版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
第1頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一3.1正弦交流電的基本概念交流電:大小和方向均隨時間變化的電壓或電流稱為交流電。直流電:電壓、電流的大小和方向是恒定的,不隨時間變化而變化。ti三角波ti矩形脈沖波tu正弦波ti直流電波形圖交流電波形圖tu第2頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一其中,大小和方向均隨時間按正弦規(guī)律變化的電壓或電流稱為正弦交流電。正弦交流電廣泛應用于工農業(yè)生產、科學研究及日常生活中,了解和掌握正弦交流電的特點,學會正弦交流電路的基本分析方法,是本章學習的目的。正弦交流電:正弦交流電流ti第3頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一1.正弦交流電的周期、頻率和角頻率周期:正弦量變化一周所需要的時間稱周期,用T表示。頻率:正弦量一秒鐘內變化的次數(shù)稱為頻率,用f表示。1秒鐘T=0.5sf=2Hz單位是赫茲單位是秒ω=4πrad/s單位是每秒弧度周期與頻率的關系:互為倒數(shù)1Tf=即:1fT=或正弦交流電的基本概念:第4頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一角頻率:正弦量一秒鐘內變化的弧度數(shù)稱為角頻率,用ω表示。角頻率、周期、頻率三者之間的關系:三者是從不同的角度反映的同一個問題:正弦量隨時間變化的快慢程度。電工常識:工頻我國工業(yè)交流電的標準頻率為50Hz,簡稱為工頻。工頻的頻率是50Hz,周期是0.02S第5頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一思考與練習:1、交流電的周期為0.01S,則此交流電壓的頻率為()HZ,角頻率為()rad/S.2、我國電力系統(tǒng)中交流電的頻率為()HZ,周期為()S,角頻率為()rad/S第6頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一2.正弦交流電的瞬時值、最大值和有效值正弦交流電在某一瞬間的大小稱為瞬時值。電動勢、電壓和電流的瞬時值分別用e、u
、i表示。
瞬時值是變量,注意要用小寫英文字母表示。瞬時值對應的表達式應是三角函數(shù)解析式。(1)瞬時值e=Emsin(ωt+ψ)u=Umsin(ωt+ψ)i=Im
sin(ωt+ψ)第7頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一(2)最大值:正弦交流電稱為最大值,用Em
、Um、、Im表示。(3)有效值:
有效值是指與正弦量熱效應相同的直流電數(shù)值。用E、U、I
表示。例RiRI交流電流i通過電阻R時,在t時間內產生的熱量為Q直流電流I通過相同電阻R時,在t時間內產生的熱量也為Q。兩電流熱效應相同,可理解為二者做功能力相等。我們把做功能力相等的直流電的數(shù)值I定義為相應交流電i的有效值。有效值可確切地反映正弦交流電的大小。第8頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一
有效值與最大值的關系:練習:已知一正弦交流電流i=10√2sin(314t-60°)A,則該交流電流的最大值為(),有效值為(),頻率為(),周期為()2mII=或:第9頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一作業(yè):交流電壓的最大值為311V,變化周期為0.02S,計算:1、交流電壓的有效值;2、交流電壓的頻率;3、交流電壓的角頻率。第10頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一3.正弦交流電的相位、初相和相位差顯然,相位反映了正弦量隨時間變化的整個進程。
初相確定了正弦量計時始的位置,初相規(guī)定不得超過±180°。(1)相位(2)初相相位是隨時間變化的電角度,是時間t
的函數(shù)。初相是對應t=0時的確切電角度。正弦量與縱軸相交處若在正半周,初相為正。正弦量與縱軸相交處若在負半周,初相為負。u=Umsin(ωt+ψ0)u=Umsin(ωt+ψ0)第11頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一ωu第12頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一例u、i
的相位差為:
顯然,兩個同頻率正弦量之間的相位之差,實際上等于它們的初相之差。已知(3)相位差(兩個同頻率正弦量的相位之差),求電壓與電流之間的相位差。解注意不同頻率的正弦量之間不存在相位差的概念。相位差不得超過±180°!第13頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一相位的關系0ti,
ui,
u0ti,
u0t0ti,
u0ti,
u稱電壓與電流同相。
稱電壓與電流反相。
稱電壓與電流正交。
