正弦交流电的基本概念.ppt

正弦交流电的基本概念现在学习的是第1页，共27页第七章正弦交流电的基本概念第七章正弦交流电的基本概念 教学重点教学重点1了解正弦交流电的产生。了解正弦交流电的产生。2掌握表征正弦交流电的三要素：振幅、角频率、初相位。掌握表征正弦交流电的三要素：振幅、角频率、初相位。3理解交流电的周期、频率、有效值、相位与相位差等概念。理解交流电的周期、频率、有效值、相位与相位差等概念。4掌握正弦交流电流、电压的表示法掌握正弦交流电流、电压的表示法(解析式、波形图、相量图解析式、波形图、相量图等等)。教学难点教学难点1.理解相位差的概念。理解相位差的概念。2.掌握正弦量的相量图。掌握正弦量的相量图。现在学习的是第2页，共27页学时分配学时分配序号序号内容内容学时学时1第一节交流电的产生第一节交流电的产生 12第二节表征交流电的物理量第二节表征交流电的物理量 13第三节交流电的表示法第三节交流电的表示法 24实验实验 7.1用示波器观察交流电的波形用示波器观察交流电的波形 15本章小结本章小结16本章总学时本章总学时 6现在学习的是第3页，共27页第七章正弦交流电的基本概念第七章正弦交流电的基本概念第一节交流电的产生第一节交流电的产生第二节表征交流电的物理量第二节表征交流电的物理量第三节交流电的表示法第三节交流电的表示法本章小结本章小结现在学习的是第4页，共27页第一节交流电的产生第一节交流电的产生一、交流电的产生一、交流电的产生二、正弦交流电二、正弦交流电现在学习的是第5页，共27页如果电流的大小及方向都随时间做周期性变化，并且在一个如果电流的大小及方向都随时间做周期性变化，并且在一个周期内的平均值为零的电流称为周期内的平均值为零的电流称为交流电交流电。动画动画 M7-1 交流电的产生交流电的产生一、交流电的产生一、交流电的产生现在学习的是第6页，共27页二、正弦交流电二、正弦交流电大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势正弦交流电流、电压、电动势，在某一时刻，在某一时刻 t 的瞬的瞬时值可用三角函数式时值可用三角函数式(解析式解析式)来表示，即来表示，即 i(t)=Imsin(t i 0)u(t)=Umsin(t u0)e(t)=Emsin(t e0)现在学习的是第7页，共27页i(t)=Imsin(t i0)u(t)=Umsin(t u0)e(t)=Emsin(t e0)式中，式中，Im、Um、Em 分别叫做交流电流、电压、电动势的分别叫做交流电流、电压、电动势的振幅振幅(也叫做也叫做峰值或最大值峰值或最大值)，电流的单位为安培，电流的单位为安培(A)，电压和电动势的单位为伏，电压和电动势的单位为伏特特(V)；叫做交流电的叫做交流电的角频率角频率，单位为弧度，单位为弧度/秒秒(rad/s)，它表征正弦交，它表征正弦交流电流每秒内变化的电角度；流电流每秒内变化的电角度；i0、u0、e0 分别叫做电流、电压、电分别叫做电流、电压、电动势的动势的初相位初相位或或初相初相，单位为弧度，单位为弧度 rad 或度或度()，它表示初始时刻，它表示初始时刻(t=0 时时)正弦交流电所处的电角度。正弦交流电所处的电角度。振幅、角频率、初相这三个参数叫做正弦交流电的振幅、角频率、初相这三个参数叫做正弦交流电的三要素三要素。任何正弦。任何正弦量都具备三要素。量都具备三要素。现在学习的是第8页，共27页第二节表征交流电的物理量第二节表征交流电的物理量一、周期与频率一、周期与频率二、有效值二、有效值三、相位和相位差三、相位和相位差现在学习的是第9页，共27页1周期周期正弦交流电完成一次循环变化所用的时间叫做正弦交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期周期，用字母，用字母 T 表示表示，单位为秒：，单位为秒：s。显然正弦交流电流或电压相邻的两个最大值。显然正弦交流电流或电压相邻的两个最大值(或相或相邻的两个最小值邻的两个最小值)之间的时间间隔即为周期，由三角函数知识可知之间的时间间隔即为周期，由三角函数知识可知 2 T一、周期与频率一、周期与频率现在学习的是第10页，共27页2频率频率 =2 f交流电周期的倒数叫做交流电周期的倒数叫做频率频率(用符号用符号 f 表示表示)，即，即Tf1 它表示正弦交流电流在单位时间内作周期性循环变化的次数，即它表示正弦交流电流在单位时间内作周期性循环变化的次数，即表征交流电交替变化的表征交流电交替变化的速率速率(快慢快慢)。频率的国际单位制是：赫兹。频率的国际单位制是：赫兹(Hz)。角频率与频率之间的关系为角频率与频率之间的关系为 现在学习的是第11页，共27页在电工技术中，有时并不需要知道交流电的瞬时值，而规定一在电工技术中，有时并不需要知道交流电的瞬时值，而规定一个能够表征其大小的特定值个能够表征其大小的特定值有效值有效值，其依据是交流电流和直流，其依据是交流电流和直流电流通过电阻时，电阻都要消耗电能电流通过电阻时，电阻都要消耗电能(热效应热效应)。设正弦交流电流设正弦交流电流 i(t)在一个周期在一个周期 T 时间内，使一电阻时间内，使一电阻R 消耗消耗的电能为的电能为 QR，另有一相应的直流电流，另有一相应的直流电流 I 在时间在时间 T 内也使该电阻内也使该电阻 R 消耗相同的电能，即消耗相同的电能，即 QR=I2RT。