關(guān)系，絕非相等。（2）表示時可第三節(jié) 交流電路的歐姆定律 設(shè)正弦電壓和正弦電流分別為應(yīng)用復(fù)數(shù)表示定義復(fù)數(shù) : 21第三節(jié) 交流電路的歐姆定律 設(shè)正弦電壓和正弦電流分別為應(yīng)用復(fù)阻抗 是復(fù)數(shù)的模， (2)不隨時間變化，不與任何正弦量對應(yīng)。 (1)復(fù)阻抗 呈現(xiàn)了電壓

7、與電流間的相位差。為輻角。 復(fù)數(shù)形式的交流電路的歐姆定律。22復(fù)阻抗 是復(fù)數(shù)的模， (2)不隨時間變化，不與任何正弦量解：用復(fù)數(shù)形式表示已知電壓和電流例7-9 ：已知負(fù)載電壓 ，電流 求負(fù)載阻抗 。根據(jù)交流電路歐姆定律求解23解：用復(fù)數(shù)形式表示已知電壓和電流例7-9 ：已知負(fù)載電壓 第四節(jié) 電阻、電感、電容單一參數(shù) 的正弦交流電路 一、純電阻元件的正弦電路 所謂純電阻電路是指該交流電路中只含有電阻元件?？梢娂冸娮枭系碾娏髋c電壓同相位 用復(fù)數(shù)法表示：24第四節(jié) 電阻、電感、電容單一參數(shù) 一、純電阻元二、純電感元件的正弦電路只含電感元件的電路感抗25二、純電感元件的正弦電路只含電感元件的電路感抗2

8、5（1）純電感電路中，電感兩端的電壓比電流超前90。當(dāng)f=0時感抗 ，直流短路。（2）感抗正比于交變頻率f，用復(fù)數(shù)表示復(fù)感抗26（1）純電感電路中，電感兩端的電壓比電流超前90。當(dāng)f=0時三、純電容元件的正弦電路 定義容抗 27三、純電容元件的正弦電路 定義容抗 27（1）電容元件兩端電壓比電流滯后900增加， 減小，通高頻. 開路，阻低頻； 復(fù)數(shù)表示-復(fù)容抗 （2）容抗反比于頻率 ，28（1）電容元件兩端電壓比電流滯后900增加， 減小，通高頻練7-8:已知試判別各支路是什么元件?Z1是電感Z2是電阻Z3是電容29練7-8:已知試判別各支路是什么元件?Z1是電感Z2是電阻Z第五節(jié) R、 L

9、、C 串聯(lián)正弦電路一、串聯(lián)電路分析R、L、C串聯(lián)電路中通入電流 則R、L、C各元件兩端電壓分別為30第五節(jié) R、 L 、C 串聯(lián)正弦電路一、設(shè)1、相量表示31設(shè)1、相量表示312、復(fù)數(shù)表示可見，復(fù)阻抗反映了阻抗大小及電壓與電流之間的相位差,通常電壓與電流間有相位差。322、復(fù)數(shù)表示可見，復(fù)阻抗反映了阻抗大小及電壓與電流之間的相位解：例7.6 RLC串聯(lián)電路中，已知:請計(jì)算電路中電流及各元件上的電壓:33解：例7.6 RLC串聯(lián)電路中，已知:請計(jì)算電路中電流及各（1）相量法解：34（1）相量法解：34（2）復(fù)數(shù)法35（2）復(fù)數(shù)法35二、串聯(lián)諧振 調(diào)節(jié)某些參數(shù)如電源的頻率，可使電路兩端的電壓和電流

10、同相，此時電流發(fā)生諧振。1、諧振條件為諧振頻率。 稱為諧振角頻率；36二、串聯(lián)諧振 調(diào)節(jié)某些參數(shù)如電源的頻率，可使電路兩端的電2、串聯(lián)諧振電路的特征（1）阻抗最?。?）電流 （3）電壓 所以諧振時UL 和UC大小相等相位相反。372、串聯(lián)諧振電路的特征（1）阻抗最?。?）電流 （3）電壓 （4）品質(zhì)因數(shù) 定義 稱為該諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，也稱 值。 此時，電容與電感兩端電壓是電阻兩端電壓的 倍，即 。 通常串聯(lián)諧振中 ， 值可以達(dá)到幾十到幾百，所以串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振。 38（4）品質(zhì)因數(shù) 定義 稱為該諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，也稱 當(dāng)天線接收到不同頻率信號時產(chǎn)生感生電流，電流經(jīng)初級線圈L1感應(yīng)到次

11、級線圈L2，調(diào)節(jié)電容C ，使L2C回路對某一信號頻率f1發(fā)生諧振，回路中該頻率的信號電流最大，其他信號因未發(fā)生諧振在回路中引起的電流很小，這樣就實(shí)現(xiàn)了對信號的選擇，且Q值越大，選擇性越好。3、串聯(lián)諧振的應(yīng)用收音機(jī)的調(diào)諧 接收C39 當(dāng)天線接收到不同頻率信號時產(chǎn)生感生電流，電流經(jīng)初級線第六節(jié) R、L、C 并聯(lián)交流電路及諧振一、并聯(lián)電路分析 并聯(lián)電路中元器件兩端電壓相等，在AB兩端加電壓，求 及則各支路電流為： 40第六節(jié) R、L、C 并聯(lián)交流電路及諧振一、并聯(lián)電路1、應(yīng)用相量圖解法 411、應(yīng)用相量圖解法 412、復(fù)數(shù)表示422、復(fù)數(shù)表示42A3A2A1例：已知圖中XL=XC=R,電流表A1的讀