稱電壓超前電流ψ角
。
稱電壓滯后電流ψ角。
第14頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一思考回答何謂正弦量的三要素?它們各反映了什么?耐壓為220V的電容器,能否用在180V的正弦交流電源上?何謂反相?同相?相位正交?超前?滯后?正弦量的三要素是指它的最大值、角頻率和初相。最大值反映了正弦量的大小及做功能力;角頻率反映了正弦量隨時間變化的快慢程度;初相確定了正弦量計時始的位置。
不能!因為180V的正弦交流電,其最大值≈255V>180V!u1與u2反相,即相位差為180°;u3ωtu4u2u1uu3超前u190°,或說u1滯后u390°,二者為正交的相位關系。u1與u4同相,即相位差為零。第15頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一例題1:已知某正弦電壓為u=311sin(100лt+л/3)V,試求該交流電壓的最大值Um、有效值U、頻率f、初相位φ0
.例題2:作業(yè):已知某交流電流i=sin(314t-л/4)A,則該電流的最大值為
、有效值為
,頻率為
,周期
,初相位為
。
2、已知一正弦電動勢的最大值為220V,頻率為50Hz,初相位為30°,試寫出此電動勢的表達式。
第16頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一第二節(jié):純電阻電路純電阻電路:交流電路中,只含有電阻,而沒有電感和電容的電路。一、電壓與電流的關系iR
u1、瞬時值關系:2、有效值關系:URI=UmRIm=3、最大值關系:
電流與電壓的瞬時值、有效值、最大值都符合歐姆定律。二、電流與電壓的相位關系:純電阻電路中電流與電壓同相。第17頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一結論:1.p隨時間變化;2.p≥0;耗能元件。uiωtuip0PR三、電路的功率1、瞬時功率2、有功功率(平均功率)第18頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一3.電感元件(1)電感元件上的電壓、電流關系i
uL電流、電壓的瞬時值表達式導出u、i的有效值關系式:u、i
動態(tài)關系!u在相位上超前i90°電角!上式稱為電感元件上的歐姆定律表達式。Lu、i
最大值的數(shù)量關系為:第19頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一IU相量圖為:電感元件上的電壓、電流相量關系式為:式中XL稱為電感元件的電抗,簡稱感抗。感抗反映了電感元件對正弦交流電流的阻礙作用。單位也是[Ω]。感抗與哪些因素有關?直流情況下感抗為多大?感抗與頻率成正比,與電感量L成正比。直流情況下頻率f等于零,因此感抗等于零,電感元件相當于短路。第20頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一(2)電感元件的功率
1)瞬時功率p則uip=ULIsin2tωtui
關聯(lián),吸收電能;建立磁場;p>0ui
非關聯(lián),送出能量;釋放磁能;p<0ui
關聯(lián),吸收電能;建立磁場;p>0ui
非關聯(lián),送出能量;釋放磁能;p<0p為正弦波,頻率為ui的2倍;在一個周期內,L吸收的電能等于它釋放的磁場能。第21頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一問題與討論2.能從字面上把無功功率理解為無用之功嗎?f變化時XL隨之變化,導致電流i變化。不能!感性設備如果沒有無功功率,則無法工作!無功功率意味著只交換不消耗。為和有功功率相區(qū)別,無功功率的單位定義為乏爾[Var]。
2)平均功率P電感元件不耗能!電感元件雖然不耗能,但它與電源之間的能量交換始終在進行,這種電能和磁場能之間交換的規(guī)??捎脽o功功率來衡量。即:1.電源電壓不變,當電路的頻率變化時,通過電感元件的電流發(fā)生變化嗎?
3)無功功率Q第22頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一電路理論中的電容元件是實際電容器的理想化模型。如下圖所示。兩塊平行的金屬極板就可構成一個電容器。
C在外電源作用下,電容器兩極板分別存貯等量的異性電荷形成電場。+-US+q-qE電容器的儲能本領用電容量C表示:式中電荷量q的單位是庫侖[C];電壓u的單位是伏[V];電容量C的單位為法拉[F]。實用中還有較小的單位,它們之間的換算關系如下:3.電容元件能夠容納和存儲電荷的器件1F=106μF=109nF=1012pF第23頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一設UIC
i超前u90°電角?。?)電容元件上的電壓、電流關系則ui相量表達式
C
u
iC其中
稱為電容元件的電抗,簡稱容抗。容抗反映了電容元件對正弦交流電流的阻礙作用。相量圖
i和u
有效值符合歐姆定律!第24頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一(2)電容元件的功率1)瞬時功率p瞬時功率iup=UICsin2tωtui
