2正弦交流电路解析.pptx

2.1 2.1 电容器和电感线圈电容器和电感线圈2.2 2.2 正弦交流电及其相量表示正弦交流电及其相量表示2.3 2.3 电阻电感电容在交流电路中的特性电阻电感电容在交流电路中的特性2.4 RLC2.4 RLC串连电路串连电路2.5 2.5 感性负载与电容的并联电路感性负载与电容的并联电路 功率因数的提高功率因数的提高 2.6 2.6 三相三相交流电路交流电路 第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路本章要点本章要点1.1.电容器和电感线圈的基本特性及应用常识。电容器和电感线圈的基本特性及应用常识。2.2.正弦交流电的有效值、角频率、相位与相位差的正弦交流电的有效值、角频率、相位与相位差的概念概念。3.R3.R、L L、C C单一元件上，正弦电流与电压约束关系。单一元件上，正弦电流与电压约束关系。4.4.分析和计算简单正弦交流电路，理解改善功率因分析和计算简单正弦交流电路，理解改善功率因数的意义。数的意义。5.5.三相电源与负载的联结方法，能进行一般的分析三相电源与负载的联结方法，能进行一般的分析计算。计算。第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.1 2.1 电容器和电感线圈电容器和电感线圈一、电容器一、电容器1.电容器的基本特性电容器的基本特性定义电容为电容器是用来储存电荷的装置 电荷，库仑电压，伏特电容，法拉图形符号 2.电容器的种类电容器的种类3.电容器的主要参数电容器的主要参数标称容量 耐压 4.电容器的串联和并联电容器的串联和并联 串联串联 特性：特性：1）每个电容器上的电荷量相等 2）总电压等于各电容器电压之和 3）等效电容倒数为各电容倒数和。4）各电容器分得的电压与其电容量成反比 4.电容器的串联和并联电容器的串联和并联 特性：特性：1）每个电容器上的电压相等2）总电荷等于各电容器电荷之和 3）等效电容为各电容之和。并联并联 5.电容器的充电和放电电容器的充电和放电充电和放电电路充电和放电电路充电曲线充电曲线放电曲线放电曲线汽车电容式闪光器电路汽车电容式闪光器电路 二、电感线圈二、电感线圈1.电感线圈的基本特性电感线圈的基本特性磁链电流电感，亨图形符号 定义线圈电感为-u+i NL=N L2.电感线圈的电压和电流关系电感线圈的电压和电流关系2.2 2.2 正弦交流电流及其相量表示正弦交流电流及其相量表示一、正弦交流电的三要素一、正弦交流电的三要素：电流幅值（最大值）电流幅值（最大值）：角频率（弧度角频率（弧度/秒）秒）：初相初相三要素三要素i1.最大值与有效值最大值与有效值有效值与最大值的关系为 有效值可以代替最大值作为正弦交流电的三要素之一。我们平时所说的交流电的大小和交流电压表、电流表的读数等，都是指有效值。2频率与周期频率与周期 周期周期 T：变化一周所需的时间：变化一周所需的时间 单位：秒单位：秒(s)(s)角频率角频率：每秒变化的弧度：每秒变化的弧度 单位：弧度单位：弧度/秒秒(rad/s)(rad/s)频率频率 f：每秒变化的次数：每秒变化的次数 单位：赫兹单位：赫兹(Hz)(Hz).iT几种描述：几种描述：三者间的关系三者间的关系:3.相位与初相相位与初相 初相位初相位 ：t=0 时的相位，称为初相位相位相位：正弦波的正弦波的4.相位差相位差 相位差相位差 ：两个：两个同频率同频率 正弦量间的初相位之差。正弦量间的初相位之差。t如：如：两个正弦信号的相位关系两个正弦信号的相位关系波形图 若称 u 超前 i 角；若称 u 滞后 i 角；u,iouitwu,iouitw两个正弦信号的相位关系两个正弦信号的相位关系波形图 若称 u 与 i 同相；若称 u 与 i 反相；u,iouitwu,iouitw波形图 若称 u 与 i 正交。两个正弦信号的相位关系两个正弦信号的相位关系u,iouitw二、正弦交流电的相量表示二、正弦交流电的相量表示 解析式解析式因前两种不便于运算，所以引出相量表示法。因前两种不便于运算，所以引出相量表示法。