第3章-正弦交流电路.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电工电子技术基础,（第五版）,“,十二五,”,职业教育国家规划教材,经全国职业教育教材审定委员会审定,正弦交流电路,第,3,章,主要,内容,案例 照明电路,3.1,正弦电压与电流,3.2,正弦量的相量表示法,3.3,交流电路基本元件与基本定律,3.4,单一参数的交流电路,3.5,电阻、电感与电容电路,3.6,功率与功率因数,3.7,谐振电路,3.8,三相正弦交流电路,【,案例,】,照明电路,第,3,章,1.,电路及工作过程,电源是工频交流,220V,电源，日光灯支路由镇流器、启辉器、日光灯管等组成，白炽灯支路有灯泡。开关闭合后，日光灯及灯泡会亮。,S,1,火,零,220V,S,2,镇流器,日光灯管,启辉器,2.,电路元器件,日光灯管,40W,一个,与,40W,灯管配用的镇流器、启辉器各一个,灯泡,220V 40W,一个,开关两个,220,交流电源、连接导线若干,【,案例,】,照明电路,第,3,章,3.,案例实施,认真检查元器件，确保元件完好。,按电路图接线，接线后对照电路，检查无误后，接上交流,220V,电源。接通开关，若日光灯和灯泡不亮，应查找故障，直至正常为止。,【,案例,】,照明电路,第,3,章,4.,案例思考,？,如果启辉器坏了，如何点亮日光灯？,【,案例,】,照明电路,第,3,章,？,若灯泡想实现两地控制。如何接线？,3.1.1,正弦交流电三要素,3.1,正弦电压与电流,第,3,章,正弦交流电流,恒定直流电流,i,t,i,O,i,t,i,O,频率、幅值和初相位称为正弦交流电的三要素。,幅值,周期,初相位,I,m,i,t,O,T,i,1.,最大值和有效值,2.,频率与周期,规定初相的绝对值不能超过,。,3.,初相位,3.1.1,正弦交流电三要素,3.1,正弦电压与电流,第,3,章,【,例,】,已知某正弦交流电压为,求该电压的最大值、频率、角频率、周期和初相位各为多少？,3.1.1,正弦交流电三要素,3.1,正弦电压与电流,第,3,章,电压,u,和电流,i,的相位差为,3.1.2,相位差,3.1,正弦电压与电流,第,3,章,j,0,，,相位上,u,比,i,超前,j,角,，,或,i,比,u,滞后,j,角。,u,i,j,u,j,t,O,j,i,i,u,同相,反相,3.1.2,相位差,3.1,正弦电压与电流,第,3,章,i,t,O,i,2,i,1,i,t,O,i,2,i,1,复平面上有向线段,复数的实部,复数的虚部,复数的模,辐角,j,1,a,b,r,j,A,3.2.1,复数,3.2,正弦量的表示法,第,3,章,复数的,极坐标形式,复数的,直角坐标形式,复数的模,复数的辐角,复数的实部,复数的虚部,3.2.1,复数,3.2,正弦量的表示法,第,3,章,加减运算,实部和虚部分别相加减,乘除运算,两模相乘，辐角相加,两模相除，辐角相减,3.2.1,复数,3.2,正弦量的表示法,第,3,章,最大值相量,有效值相量,相量图,j,i,j,u,3.2.2,正弦量的相量表达式,3.2,正弦量的表示法,第,3,章,相量图,j,i,j,u,3.2.2,正弦量的相量表达式,3.2,正弦量的表示法,第,3,章,【,例,】,已知某正弦交流电压为,1.,电容元件,电容的,单位,为法拉（,F,），常采用微法（,F,）和皮法（,pF,）作为其单位。,i,u,C,当电压、电流为关联参考方向时,电容元件储存的电场能量为,3.3.1,交流电路基本元件,3.3,交流电路基本元件与基本定律,第,3,章,2.,电感元件,当电压、电流为关联参考方向时,电感元件储存的磁场能量为,电感,单位,为亨利（,H,）。通常还有毫亨（,mH,）和微亨（,H,）。