電工基礎(chǔ)(第五版)第五章 勞動版課件

§5—1交流電的基本概念§5—2電容器和電感器§5—3單一參數(shù)交流電路§5—4RLC串聯(lián)電路§5—5RLC并聯(lián)電路電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版1.了解正弦交流電的產(chǎn)生和特點。2.理解正弦交流電的有效值、頻率、初相位及相位差的概念。3.掌握正弦交流電的三種表示方法。§5—1交流電的基本概念交流電的應(yīng)用電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版一、交流電的概念交流電與直流電的根本區(qū)別是:直流電的方向不隨時間的變化而變化,交流電的方向則隨時間的變化而變化。電源只有一個交變電動勢的交流電稱為單相交流電。穩(wěn)恒直流電正弦交流信號電視機顯像管計算機中的的偏轉(zhuǎn)電流方波信號直流電和交流電波形電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版右圖所示為某信號發(fā)生器輸出的信號電壓,其大小和方向都按正弦規(guī)律變化,所以稱為正弦交流電。右圖所示鋸齒波電流、方波電壓等,它們都是非正弦交流電。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版二、正弦交流電的產(chǎn)生原理示意圖線圈截面圖實驗用簡易交流發(fā)電機電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版正弦交流電的產(chǎn)生電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版正弦交流電動勢的瞬時值表達式也稱解析式。若從線圈平面與中性面成一夾角φ0時開始計時,則公式變?yōu)殡姽せA(chǔ)(第五版)第五章勞動版實際應(yīng)用的發(fā)電機旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機

大型水力發(fā)電機組電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版三、表征正弦交流電的物理量1.周期、頻率和角頻率正弦交流電波形電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(1)周期正弦交流電每重復(fù)變化一次所需的時間稱為周期,用符號T

表示,單位是秒(s)。(2)頻率正弦交流電在1s內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)稱為頻率,用符號f

表示,單位是赫茲(Hz)。周期和頻率互為倒數(shù),即

電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版經(jīng)驗表明,在各種觸電事故中,直流電、高頻和超高頻電流對人體的傷害程度相對較小，而最常用的50Hz工頻交流電流對人體的傷害最大，因此使用時應(yīng)特別小心。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(3)角頻率正弦交流電每秒內(nèi)變化的角度(每重復(fù)變化一次所對應(yīng)的角度為2π,即360°)稱為角頻率,用符號ω

表示,單位是弧度/秒(rad/s)。角頻率與周期、頻率的關(guān)系為:電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版2.最大值、有效值和平均值(1)最大值正弦交流電在一個周期所能達到的最大瞬時值稱為正弦交流電的最大值(又稱峰值、幅值)。最大值用大寫字母加下標(biāo)m表示,如Em、Um、Im。從正弦交流電的反向最大值到正向最大值稱為峰—峰值。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版從正弦交流電的反向最大值到正向最大值稱為峰—峰值。交流電的峰值和峰—峰值電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(2)有效值讓交流電和穩(wěn)恒直流電分別通過大小相同的電阻,如果在交流電的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等,而這個穩(wěn)恒直流電的電壓是U,電流是I,

U、I稱為相應(yīng)交流電的有效值。有效值用大寫字母表示,如E、U

、I。交流電的有效值電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版正弦交流電的有效值和最大值之間有如下關(guān)系:電工儀表測出的交流電數(shù)值及通常所說的交流電數(shù)值一般都是指有效值。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(3)平均值規(guī)定半個周期的正弦交流電平均值為正弦交流電的平均值。正弦電動勢、電壓和電流的平均值分別用符號Ep、Up、Ip表示。正弦交流量的平均值用半個周期的平均值表示電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版平均值與最大值之間的關(guān)系是:有效值與平均值之間的關(guān)系是:電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版3.相位與相位差(1)相位在式e=Emsin(ωt+φ0)中,(ωt+φ0)表示正弦量隨時間變化的角度,稱為相位角,也稱相位或相角,它反映了交流電變化的進程。式中φ0為正弦量在t=0時的相位,稱為初相位,也稱初相角或初相。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版初相為正初相為負相位的正負電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版在書寫瞬時值表達式及進行有關(guān)敘述時,相位及其相關(guān)概念有時可采用角度值表示,如上式所示。但由于角頻率ω的單位是rad/s,因此在進行相關(guān)計算時,應(yīng)注意先將單位制統(tǒng)一。角度值與弧度制的換算關(guān)系為1°=π/180rad。當(dāng)然,相位等概念也可以直接使用弧度制來表達。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(2)相位差兩個同頻率交流電的相位之差稱為相位差,用符號φ

