正弦交流電路課件

1、第三章 正弦交流電路3.1 交流電的基本概念3.2 正弦交流電的相量圖表示法 3.3 純電阻交流電路 3.4 純電感交流電路 3.5 純電容交流電路 3.6 RLC串聯(lián)電路 3.7 提高功率因數(shù)的意義和方法 3.8 常用照明電路 .第三章 正弦交流電路3.1 交流電的基本概念.31 交流電的基本概念 一、什么是交流電 交流電與直流電的根本區(qū)別：直流電的方向不隨時(shí)間的變化而變化，交流電的方向則隨時(shí)間的變化而變化。 直流電和交流電.31 交流電的基本概念 一、什么是交流電 二、交流電的產(chǎn)生 交流發(fā)電機(jī)模型 交流發(fā)電機(jī)原理示意圖 .二、交流電的產(chǎn)生 交流發(fā)電機(jī)模型 交流發(fā)電機(jī)原理示意圖 . 當(dāng)線圈在

2、勻強(qiáng)磁場中以角速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場中線圈的長度為l，則當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)至與磁感線的夾角為時(shí)，其單側(cè)線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為e=Blvsin，即 e= Blvsint 整個(gè)線圈所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為 e = 2BlvsintEmsint 式中，Em 2Blv，為感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值。. 當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場中以角速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)正弦交流電的產(chǎn)生.正弦交流電的產(chǎn)生.五、正弦交流電的相位與相位差 相位 正弦量在任意時(shí)刻的電角度，也稱相位或相角，用 表示，它反映了交流電變化的進(jìn)程。式中 為正弦量在t = 0時(shí)的相位，稱為初相位，也稱初相角或初相。 .五、正弦交流電的

3、相位與相位差 相位 正弦t = 0時(shí)正弦量的瞬時(shí)值為正，則初相為正 t = 0時(shí)正弦量的瞬時(shí)值為負(fù)，則初相為負(fù) .t = 0時(shí)正弦量的瞬時(shí)值為正，則初相為正 t = 0時(shí)正弦 相位差兩個(gè)同頻率交流電的相位之差，用符號(hào) 表示。 超前 同相 反相 正交. 相位差兩個(gè)同頻率交流電的相位之差，用符號(hào)e1超前e2 .e1超前e2 .e1與e2同相 .e1與e2同相 .e1與e2反相 .e1與e2反相 .e1與e2正交 .e1與e2正交 .正弦交流電的最大值反映了正弦量的變化范圍。角頻率反映了正弦量的變化快慢。初相位反映了正弦量的起始狀態(tài)。 正弦交流電的三要素最大值、角頻率和初相位。.正弦交流電的最大值反

4、映了正弦量的變化范圍。 正 【例31】已知兩正弦電動(dòng)勢分別是：e1=100sin（100t+60）V，e2 = 65sin（100t30）V。求： （1）各電動(dòng)勢的最大值和有效值； （2）頻率、周期； （3）相位、初相位、相位差； （4）畫出波形圖。 解題過程. 【例31】已知兩正弦電動(dòng)勢分別是：解題過程.常用電子儀器的使用.常用電子儀器的使用.32 正弦交流電的相量圖表示法 旋轉(zhuǎn)矢量與波形圖的關(guān)系 .32 正弦交流電的相量圖表示法 旋轉(zhuǎn)矢量與波形圖的關(guān)系有效值相量圖 .有效值相量圖 .同一相量圖中，各正弦交流電的頻率應(yīng)相同。 同一相量圖中，相同單位的相量應(yīng)按相同比例畫出。 一般取直角坐標(biāo)軸的