波形图波形图i 相量相量重点重点有效值相量，相量符号 包含幅度与相位信息。所谓相量表示法相量表示法就是用模值等于正弦量的最大值（或有效值），辐角等于正弦量的初相的复数对应地表示相应的正弦量。1j幅值相量，相量图相量图 相量图相量图 将同频率正弦量的相量画在复平面上将同频率正弦量的相量画在复平面上 所得的图叫做相量图所得的图叫做相量图。例例 试写出下列正弦量的相量并作出相量图。相量图 0 0解：解：2.3 2.3 RLC RLC 在交流电路中的特性在交流电路中的特性一、电阻元件一、电阻元件1.1.电压与电流关系电压与电流关系i+u -uiuti0 0相量图相量图电阻元件的关联参考方向、波形图和相量图 有效值关系：有效值关系：U=RI 相位关系：相位关系：相位相同相位相同相量相量2.2.电路的功率和能量转换电路的功率和能量转换 瞬时功率瞬时功率 平均功率平均功率 ppiutu,i0 0P P=UIPm=UmIm二、电感元件二、电感元件1.1.电压与电流关系电压与电流关系有效值关系：有效值关系：XL:感抗，单位相位关系：相位关系：电压超前电流电压超前电流90相量关系式：相量关系式：2.2.电路的功率和能量转换电路的功率和能量转换 瞬时功率瞬时功率 平均功率平均功率 ipputu,i0 0+-QL 无功功率无功功率 无功功率单位乏尔（Var）三、电容元件三、电容元件1.1.电压与电流关系电压与电流关系有效值关系：有效值关系：相位关系：相位关系：电流超前电压电流超前电压90相量关系式：相量关系式：或或XC:容抗，单位2.2.电路的功率和能量转换电路的功率和能量转换 瞬时功率瞬时功率 平均功率平均功率 无功功率无功功率 无功功率单位乏尔（Var）ipputu,i+-QC 2.4 2.4 RLC RLC 串联电路串联电路一、一、电压与电流关系电压与电流关系uRLCi相量关系式：相量关系式：复阻抗：复阻抗：电抗 电阻阻抗的单位为欧姆（阻抗的单位为欧姆（）因此：因此：复阻抗：复阻抗：阻抗的模：电路总电压和总电流有效值之比阻抗角：总电压和总电流的相位差。相量形式的欧姆定律阻抗三角形阻抗三角形电路的性质电路的性质当当XLXC时，时，0 表示表示 u 超前超前 i 电路呈感性电路呈感性当当XLXC时，时，0 表示表示 u 滞后滞后 i 电路呈容性电路呈容性当当XL=XC时，时，=0 表示表示 u、i 同相电路呈纯阻性（谐振）同相电路呈纯阻性（谐振）阻抗角阻抗角 一定时，一定时，电路性质由电路性质由参数决定参数决定二、二、RLC串连电路的功率 平均功率平均功率 总电压总电压总电流总电流u 与与 i 的相位差或的相位差或该电路的阻抗角该电路的阻抗角-功率因数功率因数 二、二、RLC串连电路的功率 无功功率无功功率 视在功率视在功率(单位：单位：VA)VA)视在功率也称功率容量，交流电气设备是按照规定了的额定电压UN 和额定电流IN 来设计使用的。变压器的容量就是以额定电压和额定电流的乘积来表示的即SN=UNIN。QPSj功率三角形功率三角形 三、三、串连谐振uRLCi 当X=XL-XC=0时,电路相当于“纯电阻”电路,其总电压U和总电流I同相。电路出现的这种现象称为“谐振”。uRLCi 谐振条件：谐振条件：感抗感抗=容抗容抗 谐振频率：谐振频率：谐振角频率谐振角频率谐振频率谐振频率 谐振特性谐振特性 1.1.电路呈电阻性，电路电压与电流同相电路呈电阻性，电路电压与电流同相 2.2.电路阻抗的模最小，电流达到最大值电路阻抗的模最小，电流达到最大值 3.3.谐振时，电感和电容两端的电压大小相谐振时，电感和电容两端的电压大小相等，相位相反，互相抵消，对整个电路不等，相位相反，互相抵消，对整个电路不起作用起作用。2.5 2.5 功率因数的提高功率因数的提高一、一、提高功率因数的意义 电源设备的容量不能得到充分的利用电源设备的容量不能得到充分的利用 增加了线路上的功率损耗和电压降增加了线路上的功率损耗和电压降二、二、提高功率因数的方法 提高功率因数，常用的方法是与感性负载并联电容器。