電工電子第3章

第3章正弦交流電實(shí)用汽車電工電子技術(shù)知識目標(biāo)技能目標(biāo)1.理解正弦交流電的基本概念及正弦交流電的三要素。2.了解正弦交流電的周期、頻率、角頻率之間的關(guān)系以及最大值和有效值、相位和相位差之間的關(guān)系。3.理解正弦交流電的三種表示法。4.了解單一參數(shù)單相交流電路的電壓、電流大小及相位關(guān)系。1.練習(xí)使用交流電壓表、萬用表交流電壓擋。2.認(rèn)識汽車用交流發(fā)電機(jī)。交流電的概念

如果電流或電壓的大小和方向都隨時間改變，稱為交流電。其變化為周期性重復(fù)，則稱為周期性交流電流或電壓。如正弦波、方波、三角波、鋸齒波等。TutuTt

如果在電路中電動勢的大小與方向均隨時間按正弦規(guī)律變化，由此產(chǎn)生的電流、電壓大小和方向也是正弦的，這樣的電路稱為正弦交流電路。

正弦交流電的優(yōu)越性：便于傳輸；有利于電氣設(shè)備的運(yùn)行；電路具有典型性

.....正弦交流電路實(shí)際方向和參考方向一致實(shí)際方向和參考方向相反

參考方向:正半周的真實(shí)方向正半周實(shí)際方向和參考方向一致負(fù)半周實(shí)際方向和參考方向相反正弦電壓和電流＋－3.1正弦交流電的基本知識設(shè)正弦交流電流：角頻率：決定正弦量的變化快慢幅值：決定正弦量的大小幅值、角頻率、初相角成為正弦量的三要素。初相角：決定正弦量的起始位置Im2TiO3.1.1正弦交流電的三要素正弦量在任一瞬間的值稱為瞬時值，用小寫字母表示，如

i、u、e

等。瞬時值中的最大的值稱為幅值或最大值，用帶下標(biāo)m的大寫字母表示，如Im、Um、Em等。有效值是用電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的。設(shè)一交流電流和一直流電流I流過相同的電阻R，如果在交流電的一個周期內(nèi)交流電和直流電產(chǎn)生的熱量相等，則交流電流的有效值就等于這個直流電的電流I。瞬時值、最大值、有效值根據(jù)熱效應(yīng)相等有交流直流由可得正弦電流的有效值：正弦電壓和電動勢的有效值：

有效值都用大寫字母表示！

在工程應(yīng)用中常用有效值表示交流電的幅度。一般所講的正弦交流電的大小，如交流電壓380V或220V，指的都是有效值。則我國和大多數(shù)國家采用50Hz的電力標(biāo)準(zhǔn)，有些國家（美國、日本等）采用60Hz。小常識

頻率是周期的倒數(shù):=1/T

正弦量變化的快慢還可用角頻率來表示：2.周期、頻率、角頻率單位是rad/s（弧度每秒）

正弦量變化一次所需要的時間稱為周期（T），單位為s。每秒內(nèi)變化的次數(shù)稱為頻率（

f），單位是Hz（赫茲）。相位：初相角：

0相位角

表示正弦量的變化進(jìn)程，也稱相位。初相角

t=0時的相位，也稱初相。相位：初相角：

初相角給出了觀察正弦波的起點(diǎn)或參考點(diǎn)。說明3.初相角則和的相位差為

正弦交流電路中電壓和電流的頻率是相同的，但初相不一定相同，設(shè)電路中電壓和電流為3.1.2相位差

兩個同頻率的正弦量的相位之差或初相位之差稱為相位差。當(dāng)

時，比

超前角，

比

滯后角。O下面圖中是三個正弦電流波形。

與

同相，

與

反相。反相:相位相反，相位差為180°。同相、反相的概念同相:相位相同，相位差為零。②不同頻率的正弦量比較無意義。注意:tO①兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數(shù)，與計時的選擇起點(diǎn)無關(guān)?？偨Y(jié)

描述正弦量的三個特征量：幅值、頻率、初相位★波形圖：★

旋轉(zhuǎn)矢量法：正弦量用旋轉(zhuǎn)有向線段表示。3.2正弦交流電的表示方法★解析式：=Umsin(ωt+φ0

)ω若:有向線段長度

=ω有向線段以速度

按逆時針方向旋轉(zhuǎn)有向線段與橫軸夾角

=初相位u0xyOO則：該旋轉(zhuǎn)有向線段每一瞬時在縱軸上的投影即表示相應(yīng)時刻正弦量的瞬時值。設(shè)正弦量:電壓相量比電流相量超前角1.只有正弦周期量才能用相量表示。2.只有同頻率的正弦量才能畫在一張相量圖上。注意