,i,L,u,3.3.1,交流电路基本元件,3.3,交流电路基本元件与基本定律,第,3,章,1.,基尔霍夫电流定律的相量形式,2.,基尔霍夫电压定律的相量形式,i,1,i,2,i,3,i,4,u,4,u,3,u,1,u,2,3.3.2,交流电路基本定律的相量形式,3.3,交流电路基本元件与基本定律,第,3,章,1.,元件的电压和电流关系,设,i,则,R,u,3.4.1,纯电阻电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,wt,2,u,i,波形图,i,u,电流有效值,相量关系,相量图,I,U,瞬时功率,O,wt,i,p u i,2.,电阻元件的功率,平均功率,3.4.1,纯电阻电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,u,p,1.,元件上电压和电流的关系,设,则,i,u,L,3.4.1,纯电感电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,波形图,wt,2,u,i,i,u,电压、电流的最大值、有效值关系,相量图,U,.,I,.,3.4.1,纯电感电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,2.,感抗,X,L,与,f,成正比。在直流电路中，电感元件可视作短路。,相量关系,i,u,瞬时功率,O,wt,p u i,3.,电感元件的功率,平均功率,无功功率,无功功率,Q,的单位是乏（,Var,）。,表示能量互换的规模。,瞬时功率的最大值定义为无功功率。,p,3.4.1,纯电感电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,【,例,】,把一个电感量为,0.35H,的线圈，接到 电源,求线圈中 电流瞬时值表达式。,3.4.1,纯电感电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,设,则,1.,元件上电压和电流的关系,i,u,C,3.4.3,纯电容电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,波形图,wt,2,u,i,i,u,电压、电流的最大值、有效值关系,相量图,U,.,I,.,3.4.3,纯电容电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,2.,容抗,X,C,与,f,成正反比。在直流电路中，电容可视为开路。,相量关系,u,i,瞬时功率,O,wt,p u i,3.,电容元件的功率,平均功率,无功功率,p,3.4.3,纯电容电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,【,例,】,把电容量为,40F,的电容器接到交流电源 上，通过电容器的电流为,，试求电容器两端的电压瞬时值表达式。,3.4.3,纯电容电路,3.4,单一参数的交流电路,第,3,章,1.,RLC,串联电路,电压电流关系,U,L,U,C,I,U,U,L,U,C,U,R,电压三角形,C,i,u,L,R,3.5.1,电阻、电感与电容串联电路,3.5,电阻、电感与电容电路,第,3,章,电抗,阻抗,阻抗的模,阻抗角,阻抗三角形,R,X,L,-X,C,Z,2.,电路中的阻抗,X,L,X,C,时，,X,0,，,0,，电路中电流滞后电压,角，电路呈感性。,X,L,X,C,时，,X,0,，,0,，电路中电压滞后电流,角，电路呈容性。,X,L,=,X,C,时，,X,=0,，,=0,，电路中电压与电流同相，电路呈阻性。,3.5.1,电阻、电感与电容串联电路,3.5,电阻、电感与电容电路,第,3,章,【,例,】,在,RLC,串联电路中，,若电源电压,，求电路的电流、电阻电压、电感电压和电容电压。,3.5.1,电阻、电感与电容串联电路,第,3,章,3.5,电阻、电感与电容电路,i,i,1,i,C,相量图,I,C,U,I,1,I,C,I,1,u,L,R,C,3.5.2,电阻、电感与电容并联电路,第,3,章,3.5,电阻、电感与电容电路,两个复数阻抗串联,两个复数阻抗并联,i,u,Z,1,i,1,i,2,Z,2,u,1,u,Z,1,u,2,Z,2,3.5.3,复数阻抗的串联和并联,第,3,章,3.5,电阻、电感与电容电路,1.,瞬时功率,3.6.1,正弦交流电路中的功率,第,3,章,3.6,电阻、功率与功率因数,cos,称为网络,功率因数，,称为,功率因数角,。,2.,平均功率,4.,视在功率,3.,无功功率,有功功率，无功功率和视在功率三者之间关系,S,P,Q,功率三角形,【,例,】,已知电阻,R,=30,，电感,L,=328mH,，电 容,C=,40F,，串联后接到电源上，,，求电路的,P,、,Q,和,S,。,3.6.1,正弦交流电路中的功率,第,3,章,3.6,电阻、功率与功率因数,电路的平均功率,电路的无功功率,电路的视在功率,提高功率因数常用的方法：,在电感性负载两端并联电容器。