+-RLC并联电容C的计算公式 2.6 2.6 三相交流电路三相交流电路一、三相电动势的产生一、三相电动势的产生U1U2V2W1V1SN 转子转子定子定子三相交流电的产生三个绕三个绕组空间组空间位置互位置互隔隔120W2U1 U2V1 V2W1 W2相头相头相尾相尾定子中的三个绕组：每个绕组的感应电压相当于一个单相电源U1U2V1V2W1W2 三相交流发电机产生三个频率相同，幅值相等，对于选定的参考方向相位依次相差120的一组正弦电压-对称三相电动势。瞬时式相量式Em t0120120120 从计时起点开始三相交流电依次出现正幅值（或零值）的顺序称为相序。正序正序：UVWU，反序反序：UWVU，对称三相电动势的瞬时值之和或相量之和为零 相序相序 二、三相电源的联结二、三相电源的联结1.1.三相电源星形（三相电源星形（Y）联结）联结 将三个绕组末端接在一起，从始端引出三根导将三个绕组末端接在一起，从始端引出三根导线，这种联结方法称为星形联结。线，这种联结方法称为星形联结。星形联结星形联结简化图简化图端线端线端线端线端线端线相线相线星形联结下的两组电压星形联结下的两组电压 相电压：相线与中线间的电压，u1，u2，u3。线电压：端线与端线间的电压，u12，u23，u31。星形联结下的两组电压星形联结下的两组电压 线电压与相电压的关系相电压的关系有效值关系：有效值关系：相位关系：相位关系：线电压超前相电压线电压超前相电压30二、三相电源的联结二、三相电源的联结2.2.三相电源三角形（三相电源三角形（）联结）联结 将三个绕组首尾相连并引出三根导线，这种联将三个绕组首尾相连并引出三根导线，这种联结方法称为三角形联结。结方法称为三角形联结。三角形联结三角形联结注意：注意：三角形联结下只能提供三角形联结下只能提供一组线电压一组线电压三、三相电源和负载的联结三、三相电源和负载的联结1.1.三相负载的星形（三相负载的星形（Y）联结）联结 负载相电压：uU，uV，uW 负载相电流：iU，iV，iW负载相电流等于线电流 中线电流：iN负载对称时，中线电流为零，此时，取消中线不会影响各相负载工作。注意：注意：在三相不对称负载作星形联结时，各相负载在三相不对称负载作星形联结时，各相负载经过中线构成独立回路，负载可以在额定电压下正常经过中线构成独立回路，负载可以在额定电压下正常工作。而中线一旦断开，各相负载电压将不再对称，工作。而中线一旦断开，各相负载电压将不再对称，负载可能损坏或不能正常工作。因此负载可能损坏或不能正常工作。因此，中线不允许中线不允许接熔丝和开关接熔丝和开关以确保中线不断，构成三相四线制。以确保中线不断，构成三相四线制。三、三相电源和负载的联结三、三相电源和负载的联结2.2.三相负载的三角形（三相负载的三角形（）联结）联结 负载相电压等于线电压 负载相电流：iUV，iVW，iWU相电流与线电流的关系：三相对称负载作三角形（三相对称负载作三角形（）联结时，）联结时，线电流是相电流的线电流是相电流的 倍倍 四、三相电功率四、三相电功率当负载对称时，三相总功率为 为相电压与相电流之间的相位差或负载的阻抗角或同理可得出对称三相电路无功功率无功功率及视在功率视在功率注:因为线电压及线电流容易测得，而且三相设备铭牌标的也是线电压和线电流。所以功率多由线电压和线电流算得。例：例：三相交流异步电动机每相阻抗为三相交流异步电动机每相阻抗为10，额定，额定相电压为相电压为380V，功率因数为，功率因数为0.6。电源的线电压。电源的线电压为为380V。分别计算电动机接成星形和三角形时的。分别计算电动机接成星形和三角形时的线电流和功率。（线电流和功率。（2）电动机正常工作时，应采）电动机正常工作时，应采用哪种接法？用哪种接法？解：电动机接成星形时 电动机接成三角形时 说明：要使负载正常工作，负载的接法必须正确，若正常工作是星形联结而误接成三角形，将因每相负载承受过高电压，导致功率过大而烧毁；若正常工作是三角形联结而误接成星形，则因功率过小而不能正常工作。该例中，电动机额定电压为380V，因此应作三，因此应作三角形连接。角形连接。该例说明，三角形联结时的相电压是星形联结时的倍，而总的有功功率是星形联结时的3倍。同理可得有功功率功率因数相电流有功功率 比较两种结果倍相电压（2）负载为星形联结时