5、水平正方向?yàn)閰⒖挤较?，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為正，反之為負(fù)。用相量表示正弦交流電后，它們的加、減運(yùn)算可按平行四邊形法則進(jìn)行。 應(yīng)用相量圖時(shí)注意以下幾點(diǎn)： .同一相量圖中，各正弦交流電的頻率應(yīng)相同。 應(yīng)用相量圖時(shí)注意以 【例32 】已知u1 = 3sin(314t+30)V，u2 = 4sin(314t- 60) V。利用相量圖求u = u1 + u2和u= u1- u2 的瞬時(shí)值表達(dá)式。 解題過程. 【例32 】已知u1 = 3sin(314t+333 純電阻交流電路 純電阻電路 交流電路中只考慮電阻的作用。 .33 純電阻交流電路 純電阻電路 交流電路中只考慮一、電流與電壓的相位關(guān)系 相量圖波形圖

6、.一、電流與電壓的相位關(guān)系 相量圖波形圖.二、電流與電壓的數(shù)量關(guān)系 在純電阻電路中，電流與電壓的瞬時(shí)值、最大值、有效值都符合歐姆定律。 .二、電流與電壓的數(shù)量關(guān)系 在純電阻電路中，電三、功率 瞬時(shí)功率任一瞬間，電阻中電流瞬時(shí)值與同一瞬間的電阻兩端電壓的瞬時(shí)值的乘積，用PR表示。 功率曲線圖.三、功率 瞬時(shí)功率任一瞬間，電阻中電流瞬 平均功率電阻在交流電一個(gè)周期內(nèi)消耗的功率的平均值，又稱有功功率，用P表示，單位仍是瓦（W）。 電壓、電流用有效值表示時(shí)，平均功率P的計(jì)算與直流電路相同，即. 平均功率電阻在交流電一個(gè)周期內(nèi)消耗的功率 【例33】已知某白熾燈的額定參數(shù)為220V/100W，其兩端所加電

7、壓為u=220sin(314t)V。試求： （1）交流電的頻率； （2）白熾燈的工作電阻； （3）白熾燈的有功功率。 解題過程. 【例33】已知某白熾燈的額定參數(shù)為220V/10034 純電感交流電路 一、電感對(duì)交流電的阻礙作用 先接通6V直流電源，可以看到HL1和HL2亮度相同。再改接6V交流電源，發(fā)現(xiàn)燈泡HL2明顯變暗，這表明電感線圈對(duì)直流電和交流電的阻礙作用是不同的。 .34 純電感交流電路 一、電感對(duì)交流電的阻礙作用 感抗電感對(duì)交流電的阻礙作用，用XL表示，單位為歐姆（）。 線圈的自感系數(shù)愈大，感抗就愈大。交流電的頻率越高，線圈的感抗也越大。XL = 2fL = L . 感抗電感對(duì)交流

8、電的阻礙作用，用XL表示，二、電流與電壓的關(guān)系 純電感電路歐姆定律的表達(dá)式： .二、電流與電壓的關(guān)系 純電感電路歐姆定律的表達(dá)式： .三、功率 純電感電路不消耗能量，它是一種儲(chǔ)能元件。通常用瞬時(shí)功率的最大值來反映電感與電源之間轉(zhuǎn)換能量的規(guī)模，稱為無功功率，用QL表示，單位乏（Var）。.三、功率 純電感電路不消耗能量，它是一種儲(chǔ)能元件。. 【例34 】一個(gè)0.7H的電感線圈，電阻可以忽略不計(jì)。 （1）先將它接在220V、50Hz的交流電源上，試求流過線圈的電流和電路的無功功率。 （2）若電源頻率為500Hz，其他條件不變，流過線圈的電流將如何變化？ 解題過程. 【例34 】一個(gè)0.7H的電感線

