《焊接電工》第4版 課件 第2單元 交流電路

第二章正弦交流電路主要內(nèi)容

返回目錄§2-3正弦交流電路中的元件

§2-4

電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路

§2-5三相交流電路

§2-1

正弦交流電的基本概念

★本章小結(jié)★§2-2

正弦交流電的表示方法

§2-6

安全用電

職業(yè)教育機械類專業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”新形態(tài)教材§2-1正弦交流電的基本概念§2-1正弦交流電的基本概念

一、正弦交流電的產(chǎn)生正弦交流電是指隨時間按照正弦規(guī)律發(fā)生變化的電壓或電流。正弦交流電通?？梢杂山涣靼l(fā)電機來產(chǎn)生。如圖2-1所示，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，切割磁力線，在線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。圖2-1交流發(fā)電如果在線圈轉(zhuǎn)動時外接負載，那么線圈和負載就可以構(gòu)成閉合回路，電路中就會有正弦電流通過?！?-1正弦交流電的基本概念

二、正弦交流電的三要素1．振幅值交流電在變化過程中，每一時刻的值都不同。正弦量在任一瞬時的值稱為瞬時值，用小寫字母表示，例如i、u、e分別表示電流、電壓和電動勢的瞬時值。瞬時值是時間的函數(shù)。瞬時值中最大的值稱為幅值或最大值，用帶m下標的大寫字母表示，如Im、Um、Em分別表示電流、電壓、電動勢的最大值。圖2-2是正弦電流的波形，它的數(shù)學表達式為§2-1正弦交流電的基本概念

2．周期與頻率正弦量按正弦規(guī)律完整變化一周所需時間（如圖2-2所示）稱為周期，用T表示，其單位是秒（s）。每秒內(nèi)變化的周數(shù)稱為頻率，用f表示，單位是赫茲（Hz）。周期與頻率互為倒數(shù)，即角頻率，單位是弧度/秒（rad/s）圖2-2正弦交流電的波形§2-1正弦交流電的基本概念

3．相位與初相位正弦電流一般表示為

相位，反映了正弦量隨時間變化的進程

初相位，簡稱初相。

圖2-3中兩個同頻率正弦量的相位角或初相角之差稱為相位差，用表示：當兩個同頻率正弦量的計時起點改變時，即圖2-3的縱軸左右移動時，和的相位和初相都跟著改變，但兩者之間的相位差仍保持不變。§2-1正弦交流電的基本概念

圖2-3u和i的相位差§2-1正弦交流電的基本概念

例2-1

已知A，A，求與的角頻率、周期、頻率、幅值、有效值、初相位和相位差，并作圖。圖2-4例2-1圖§2-1正弦交流電的基本概念

交流電流的有效值、交流電壓的有效值和交流電動勢的有效值分別用、和表示有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的，即：某一交流電流通過電阻在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量，與另一直流電流通過相同電阻在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則此直流電流的數(shù)值就作為交流電流的有效值。三、正弦交流電的有效值繼續(xù)返回§2-2正弦交流電的表示方法§2-2正弦交流電的表示方法

一、波形圖表示法

波形圖能夠表示正弦量，是因為它能反映出正弦量的三個要素。波形圖的最高點即是正弦量的幅值，從波形圖與橫軸的交點可以求出正弦量的周期，正弦波從負到正過零點的地方與坐標原點的距離就是初相。當零點在原點的左側(cè)時，初相ψ>0；當零點在原點的右側(cè)時，初相ψ<0。用波形圖表示正弦量形象、直觀，但不便于計算。二、三角函數(shù)表示法三角函數(shù)即為正弦量的解析表達式，它是正弦量表示最基本的方法，如：§2-2正弦交流電的表示方法

三、相量表示法

復平面（圖2-5）中從原點引一有向線段即表示一個復數(shù)，其實部為，虛部系數(shù)為，該復數(shù)的代數(shù)式為該有向線段的長度為

表示復數(shù)的大小，稱為復數(shù)的模。

角是該有向線段與實軸正向之間的夾角，稱為復數(shù)的幅角圖2-5復數(shù)表示法§2-2正弦交流電的表示方法

復數(shù)的三角函數(shù)表達式已知復數(shù)的模和幅角，就可以寫出復數(shù)的指數(shù)表達式，其形式為

相量表示法就是用復數(shù)的模表示正弦量的有效值或最大值，用復數(shù)的幅角表示正弦量的初相位。線性正弦交流電路中，各支路的電流、電壓的頻率都和電源的頻率相同。這些電流、電壓之間的加、減運算，可以歸結(jié)為同頻率正弦量的加減。