把表示各個正弦量的有向線段畫在一起就是相量圖，它可以形象地表示出各正弦量的大小和相位關(guān)系。相量圖3.3單相正弦交流電路1.電壓與電流的關(guān)系設(shè)②大小關(guān)系：③相位關(guān)系：u、i

相位相同根據(jù)歐姆定律:①頻率相同相位差：相量圖3.3.1純電阻電路Ru+_2.功率關(guān)系(1)瞬時功率

p：瞬時電壓與瞬時電流的乘積。小寫piωtuOωtpOiu結(jié)論:

（耗能元件）,且隨時間變化。大寫(2)平均功率(有功功率)P：瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值。單位:W（瓦）PppωtO注意：通常銘牌數(shù)據(jù)或測量的功率均指有功功率。Ru+_

基本關(guān)系式：①頻率相同②U=IL

相位差1.電壓與電流的關(guān)系3.3.2

純電感電路設(shè)：+-eL+-LuωtuiiO③電壓超前電流90或則:感抗(Ω)電感L具有通直阻交的作用。直流：f=0,XL

=0，電感L視為短路定義：有效值:交流：fXL(1)瞬時功率(2)平均功率L是非耗能元件2.功率關(guān)系儲能p<0+p>0分析：瞬時功率：ui+-ui+-ui+-ui+-+p>0p<0放能儲能放能電感L是儲能元件。po結(jié)論：純電感不消耗能量，只和電源進(jìn)行能量交換（能量的吞吐)。可逆的能量轉(zhuǎn)換過程iuo用以衡量電感電路中能量交換的規(guī)模。用瞬時功率達(dá)到的最大值表征，即單位：var(3)無功功率Q

無功功率是否與頻率有關(guān)？思考題電流與電壓的變化率成正比。

基本關(guān)系式：1.電流與電壓的關(guān)系①頻率相同②I=UC

③電流超前電壓90相位差則3.3.3

純電容電路uiC+_設(shè)：iuiu或則:容抗（Ω）定義：有效值所以，電容C具有隔直通交的作用。XC直流：XC

，電容C視為開路交流：f2.功率關(guān)系(1)瞬時功率uiC+_

(2)平均功率Ｐ由C是非耗能元件瞬時功率：ui+-ui+-ui+-ui+-+p>0充電p<0放電+p>0充電p<0放電po電容C是儲能元件。結(jié)論：純電容不消耗能量，只和電源進(jìn)行能量交換（能量的吞吐)。uiou,i同理，無功功率等于瞬時功率達(dá)到的最大值。(3)無功功率Q單位：var為了同電感電路的無功功率相比較，這里也設(shè)則：

電容性無功功率為負(fù)值，電感性無功功率取正值。電路參數(shù)電路圖（正方向）復(fù)數(shù)阻抗電壓、電流關(guān)系瞬時值有效值相量圖相量式功率有功功率Riu設(shè)則u、i

同相0LiuCiu設(shè)則設(shè)則u領(lǐng)先i90°u落后i90°00基本關(guān)系無功功率單一參數(shù)正弦交流電路電壓電流關(guān)系對照表3.4三相正弦交流電路3.4.1三相交流電三相交流電是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。

三相交流發(fā)電機(jī)示意圖工作原理：動磁生電(尾端)+eAeBeCXABYCZ(首端)++––

–

三相繞組示意圖定子轉(zhuǎn)子ZAXYNSC-+B???鐵心（作為導(dǎo)磁路經(jīng)）三相繞組匝數(shù)相同空間排列互差120:直流勵磁的電磁鐵定子轉(zhuǎn)子三相交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)當(dāng)磁極轉(zhuǎn)子以角速度ω作順時針等速旋轉(zhuǎn)時，三個繞阻中就產(chǎn)生頻率相同、振幅相等、相位互差120o的三相對稱電動勢。相量圖波形圖e0eAeBeC2120°240°360°EBEA..120°120°120°EC.三相電動勢瞬時表示式三相交流電到達(dá)正最大值的順序稱為相序。最大值相等頻率相同相位互差120°稱為對稱三相電動勢三個正弦交流電動勢滿足以下特征：供電系統(tǒng)三相交流電的正相序?yàn)閁

V

W供電系統(tǒng)三相交流電的逆相序?yàn)閁

WV對稱三相電動勢的瞬時值之和為03.4.2.三相電源的連接1.三相電源的星形（Y）連接中性線(零線、地線)中性點(diǎn)端線(相線、火線)在低壓系統(tǒng),中性點(diǎn)通常接地，所以也稱地線。相電壓：端線與中性線間（發(fā)電機(jī)每相繞組）的電壓線電壓：端線與端線間的電壓、Up–+–++