電工電子第3章

第3章正弦交流電實用汽車電工電子技術知識目標技能目標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、角頻率之間的關系以及最大值和有效值、相位和相位差之間的關系。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、電流大小及相位關系。1.練習使用交流電壓表、萬用表交流電壓擋。2.認識汽車用交流發(fā)電機。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，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；有利于電氣設備的運行；電路具有典型性

.....正弦交流電路實際方向和參考方向一致實際方向和參考方向相反

參考方向:正半周的真實方向正半周實際方向和參考方向一致負半周實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m的大寫字母表示，如Im、Um、Em等。有效值是用電流的熱效應來規(guī)定的。設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的電力標準，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或參考點。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

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)，與計時的選擇起點無關。總結

描述正弦量的三個特征量：幅值、頻率、初相位★波形圖：★

旋轉矢量法：正弦量用旋轉有向線段表示。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

按逆時針方向旋轉有向線段與橫軸夾角

=初相位u0xyOO則：該旋轉有向線段每一瞬時在縱軸上的投影即表示相應時刻正弦量的瞬時值。設正弦量: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系。相量圖3.3單相正弦交流電路1.電壓與電流的關系設②大小關系：③相位關系：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.功率關系(1)瞬時功率

p：瞬時電壓與瞬時電流的乘積。小寫piωtuOωtpOiu結論:

（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+_

基本關系式：①頻率相同②U=IL

相位差1.電壓與電流的關系3.3.2

純電感電路設：+-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結論：純電感不消耗能量，只和電源進行能量交換（能量的吞吐)?？赡娴哪芰哭D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？思考題電流與電壓的變化率成正比。

基本關系式：1.電流與電壓的關系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：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。結論：純電容不消耗能量，只和電源進行能量交換（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，這里也設則：

電容性無功功率為負值，電感性無功功率取正值。電路參數(shù)電路圖（正方向）復數(shù)阻抗電壓、電流關系瞬時值有效值相量圖相量式功率有功功率Riu設則u、i

同相0LiuCiu設則設則u領先i90°u落后i90°00基本關系無功功率單一參數(shù)正弦交流電路電壓電流關系對照表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)電機產(chǎn)生的。

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

–

三相繞組示意圖定子轉子ZAXYNSC-+B???鐵心（作為導磁路經(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子三相交流發(fā)電機結構當磁極轉子以角速度ω作順時針等速旋轉時，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為U

V

W供電系統(tǒng)三相交流電的逆相序為U

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)中性點端線(相線、火線)在低壓系統(tǒng),中性點通常接地，所以也稱地線。相電壓：端線與中性線間（發(fā)電機每相繞組）的電壓線電壓：端線與端線間的電壓、Up–+–++