關聯(lián),電容充電;建立電場;p>0ui
非關聯(lián),電容放電;釋放能量;p<0ui
關聯(lián),電容充電;建立電場;p>0ui
非關聯(lián),電容放電;釋放電能;p<0
電容器的基本工作方式是充放電。在一個周期內C充電吸收的電能等于它放電時釋放的電能。電容元件不耗能!第25頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一容抗與頻率成反比,與電容量成反比。
直流情況下頻率f等于零,因此容抗等于無窮大,即直流下電容器相當于開路。[Var]
2)平均功率P電容元件不耗能!電容元件和電源之間的能量交換規(guī)模也是用無功功率衡量的。即:
3)元功功率Q問題與討論1.直流情況下,電容器的容抗多大?2.容抗與哪些因素有關?第26頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一1、電感元件在直流、高頻交流電路中如何?2、電容元件在直流、高頻交流電路中如何?3、無功功率能否認為是無用之功?如何正確理解無功功率的概念?有功功率、無功功率的單位相同嗎?4、感抗、容抗和電阻有何相同?有何不同?5、電壓、電流相位如何時只吸收有功功率?只吸收無功功率時二者相位又如何?6、即時元件指得是什么?動態(tài)元件又指的是什么?所謂即時和動態(tài)是根據(jù)什么而言的?7、電容器的主要工作方式是什么?電容器的極間電壓很大時,是否此時電流也一定很大?8、你能得出電容和電感兩元件之間有哪些特點嗎?練習與思考第27頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一想想練練1.電阻元件在交流電路中電壓與電流的相位差是多少?判斷下列表達式的正誤。2.純電感元件在交流電路中電壓與電流的相位差是多少?感抗與頻率有何關系?判斷下列表達式的正誤。3.純電容元件在交流電路中電壓與電流之間的相位差是多少?容抗與頻率有何關系?判斷表達式的正誤。第28頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一2.4多參數(shù)組合的正弦交流電路I
U
URajXLR-jXC
UL
UCb電路相量模型1、R、L、C串聯(lián)電路的相量分析法設可得對假想回路列相量形式的KVL方程:為電路參考相量
式中復阻抗Z的模值對應正弦交流電路中的阻抗|Z|,幅角對應總電壓與電流的相位差。阻抗|Z|反映了多參數(shù)串聯(lián)電路對正弦交流電流總的阻礙作用。阻抗的單位是歐姆[Ω]。第29頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一對R、L、C串聯(lián)電路進行相量分析IULURUCURLC串聯(lián)電路相量圖式中由相量圖可導出幾個三角形UURUX電壓三角形ZRj(XL-XC)由相量圖可以看出:UX=UL+UC÷I=阻抗三角形×I2=功率三角形復功率SSPj(QL-QC)注意:上述三角形都是按照感性電路畫出的。其中復功率的模對應電路的總功率S,通常稱為視在功率(表觀功率)。第30頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一UURUX電壓三角形ZRj(XL-XC)阻抗三角形功率三角形SPj(QL-QC)電壓三角形是相量圖。它不僅定性反映各電壓間的數(shù)量關系,還可反映各電壓間的相位關系。阻抗三角形不是相量圖!它的各條邊僅僅反映了各個復阻抗之間的數(shù)量關系。功率三角形也不是相量圖!其各邊也是僅僅表明了各種功率之間的數(shù)量關系。第31頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一2.多參數(shù)組合串聯(lián)電路的功率
觀察三個三角形可看出:同相位的電壓和電流構成了有功功率P,顯然這是由電阻元件耗能的電特性決定的。
P的單位是瓦特。有功功率的能量轉換過程是不可逆的。
由幾個三角形還可看出:正交關系的電壓和電流構成的是無功功率Q,電感元件的QL為正;電容元件的QC為負。
Q的單位是乏爾。無功功率的能量轉換過程可逆。
視在功率是電路中的總功率,它包含了有功功率和無功功率。
S的單位是伏安。視在功率表征電源或設備的總容量。第32頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一有關電路性質的討論由可知,電路的性質取決于電抗UX。當時,UX>0,電路呈感性,u超前i一個φ角;時,UX<0,電路呈容性,u滯后i一個φ角;時,UX=0,電路呈阻性,u和i同相,φ=0。IULURUCUUX=UL+UCIULURUCUUX=UL+UCUX=0IULURUCU第33頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一同理:在含有L和C的電路中,出現(xiàn)總電壓與電流同相的阻性電路時,稱電路發(fā)生了諧振。電路發(fā)生諧振時,情況比較特殊。由于諧振時電抗為零,所以阻抗最??;電壓一定時諧振電流最大;在L和C兩端將出現(xiàn)過電壓情況等等。