2．同頻率正弦量相加減§2-2正弦交流電的表示方法

繼續(xù)返回圖2-6例2-3電路圖§2-3正弦交流電路中的元件

§2-3正弦交流電路中的元件

這種只有某一個參數(shù)（、或）單獨作用的電路，稱為單一元件電路。一、純電阻元件交流電路（圖2-7）

或

瞬時功率§2-3正弦交流電路中的元件圖2-7純電阻元件的交流電路a)電路圖b)電壓、電流波形圖c)電壓、電流相量圖d)功率波形圖§2-3正弦交流電路中的元件二、純電感元件交流電路（圖2-8）

純電感電路中如果加直流電壓，則因其電阻為零，所以將呈現(xiàn)短路狀態(tài)；如果加正弦交流電壓，則電路中將有正弦電流通過。平均功率在純電感元件的交流電路中，在相位上電壓比電流超前90o。§2-3正弦交流電路中的元件圖2-8純電感元件的交流電路a)電路圖b)電壓與電流波形圖c)電壓與電流相量圖d)功率波形§2-3正弦交流電路中的元件在純電感元件的交流電路中，電壓的幅值（或有效值）與電流的幅值（或有效值）之比為。顯然它的單位為歐姆（Ω）。當電壓一定時，越大，則電流越小?？梢娝哂凶璧K交流電流的性質(zhì)，故稱為感抗，用表示或感抗與成正比，與頻率成正比。因此，當一定時，電感對頻率越高的電流阻礙作用越大，而對直流電流（因其=0）=0，故電感對直流相當于短路。這就是所謂電感的“通直隔交”作用?！?-3正弦交流電路中的元件本題的相量圖如圖示2-9所示。圖2-9例2-5中的相量圖§2-3正弦交流電路中的元件三、純電容元件交流電路（圖2-10）在純電容元件交流電路中，在相位上電壓比電流滯后90?或

容抗與成反比，與頻率成反比。因此，當一定時，頻率越高的電流越易通過電容，即電容元件對高頻電流表現(xiàn)的容抗很小，而對直流電流，因，呈現(xiàn)的容抗，這就是所謂電容的“通交隔直”作用?！?-3正弦交流電路中的元件圖2-10純電容元件的交流電路a)電路圖b)電壓與電流波形圖c)電壓與電流相量圖d)功率波形§2-3正弦交流電路中的元件相量表示在純電容元件的交流電路中，沒有能量消耗，只有電源與電容元件間的能量交換。表示電壓的有效值等于電流的有效值與容抗的乘積

是一個幅值為，并以2的角頻率隨時間變化的交變量

§2-3正弦交流電路中的元件圖2-11例2-6的相量圖其相量圖如圖2-11所示。繼續(xù)返回§2-4電阻、電感、電容元件

串聯(lián)的交流電路圖2-12電阻、電感與電容串聯(lián)的交流電路

a)電路圖b)相量圖§2-4

電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路

一、串聯(lián)電路電阻、電感、電容元件組成的串聯(lián)電路，簡稱串聯(lián)電路。

§2-4電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路

稱為串聯(lián)電路的阻抗，它具有對交流電流起阻礙作用的性質(zhì)，其單位也是歐姆（Ω）。電源電壓與電流之間的相位差（圖2-13b）

在一定的頻率下：①如果，則>0，說明電路總電壓超前電流，此種情況電路呈電感性；②如果，則<0，電路總電壓滯后電流，電路呈電容性；③如果，則=0，電路總電壓與電流同相，電路呈純電阻性。

二、阻抗及阻抗三角形§2-4電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路圖2-13串聯(lián)電路中的三個三角形a)阻抗三角形b)電壓三角形c)功率三角形§2-4電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路用相量表示電壓與電流的關(guān)系，則為

三、電壓與電流的相位關(guān)系§2-4電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路串聯(lián)交流電路的無功功率為

功率因數(shù)視在功率單位V·A或kV·A繼續(xù)返回功率三角形如圖2-13c§2-5三相交流電路§2-5三相交流電路

一、三相電動勢三相交流電路是由三個單相交流電路組成。這三個單相交流電路的電動勢最大值相等，頻率相同，相位彼此各自相差120?，即

由圖2-14可知，三相對稱電動勢的瞬時值之和恒等于零，即。

圖2-14三相電動勢的波形圖與相量圖§2-5三相交流電路二、三相電源繞組的聯(lián)結(jié)圖2-15三相電源繞組的星形聯(lián)結(jié)相電壓線電壓中性點零線火線§2-5三相交流電路圖2-16電源繞組星形接法時線電壓與相電壓的相量圖線電壓與相電壓的大小關(guān)系也可從相量圖上得出或