表示,即超前和滯后同相反相正交電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版超前和滯后同相反相正交兩個同頻率交流電的相位關(guān)系電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版正弦交流電的最大值反映了正弦交流電的變化范圍,角頻率反映了正弦交流電的變化快慢,初相位反映了正弦交流電的起始狀態(tài)。它們是表征正弦交流電的三個重要物理量。最大值、角頻率和初相位稱為正弦交流電的三要素。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版【例】已知兩正弦電動勢分別是:。求:(1)各電動勢的最大值和有效值;(2)頻率、周期;(3)相位、初相位、相位差;(4)波形圖。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版四、正弦交流電的相量圖表示法兩個正弦交流電壓求和電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版相量圖也是正弦量的一種表示方法。其畫法是:(1)確定參考方向,一般以直角坐標(biāo)系X軸正方向為參考方向。(2)作一有向線段,其長度對應(yīng)正弦量的有效值,與參考方向的夾角為正弦量的初相。若初相為正,則用從參考方向逆時針旋轉(zhuǎn)得出的角度來表示；若初相為負,則用從參考方向順時針旋轉(zhuǎn)得出的角度來表示。相量圖電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版正弦量都可以用這樣一個長度對應(yīng)有效值、與參考方向夾角對應(yīng)初相的有向線段來表示,這個量稱為相量,一般用、、等符號來表示。將相同頻率的幾個正弦量的相量畫在同一個圖中,就可以采用平行四邊形法則來進行它們的加減運算。相量求和電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版應(yīng)用相量圖時注意以下幾點:1.同一相量圖中,各正弦交流電的頻率應(yīng)相同。2.同一相量圖中,相同單位的相量應(yīng)按相同比例畫出。3.一般取直角坐標(biāo)軸的水平正方向為參考方向,有時為了方便起見,也可在幾個相量中任選其一確定參考方向,并且不畫出直角坐標(biāo)軸。4.一個正弦量的相量圖、波形圖、解析式是正弦量的幾種不同的表示方法,它們有一一對應(yīng)的關(guān)系,但在數(shù)學(xué)上并不相等,如果寫成,則是錯誤的。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版一、相量圖表示法的由來旋轉(zhuǎn)矢量能完全反映正弦交流電的三要素及變化規(guī)律。為了與一般的空間矢量相區(qū)別,把表示正弦交流電的這一矢量稱為相量。旋轉(zhuǎn)矢量與波形圖的對應(yīng)關(guān)系電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版二、非正弦交流電方波三角波鋸齒波常見周期性非正弦交流電波形電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版矩形波正弦半波整流波正弦全波整流波常見周期性非正弦交流電波形電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版1.了解電容器的結(jié)構(gòu)和類型,理解容抗的概念，掌握電容“隔直流，通交流，阻低頻，通高頻”的特性。2.了解電感器的結(jié)構(gòu)和類型,理解感抗的概念,掌握電感“通直流，阻交流，通低頻，阻高頻”的特性。3.能正確使用萬用表大致判斷電容器和電感器的好壞?！?—2電容器和電感器電容器通常簡稱電容,電感器通常簡稱電感,它們都是儲能元件。一、電容器1.電容器的結(jié)構(gòu)、類型和符號電容器的基本結(jié)構(gòu)

紙介電容器電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版電容器的類型和符號電力電容器電解電容器金屬膜電容器滌綸電容器瓷片電容器云母電容器單連可變電容器雙連可變電容器微調(diào)電容器電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版2.電容器的主要參數(shù)(1)電容量電容量是指電容器儲存電荷的能力,也簡稱電容,它在數(shù)值上等于電容器在單位電壓作用下所儲存的電荷量,即電容量定義示意圖電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版電容是電容器的固有屬性,它只與電容器的極板正對面積、極板間距離以及極板間電介質(zhì)的特性有關(guān)；而與外加電壓的大小,電容器帶電多少等外部條件無關(guān)。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版設(shè)平行板電容器極板正對面積為S,兩極板間的距離為d,則平行板電容器的電容可按下式計算:ε稱為極板間電介質(zhì)的介電常數(shù),是電介質(zhì)自身的一個特性參數(shù),其單位是F/m。真空中的介電常數(shù)ε0,某種介質(zhì)的介電常數(shù)ε與ε0之比稱為該介質(zhì)的相對介電常數(shù),用εr表示。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(2)額定電壓電容器的額定電壓(也稱耐壓)是指,在規(guī)定溫度范圍內(nèi),可以連續(xù)加在電容器上而不損壞電容器的最大直流電壓或交流電壓的有效值。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版3.電容器的充電和放電(1)電容器的充電電容器充電充電電壓曲線充電電流曲線電容器的充電過程電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(2)電容器的放電電容器放電放電電壓曲線放電電流曲線電容器的放電過程電容器充放電達到穩(wěn)定值所需要的時間與R