電力系統(tǒng)中的電壓一般為380V和220V,若諧振發(fā)生出現(xiàn)過電壓時,極易損壞電器,因此應避免諧振的發(fā)生。諧振現(xiàn)象被廣泛應用在電子技術中。第34頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一想想練練交流電路中的三種功率,單位上有什么不同?有功功率、無功功率和視在功率及三者之間的數(shù)量關系如何?阻抗三角形和功率三角形是相量圖嗎?電壓三角形呢?你能正確畫出這幾個三角形嗎?在含有L和C的電路中出現(xiàn)電壓、電流同相位的現(xiàn)象,稱為什么?此時RLC串聯(lián)電路中的阻抗如何?電壓一定時電流如何?L和C兩端有無電壓?多大?第35頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一3.功率因數(shù)
電力設備如變壓器、感應電動機、電力線路等,除從電力系統(tǒng)吸取有功功率外,還要吸取無功功率。無功功率僅完成電磁能量的相互轉換,并不作功。無功和有功同樣重要,沒有無功,變壓器不能變壓,電動機不能轉動,電力系統(tǒng)不能正常運行。但無功功率占用了電力系統(tǒng)發(fā)供電設備提供有功功率的能力,同時也增加了電力系統(tǒng)輸電過程中的有功功率的損耗,導致用電功率因數(shù)降低。式中cosφ稱為電路的功率因數(shù)??傻檬澜绺鲊娏ζ髽I(yè)對用戶的用電功率因數(shù)都有要求,并按用戶用電功率因數(shù)的高低在經濟上給予獎懲。第36頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一功率因數(shù)是電力技術經濟中的一個重要指標。提高功率因數(shù)意味著:1)提高用電質量,改善設備運行條件,保證設備在正常條件下工作,有利于安全生產;2)可節(jié)約電能,降低生產成本,減少企業(yè)的電費開支。例如:當cosφ=0.5時的損耗是cosφ=1時的4倍;3)提高企業(yè)用電設備利用率,充分發(fā)揮企業(yè)的設備潛力;4)減少線路的功率損失,提高電網輸電效率;5)因發(fā)電機容量的限定,提高功率因數(shù)將意味著讓發(fā)電機多輸出有功功率。為什么要提高功率因數(shù)?第37頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一1.避免感性設備的空載和減少其輕載;提高功率因數(shù)的方法2.在線路兩端并聯(lián)適當電容。提高功率因數(shù)的意義1.提高供電設備的利用率;2.減少線路上的能量損耗。第38頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一一臺功率為1.1kW的感應電動機,接在220V、50Hz的電路中,電動機需要的電流為10A,求:(1)電動機的功率因數(shù);(2)若在電動機兩端并聯(lián)一個79.5μF的電容器,電路的功率因數(shù)為多少?(1)(2)設未并聯(lián)電容前電路中的電流為I1;并聯(lián)電容后,電動機中的電流不變,仍為I1,但電路中的總電流發(fā)生了變化,由I1變成I。電流相量關系為:畫電路相量圖分析:UIICI1IC例解第39頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一UIICI1IC可見,電路并聯(lián)了電容C后,功率因數(shù)由原來的0.5提高到了0.845,電源利用率得以提高。第40頁,共45頁,2023年,2月20日,星期一檢驗學習結果1.RL串聯(lián)電路接到220V的直流電源時功率為1.2KW,接在220V、50Hz的電源時功率為0.6KW,試求它的R、L值。2.如果誤把額定值為工頻“220V”的接觸器接到直流“220V”電源上,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 陜西省2021屆高三地理下學期4月第三次質量檢測三模試題
- 2024年廚房清潔用品項目合作計劃書
- 2024年溫泉水開發(fā)利用項目建議書
- 2024年供熱供暖項目建議書
- 2024年高端煤機裝備合作協(xié)議書
- 精密儀器安全運輸合同
- 畜牧業(yè)設施運輸合同
- 心肌梗死課件教學課件
- 網吧裝飾合同模板
- 工廠搬遷拆除裝修合同范例
- 2024年全國職業(yè)院校技能大賽高職組(現(xiàn)代化工HSE技能賽項)考試題庫-上(單選題)
- 2025年全年日歷含農歷(1月-12月)
- 2024年秋季新人教版七年級上冊地理全冊教學課件(新版教材)
- 【市質檢】福州市2024-2025學年高三年級第一次質量檢測 英語試卷(含答案)
- 2024屆高考英語完形填空專題之答題技巧教學設計
- 餐費月結合同范本
- 2024至2030年中國ICT服務行業(yè)市場深度調研及前景趨勢與投資戰(zhàn)略研究報告
- 2024年全國統(tǒng)計師之中級統(tǒng)計師工作實務考試黑金試題(附答案)
- 2024-2030年中國醫(yī)藥級聚乙二醇行業(yè)市場競爭格局及投資前景展望報告
- 二手房買賣合同范本下載可打印
- 2024公車私用協(xié)議書范本
評論
0/150
提交評論