,功率因数低下主要会带来下面两个问题,1,）电源设备的容量不能充分利用,2,）增加线路的功率及电压损耗,3.6.2,功率因数的提高,第,3,章,3.6,电阻、功率与功率因数,I,C,U,I,1,I,C,I,2,1,并联电容器前有,并联电容器后有,并联电容值,i,u,L,R,C,i,1,i,C,【,例,】,图示电路中，电压,U,=220V,，感抗,X,L,=8,，电阻,R,=6,，容抗,X,C,=18,。求电流,I,1,、,I,C,、,I,，功率因数,cos,1,、,cos,2,。,i,u,L,R,C,i,1,i,C,3.6.2,功率因数的提高,第,3,章,3.6,电阻、功率与功率因数,谐振条件,谐振角频率,谐振频率,改变,、,L,或,C,可以使电路发生谐振或消除谐振。,C,i,u,L,R,3.7.1,串联谐振电路,第,3,章,3.7,谐振电路,（,1,）阻抗最小，电流最大，,I,o,=,U,/,R,。,（,2,）相量图,谐振电路分析,（,3,）当,X,L,=X,C,R,时，,U,L,和,U,C,都高于电源电压,U,。可能超过电源电压许多倍，所以,串联谐振也称电压谐振,。,U,L,U,C,I,U,U,R,3.7.1,串联谐振电路,第,3,章,3.7,谐振电路,品质因数,U,L,或,U,C,与电源电压,U,的比值，通常用品质因素,Q,来表示。,谐振曲线,在,RLC,串联谐振电路中，阻抗随频率的变化而改变，在外加电压不变的情况下，电流也将随频率变化，这一曲 线称为电流谐振曲线。,I,0,O,wt,I,(,f,),f,0,f,1,f,2,I,0,【,例,】,在电阻、电感、电容串联谐振电路中，,L,=0.05mH,，,C,=200pF,，品质因数,Q,=100,，交,流电压的有效值,U,=1mV,。试求：（,1,）电路的谐 振频率,f,0,。（,2,）谐振时电路中的电流,I,。,（,3,）电容上的电压,U,C,。,（,1,）电路的谐振频率,3.7.1,串联谐振电路,第,3,章,3.7,谐振电路,（,2,）品质因数,故电流为,（,3,）电容两端的电压是电源电压的,Q,倍，即,RLC,并联电路,RLC,并联谐振条件,i,u,L,R,i,R,i,L,C,i,C,3.7.2,并联谐振电路,第,3,章,3.7,谐振电路,谐振电路的总阻抗最大。,谐振时电路的总电流最小。,谐振时，回路端电压与总电流同相，电感支路和电容支路的电流远大于端口总电流，且大小近似相等、相位相反，均为总电流的,Q,倍。所以,并联谐振也称电流谐振,。,并联谐振的特点,RL,串联与,C,并联电路,谐振条件,谐振频率,i,u,L,R,C,i,1,i,C,3.7.2,并联谐振电路,第,3,章,3.7,谐振电路,三相交流电的产生就是指三相交流电动势的产生。,三个电动势的,表达式,为,三相交流电动势在任一瞬间其三个电动势的代数和及相量和为零。,3.8.1,三相正弦交流电源,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,绕组首端,绕组末端,u,U,u,V,u,W,U,1,U,2,V,1,V,2,W,1,W,2,三相电压的解析式,3.8.1,三相正弦交流电源,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,对应的相量形式,相量图,U,U,U,V,U,W,1.,三相电源的星形连接,U,1,U,2,V,2,V,1,W,1,W,2,中点,（零点）,U,V,W,N,N,中线,（零线）,相线,（端线）,u,U,u,V,u,W,u,UV,u,VW,u,WU,相电压,线电压,3.8.2,三相电源的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,30,U,U,相量图,U,VW,U,V,U,UV,-U,V,U,W,U,WU,线电压超前对应的相电压,30,。,3.8.2,三相电源的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,2.,三相电源的三角形连接,U,1,U,2,V,2,V,1,W,1,W,2,U,W,u,U,u,V,u,W,u,UV,u,VW,u,WU,V,U,U,相量图,U,VW,U,V,U,UV,U,W,U,WU,三相电源三角形连接只能提供一种电压。