和C

的大小有關(guān)。通常用R

和C

的乘積來描述,稱為RC電路的時間常數(shù),用τ

表示,即:電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版4.容抗—電容對交流電的阻礙作用當(dāng)電容器外接交流電時,電源與電容器之間不斷地充電和放電,電容器對交流電也會有阻礙作用,我們把電容對交流電的阻礙作用稱為容抗,用XC表示,容抗的單位也是歐姆（Ω）。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版容抗的計算式為電容的容抗與頻率的關(guān)系可以簡單概括為：隔直流,通交流,阻低頻,通高頻。因此電容也被稱為高通元件。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版5.電容器的連接(1)電容器的串聯(lián)即串聯(lián)電容器總電容的倒數(shù)等于各電容器的電容倒數(shù)之和。電容器串聯(lián)電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(2)電容器的并聯(lián)電容器儲存的總電荷量等于各電容器所帶電荷量之和。電容器并聯(lián)電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版二、電感器1.電感器的結(jié)構(gòu)、類型和符號空心電感器有磁心或鐵心的電感器微調(diào)電感器有中心抽頭的電感線圈電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版2.電感器的主要參數(shù)(1)電感(2)品質(zhì)因數(shù)（

Q

值）3.感抗—電感對交流電的阻礙作用電感對交流電的阻礙作用稱為感抗,用XL表示。感抗的單位也是歐姆(Ω)。感抗的計算式為電感的感抗與頻率的關(guān)系可以簡單概括為：通直流,阻交流,通低頻,阻高頻,因此電感也稱為低通元件。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版一、超級電容器超級電容器結(jié)構(gòu)

車用超級電容器電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版二、位移測量和液位測量液位檢測計

液位傳感器實物圖電容應(yīng)用于位置測量位移測量電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版1.了解純電阻交流電路、純電感交流電路、純電容交流電路中電壓與電流之間的相位關(guān)系和數(shù)量關(guān)系。2.理解交流電路中瞬時功率、有功功率和無功功率的概念。3.理解電感和電容的儲能特性?！?—3單一參數(shù)交流電路一、純電阻交流電路1.電流與電壓的關(guān)系(1)純電阻交流電路中,電阻中通過的電流也是一個與電壓同頻率的正弦交流電流,且與加在電阻兩端的電壓同相位。(2)在純電阻交流電路中,電流與電壓的瞬時值、最大值、有效值都符合歐姆定律。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版2.功率在任一瞬間,電阻中電流瞬時值與同一瞬間電阻兩端電壓的瞬時值的乘積,稱為電阻獲取的瞬時功率,用pR

表示,即電阻是一種耗能元件。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版電壓、電流相量圖電壓、電流、功率的波形圖純電阻交流電路電路圖電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版用電阻在交流電一個周期內(nèi)消耗的功率的平均值來表示功率的大小,稱為平均功率。平均功率又稱有功功率,用P

表示,單位仍是瓦特(W)。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版二、純電感交流電路1.電流與電壓的關(guān)系電壓、電流相量圖電壓、電流、功率的波形圖純電感交流電路電路圖電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版電流與電壓的有效值之間符合歐姆定律,即感抗只是電壓與電流最大值或有效值的比值,而不是電壓與電流瞬時值的比值,即,這是因為u