12、數(shù)為5A，則A2和A3的讀數(shù)應(yīng)該為多少？043A3A2A1例：已知圖中XL=XC=R,電流表A1的讀數(shù)為5二、并聯(lián)及并聯(lián)諧振 如圖并聯(lián)電路，已知電感L，其內(nèi)阻R，電容C，電路兩端電壓為u。（一）電路分析 R, LC44二、并聯(lián)及并聯(lián)諧振 如圖并聯(lián)電路，已知電感L，其內(nèi)阻R，電45451、諧振條件即 （二）并聯(lián)諧振 若要電路達(dá)到諧振，則需461、諧振條件即 （二）并聯(lián)諧振 若要電路達(dá)到諧振，則需462、諧振電路的特征（1）電路阻抗 最大（2）電源電壓一定時，電路中電流最?。?）電感與電容上的電流:472、諧振電路的特征（1）電路阻抗 最大（2）電源 電感與電容上的電流:大小相等，相位相反,其大小

13、為總電流的Q倍.所以，并聯(lián)諧振又稱為電流諧振。48 電感與電容上的電流:大小相等，相位相反,其大小為總電流的例：如前面并聯(lián)電路，已知 ，諧振角頻率為 ，求電感 和 值。解：49例：如前面并聯(lián)電路，已知 第七節(jié) 交流電路的功率一、有功功率和無功功率 交流電路中的功率是指瞬時功率p（t）在一個周期內(nèi)的平均值，這個平均功率稱為有功功率，用P表示。50第七節(jié) 交流電路的功率一、有功功率和無功功率 交流電路1、電阻元件電壓和電流同相位，則瞬時功率：511、電阻元件電壓和電流同相位，則瞬時功率：51平均功率電阻消耗功率 可以看出，由于電壓與電流同相位，所以瞬時功率始終為正，即電阻始終消耗電能。52平均功率

14、電阻消耗功率 可以看出，由于電壓與電流同相位2、電感元件電感元件的電壓超前電流900，則瞬時功率：532、電感元件電感元件的電壓超前電流900，則瞬時功率：53電感上的功率每隔1/4周期變換一次圖象表示表明能量輸入電感表明能量回輸給電源54電感上的功率每隔1/4周期變換一次圖象表示表明能量輸入電感表 電感元件不消耗電源的能量，而是與電源進(jìn)行能量的互換；互換的規(guī)模為UI，稱之為無功功率，用Q來表示。單位：乏耳（var），簡稱為乏。55 電感元件不消耗電源的能量，而是與電源進(jìn)行能量的互換；3、電容元件電容元件的電壓落后電流900，則瞬時功率：563、電容元件電容元件的電壓落后電流900，則瞬時功率

15、：56圖象表示57圖象表示57 與電感元件相似,電容不消耗電源能量，是一個儲能元件，與電源做能量交換，并以UI為能量互換的規(guī)模，稱為無功功率QC58 與電感元件相似,電容不消耗電源能量，是一個儲能元件，二、視在功率電源給負(fù)載功率的最大值一般電路中，電流和電壓分別為：瞬時功率：59二、視在功率電源給負(fù)載功率的最大值一般電路中，電流和電壓有功功率無功功率 電源送給負(fù)載的有功功率或無功功率，其最大值為UI，交流電路中將此乘積為視在功率S：單位：伏安（VA)60有功功率無功功率 電源送給負(fù)載的有功功率或無功功率，其最大例：有一個線圈L，它的電阻R=6，接入電壓為220V，頻率為50Hz的交流電源，通過

16、電流為22A。求有功功率、無功功率和視在功率。61例：有一個線圈L，它的電阻R=6，接入電壓為220V，頻率第八節(jié) 功率因數(shù) 有功功率與視在功率的比值表示電源功率被利用的程度，這個比值稱為功率因數(shù)。功率因數(shù)角（功率因數(shù)）62第八節(jié) 功率因數(shù) 有功功率與視在功率的比值一、提高功率因數(shù)的意義： 1、功率因數(shù)的大小直接決定了發(fā)電設(shè)備或供電設(shè)備能否充分利用。2、輸電線的功率損耗與功率因數(shù)相關(guān)二、提高功率因數(shù)的方法-在呈電感性的用電設(shè)備兩端并聯(lián)適當(dāng)大小的電容63一、提高功率因數(shù)的意義： 1、功率因數(shù)的大小直接決定了發(fā)電電容器不消耗功率，所以功率不變64電容器不消耗功率，所以功率不變64思考：對于電阻與電感的串聯(lián)電路如圖，已知電源問：下列那些關(guān)系式是正確的？（*）（*）（*）（*）（*）（*）65思考：對于電阻與電感的串聯(lián)電路如圖，已知電源問：下列那些關(guān)系本章習(xí)題：3、5、7、11、12、14、17、20本章內(nèi)容結(jié)束66本章習(xí)題：3、5、7、11、12、14、17、20本章內(nèi)容結(jié)6767回顧：正弦量：相量表示：xy應(yīng)用：加減運(yùn)算（1）作被加減正