§2-5三相交流電路三、三相負載的聯(lián)結(jié)1．三相負載的星形聯(lián)結(jié)三相電路中每相負載中的電流稱為相電流，記為，每根相線中的電流稱為線電流，記為。在三相負載為星形聯(lián)接時，相電流即為線電流，即圖2-17負載星形聯(lián)結(jié)的完整三相四線制電路§2-5三相交流電路2．三相負載的三角形聯(lián)結(jié)圖2-18三相負載的三角形聯(lián)結(jié)§2-5三相交流電路三相負載對稱時的相量圖如圖2-19所示。由圖中可見，顯然線電流也是對稱的。線電流在相位上比對應(yīng)的相電流滯后30?。圖2-19三相負載對稱的三角形聯(lián)結(jié)時電壓與電流相量圖§2-5三相交流電路★結(jié)論：當三相對稱負載作三角形聯(lián)結(jié)時，如果三相電源對稱，則三相負載的相電壓、相電流也對稱。其負載相電壓為對應(yīng)的電源線電壓，相線中的線電流是負載中相電流的倍，各線電流在相位上比對應(yīng)的相電流滯后30?。

3．三相功率三相交流電路可以看成是三個單相電路的組合。因此，三相交流電路總的有功功率必等于各相有功功率之和，即相位差相電壓相電流§2-5三相交流電路繼續(xù)返回當三相對稱負載為三角形聯(lián)結(jié)時:

無功功率:視在功率:當三相對稱負載為星形聯(lián)結(jié)時:

§2-6安全用電§2-6安全用電

。

一、觸電事故用電中可能發(fā)生各種不同形式的觸電事故，從總的情況來看，常見的觸電形式有如下幾種：1）接觸了帶電體。這種觸電往往是由于用電人員缺乏用電知識或在工作中不注意，不按有關(guān)規(guī)章和安全工作距離辦事等，直接觸碰裸露在外面的導電體。這種觸電是最危險的。2）由于某些原因，電氣設(shè)備絕緣受到了破壞而漏電，用電人員沒有及時發(fā)現(xiàn)或是疏忽大意，觸碰了漏電的設(shè)備。3）由于外力的破壞等原因，使送電的導線斷落在地上，導線周圍有大量擴散電流向大地流入，人行走時跨入了有危險電壓的范圍，造成跨步電壓觸電?！?-6安全用電

4）高壓送電線路處于大自然環(huán)境中，由于風力的摩擦或與其他帶電導線并架等原因而受到感應(yīng)，在導線上帶了靜電，工作時不注意或未采取相應(yīng)措施，上桿作業(yè)時觸碰帶有靜電的導線而觸電。二、影響觸電傷害程度的因素根據(jù)大量觸電事故資料的分析和實驗證實，觸電所引起的傷害程度與下列因素有關(guān)：1）人體電阻的大小2）電流的大小3）電流通過時間的長短§2-6安全用電

三、觸電方式1）單相觸電2）兩相觸電3）跨步電壓觸電4）接觸電壓觸電5）感應(yīng)電壓觸電6）剩余電荷觸電§2-6安全用電

四、家庭安全用電措施1）不要購買“三無”的假冒偽劣家用產(chǎn)品。2）使用家電時應(yīng)有完整可靠的電源線插頭。對金屬外殼的家用電器都要采用接地保護。3）不能在地線上和零線上裝設(shè)開關(guān)和保險絲。禁止將接地線接到自來水、煤氣管道上。4）不要用濕手接觸帶電設(shè)備，不要用濕布擦抹帶電設(shè)備。5）不要私拉亂接電線，不要隨便移動帶電設(shè)備。6）檢查和修理家用電器時，必須先斷開電源。7）家用電器的電源線破損時，要立即更換或用絕緣布包扎好。8）家用電器或電線發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)先斷開電源再滅火?！?-6安全用電

五、焊接安全用電措施1）所有焊接中使用的各種焊機應(yīng)放在通風，干燥的地方，放置平穩(wěn)。需露天作業(yè)的，要做好防雨，防雪工作。2）焊接設(shè)備的安裝、修理和檢查應(yīng)由電工進行，焊工不得私自拆修。焊機發(fā)生故障時，應(yīng)立即拉下電源閘刀，通知電工檢修。3）焊接作業(yè)前，應(yīng)先檢查焊機外殼接地（或接零）是否可靠，電纜接線是否良好，否則，不得合閘作業(yè)。4）推拉電源閘刀開關(guān)，必須戴絕緣干燥的皮手套且頭部偏斜，站在左側(cè)、推拉動作要快，以防面部被電火花灼傷。5）起動焊機時，焊鉗與焊件不能接觸