,3.8.2,三相电源的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,三相电源作三角形联接时，三相绕组联成一个闭合的回路。,所以,绕组中的环流为,0,。,在三相负载中，如果每相负载的,电阻均相等,，,电抗也相等,（且均为容抗或均为感抗），则称为,三相对称负载,。,3.8.3,三相负载的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,I,V,U,WN,I,U,I,W,相电流,I,N,线电流,中线电流,I,U,I,W,I,V,相电压,Z,U,Z,V,Z,W,W,U,V,N,1.,三相负载的星形联接,三相四线制,U,UN,U,VN,3.8.3,三相负载的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,负载的,相电压,就等于电源的相电压。,三相负载作星形连接时，,线电流等于相电流。,三相负载中每相负载的,相电流,为,中线电流,U,U,相量图,U,V,U,W,I,U,I,V,I,W,三相,负载对称,，三个线电流对称，中线电流为,0,。,3.8.3,三相负载的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,在三相对称电路中，当负载采用星形连接时，由于流过中线的电流为零，故三相四线制就可以变成,三相三线制,供电。如三相异步电动机及三相电炉等负载，当采用星形连接时，电源对该类负载就不需接中线。通常在高压输电时，由于三相负载都是对称的三相变压器，所以都采用三相三线制供电。,3.8.3,三相负载的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,若,负载不对称,，则三相电流不对称，流过中线的电流不为零，如果中线的阻抗不为零，则每相负载上的电压不再是三相对称电压；,若负载不对称，且中线断开,，则每相负载上的电压也不再是三相对称电压，有可能过高超过设备额定电压，导致严重的后果；也有可能低于设备额定电压，设备不能正常工作。因此，在三相四线制电路中，除要求,中线的阻抗尽可能小,，还必须要保证中线,可靠的接入电路,中。中线上,不允许安装开关或熔断器,，中线应当,使用机械强度较高的导线,。,2.,三相负载的三角形连接,I,V,U,WU,I,U,I,W,U,VW,相电流,线电流,I,UV,I,WU,I,VW,线电压,Z,U,Z,V,Z,W,W,U,V,U,UV,3.8.3,三相负载的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,负载的相电压,就是线电压。,若负载对称，则,相电流,相等。相位上互差,120,。,相电流,为,3.8.3,三相负载的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,线电流,线电流有效值与相电流有效值的关系,线电流滞后于对应相电流,30,3.8.3,三相负载的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,U,UV,相量图,U,VW,U,WU,I,UV,I,VW,I,WU,30,0,I,U,I,V,I,W,3.8.3,三相负载的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,【,例,】,有一三相对称负载，,Z,=80+j60,，,将它们连接星形或三角形，分别接到线电压为,380V,的对称三相电源上，试求：线电压、相电压、线电流和相电流各是多少。,（,1,）负载作,星形联接,负载的,相电压,为,负载的,相电流等于线电流,负载的,线电压,为,3.8.3,三相负载的连接,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,（,2,）负载作,三角形连接,负载的,相电压等于线电压,负载的,相电流,为,负载的,线电压,为,负载的,线电流,为,对称三相电路,三相有功功率,三相无功功率,对称三相电路,三相视在功率,对称三相电路,3.8.4,三相电路的功率,第,3,章,3.8,三相正弦交流电路,E-mail,：,dutpgz,网址,：,地址：大连市软件园路,80,号,大连理工大学出版社,谢谢观看,