9、圈，電阻可以忽略不35 純電容交流電路 一、電容對(duì)交流電的阻礙作用 先接通6V直流電源，燈泡HL1正常發(fā)光；燈泡HL2瞬間微亮，隨即熄滅，說明直流電不能通過電容器。 再改接6V交流電源，兩只燈泡都亮，但燈泡HL1要比HL2亮得多。 .35 純電容交流電路 一、電容對(duì)交流電的阻礙作用 容抗電容對(duì)交流電的阻礙作用，用XC表示，單位為歐姆（）。 電容器的電容量越大，容抗越小 。 交流電的頻率越高，電容器的容抗越小 。 . 容抗電容對(duì)交流電的阻礙作用，用XC表示，二、電流與電壓的關(guān)系 純電容電路歐姆定律的表達(dá)式： .二、電流與電壓的關(guān)系 純電容電路歐姆定律的表達(dá)式： .三、功率 純電容電路的平均功率為

10、0，說明純電容不消耗功率純電容電路的無功功率為：.三、功率 純電容電路的平均功率為0，說明純電容不消耗功率. 【例35 】 容量為40F的電容接在的電源上，試求：（1）電容的容抗；（2）電流的有效值；（3）電流瞬時(shí)值表達(dá)式；（4）電路的無功功率。 解題過程. 【例35 】 容量為40F的電容接在的電源上，試36 RLC串聯(lián)電路 一、電容對(duì)交流電的阻礙作用 開關(guān)SA閉合后接交流電壓，燈泡微亮。再斷開SA，燈泡突然變亮。測量R、L、C兩端電壓 UR 、UL、UC ，發(fā)現(xiàn)：.36 RLC串聯(lián)電路 一、電容對(duì)交流電的阻礙作用 二、電壓與電流的關(guān)系 RLC串聯(lián)電路的總電壓瞬時(shí)值等于多個(gè)元件上電壓瞬時(shí)值之

11、和，即： 對(duì)應(yīng)的相量關(guān)系為： .二、電壓與電流的關(guān)系 RLC串聯(lián)電路的總電壓瞬 圖中陰影部分是一個(gè)三角形，稱為電壓三角形，它表明了RLC串聯(lián)電路中總電壓與分電壓之間的關(guān)系。 . 圖中陰影部分是一個(gè)三角形，稱為電壓三角形，它電抗 X = XLXC阻抗阻抗角.電抗 X = XLXC.三、電路的電感性、電容性和電阻性 .三、電路的電感性、電容性和電阻性 .四、功率 視在功率電壓與電流有效值的乘積，用S表示，單位為伏安（VA）。 視在功率并不代表電路中消耗的功率，它常用于表示電源設(shè)備的容量。 視在功率S與有功功率P和無功功率Q的關(guān)系：稱為功率因數(shù)。 .四、功率 視在功率電壓與電流有效值的乘積，五、電壓

12、三角形、阻抗三角形和功率三角形電壓相量圖電壓三角形阻抗三角形功率三角形.五、電壓三角形、阻抗三角形和功率三角形電壓相量圖電壓三角形阻37 提高功率因數(shù)的意義和方法 計(jì)算電感性負(fù)載的有功功率，除考慮電壓、電流的大小外，還要考慮電壓、電流之間的相位差，即 對(duì)于純電阻負(fù)載， 對(duì)于電感性負(fù)載， 在電感性電路中，有功功率只占電源容量的一部分，還有一部分能量并沒有消耗在負(fù)載上，而是與電源之間反復(fù)進(jìn)行交換，這就是無功功率，它占用了電源的部分容量。.37 提高功率因數(shù)的意義和方法 計(jì)算電充分利用電源設(shè)備的容量 減小供電線路的功率損耗 一、提高功率因數(shù)的意義 .充分利用電源設(shè)備的容量 一、提高功率因數(shù)的意義 .提高自然功率因數(shù) 接電容器補(bǔ)償 二、提高功率因數(shù)的方法 補(bǔ)償電容器 .提高自然功率因數(shù) 二、提高功率因數(shù)的方法 補(bǔ)償電容器 .38 常用照明電路 一、常用照明方式 一般照明無特殊要求，為整個(gè)被照?qǐng)鏊O(shè)置的照明