和i

的相位不同。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版2.功率瞬時功率在一個周期內(nèi)吸收的能量與釋放的能量相等,也就是說純電感電路不消耗能量,它是一種儲能元件。電路的平均功率為零。不同的電感與電源轉(zhuǎn)換能量的多少也不同,通常用瞬時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,單位是乏(Var)。其計算式為電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版無功功率并不是“無用功率”,“無功”的實質(zhì)是指能量發(fā)生互逆轉(zhuǎn)換,而元件本身并沒有消耗電能。實際上許多具有電感性質(zhì)的電動機裝、變壓器等設(shè)備都是根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換原理利用無功功率工作的。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版三、純電容交流電路1.電流與電壓的關(guān)系(1)在純電容交流電路中,電壓比電流滯后90°,即電流比電壓超前90°。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版電壓、電流相量圖電壓、電流、功率的波形圖純電容交流電路電路圖電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(2)電流與電壓的有效值之間符合歐姆定律,即2.功率由圖c所示功率曲線圖可知,電容也是一種儲能元件。純電容交流電路的平均功率為零,其無功功率為電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版1.理解交流電路中電抗、阻抗和阻抗角的概念。2.了解RLC串聯(lián)電路中電壓與電流之間的關(guān)系。3.了解RLC串聯(lián)諧振電路的特點及其應(yīng)用?！?—4

RLC串聯(lián)電路一、電壓與電流的關(guān)系RLC串聯(lián)電路RLC串聯(lián)電路電壓和阻抗示意圖電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版式中X=XL—XC稱為電抗,稱為阻抗,單位都是Ω。圖5—41中,φ

稱為阻抗角,它就是總電壓與電流的相位差,即電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版電壓與電流有效值的乘積定義為視在功率,用S表示,單位為伏安(V·A)。視在功率S

與有功功率P

和無功功率Q

的關(guān)系為式中cosφ=PS

稱為功率因數(shù)。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版電壓相量圖電壓三角形功率三角形RLC串聯(lián)電路的三個三角形阻抗三角形電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(1)電感性電路(2)電容性電路(3)諧振電路電容性電路相量圖諧振電路相量圖電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版二、串聯(lián)諧振1.諧振頻率2.品質(zhì)因數(shù)電路串聯(lián)諧振時,電感和電容兩端的電壓有可能大于電源電壓,因此串聯(lián)諧振也稱為電壓諧振。串聯(lián)電路的諧振曲線電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版在無線電技術(shù)中,常利用諧振電路從眾多的電磁波中選出我們所需要的信號,這一過程稱為調(diào)諧。收音機的調(diào)諧電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版一、RC移相電路uo滯后ui角φ

uo超前ui角φRC移相電路電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版二、熒光燈電路1.熒光燈電路的組成熒光燈電路的組成熒光燈的等效電路電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版2.熒光燈的啟輝過程(1)輝光放電(2)熱電子發(fā)射電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版(3)產(chǎn)生高電壓(4)

熒光燈點亮電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版1.了解RLC并聯(lián)電路中電壓與電流之間的相位關(guān)系和數(shù)量關(guān)系。2.了解RLC并聯(lián)諧振電路的特點和應(yīng)用。3.理解感性負載并聯(lián)電容提高功率因數(shù)的原理?！?—5

RLC并聯(lián)電路一、電壓與電流的關(guān)系RLC并聯(lián)電路第一支路(電阻、電感串聯(lián)支路)電流i1

的有效值為:滯后于u

的相位角為:。第二支路(電容支路)電流iC

的有效值為:iC超前于電壓u的相位角為:。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版1.相量圖電感性電容性電阻性RLC并聯(lián)電路相量圖電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版2.電路的三種性質(zhì)(1)電感性電路當(dāng)時，總電壓超前總電流。(2)電容性電路當(dāng)時，總電壓滯后總電流。(3)諧振電路當(dāng)時,總電壓和總電流同相位。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版二、并聯(lián)諧振1.并聯(lián)諧振的頻率諧振角頻率和諧振頻率近似為:2.并聯(lián)諧振的特點(1)電路的總阻抗最大,總電流最小(2)諧振時兩支路可能產(chǎn)生過電流并聯(lián)諧振也稱為電流諧振。電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版3.并聯(lián)諧振的應(yīng)用并聯(lián)諧振的應(yīng)用電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版三、提高功率因數(shù)的方法1.提高功率因數(shù)的意義功率因數(shù)是高壓供電線路的運行指標(biāo)之一,它反映了電源設(shè)備的容量利用率。功率因數(shù)可以用功率因數(shù)表測量。功率因數(shù)表電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版2.提高功率因數(shù)的方法(1)提高用電設(shè)備自身的功率因數(shù)(2)并接電容器補償?shù)蛪号潆姽裰械碾娙萜鹘M電工基礎(chǔ)(第五版)第五章勞動版本章小結(jié)1.正弦交流電的解析式(瞬時值表達式)為2.最大值、角頻率和初相位稱為正弦交流電的三要素。與三要素相關(guān)的主要概念還有:頻率

；周期；有效