二、有效值现在学习的是第12页，共27页 就平均对电阻作功的能力来说，这两个电流就平均对电阻作功的能力来说，这两个电流(i 与与 I)是等效的，则是等效的，则该直流电流该直流电流 I 的数值可以表示交流电流的数值可以表示交流电流 i(t)的大小，于是把这一特定的大小，于是把这一特定的数值的数值 I 称为交流电流的有效值。理论与实验均可证明，正弦交流电流称为交流电流的有效值。理论与实验均可证明，正弦交流电流 i 的有效值的有效值 I 等于其振幅等于其振幅(最大值最大值)Im 的的 0.707 倍，即倍，即 0.707=2 mmIII mm0.7072UUU mm0.7072EEE 正弦交流电压的有效值为正弦交流电压的有效值为正弦交流电动势的有效值为正弦交流电动势的有效值为现在学习的是第13页，共27页例如正弦交流电流例如正弦交流电流 i=2sin(t30)A 的有效值的有效值I=20.707=1.414 A，如果通过，如果通过 R=10 的电阻时，在一秒时的电阻时，在一秒时间内电阻消耗的电能间内电阻消耗的电能(又叫做平均功率又叫做平均功率)为为P=I2R=20 W，即与，即与 I=1.414 A 的直流电流通过该电阻时产生相的直流电流通过该电阻时产生相同的电功率。同的电功率。我国工业和民用交流电源的有效值为我国工业和民用交流电源的有效值为 220 V、频率为、频率为50 Hz，因，因而通常将这一交流电压简称为而通常将这一交流电压简称为工频电压工频电压。因为正弦交流电的有效值与最大值因为正弦交流电的有效值与最大值(振幅值振幅值)之间有确定的比例系之间有确定的比例系数，所以有效值、频率、初相这三个参数也可以合在一起叫做正弦数，所以有效值、频率、初相这三个参数也可以合在一起叫做正弦交流电的三要素。交流电的三要素。现在学习的是第14页，共27页三、相位和相位差三、相位和相位差任意一个正弦量任意一个正弦量 y=Asin(t 0)的的相位相位为为(t 0)，本章只，本章只涉及两个同频率正弦量的相位差涉及两个同频率正弦量的相位差(与时间与时间 t 无关无关)。设第一个正弦量的初。设第一个正弦量的初相为相为 01，第二个正弦量的初相为，第二个正弦量的初相为 02，则这两个正弦量的，则这两个正弦量的相位差相位差为为 12=01 02并规定并规定|12|180 或或|12|现在学习的是第15页，共27页在讨论两个正弦量的相位关系时：在讨论两个正弦量的相位关系时：(1)当当 12 0 时，称第一个正弦量比第二个正弦量时，称第一个正弦量比第二个正弦量越前越前(或或超前超前)12；(2)当当 12 0 时，称第一个正弦量比第二个正弦量时，称第一个正弦量比第二个正弦量滞后滞后(或或落落后后)|12|；(3)当当 12=0 时，称第一个正弦量与第二个正弦量时，称第一个正弦量与第二个正弦量同相同相如图如图 7-1(a)；(4)当当 12=或或 180 时，称第一个正弦量与第二个正弦量时，称第一个正弦量与第二个正弦量反相反相如图如图 7-1(b)；(5)当当 12=或或 90 时，称第一个正弦量与第二个时，称第一个正弦量与第二个正弦量正弦量正交正交。2 现在学习的是第16页，共27页 图图 7-1相位差的同相与反相波形相位差的同相与反相波形 例如已知例如已知 u=311sin(314t 30)V，i=5sin(314t 60)A，则，则 u 与与 I 的相位差为的相位差为 ui=(30)(60)=90，即，即 u 比比 I 滞后滞后 90，或，或 I 比比 u 超前超前90。现在学习的是第17页，共27页第三节交流电的表示法第三节交流电的表示法一、解析式表示法一、解析式表示法二、波形图表示法二、波形图表示法三、相量图表示法三、相量图表示法现在学习的是第18页，共27页一、解析式表示法一、解析式表示法 i(t)=Imsin(t i0)u(t)=Umsin(t u0)e(t)=Emsin(t e0)例如已知某正弦交流电流的最大值是例如已知某正弦交流电流的最大值是 2 A，频率为，频率为 100 Hz，设初，设初相位为相位为 60 ，则该电流的瞬时表达式为，则该电流的瞬时表达式为i(t)=Imsin(t i0)=2sin(2 f t 60)=2sin(628t 60)A现在学习的是第19页，共27页二、波形图表示法二、波形图表示法图图 7-2正弦交流电的波形图举例正弦交流电的波形图举例现在学习的是第20页，共27页三、相量图表示法三、相量图表示法 正弦量可以用最大值正弦量可以用最大值相量相量或或有效值相量有效值相量表示，但通常用有效值相量表示，但通常用有效值相量表示。表示。图图 7-3正弦量的振幅相量图举例正弦量的振幅相量图举例 1.振幅相量表示法振幅相量表示法 最大值相量表示法最大值相量表示法是用正弦量的是用正弦量的最大值做为相量的模最大值做为相量的模(大小大小)、用初相、用初相角做为相量的幅角，例如有三个正弦量角做为相量的幅角，例如有三个正弦量为为 e=60 sin(t60)V u=30 sin(t30)V i=5 sin(t30)A则它们的最大值相量图如图则它们的最大值相量图如图 7-3 所示所示。现在学习的是第21页，共27页2有效值相量表示法有效值相量表示法有效值相量表示法有效值相量表示法是用正弦量的有效值做为相量的模是用正弦量的有效值做为相量的模(长度大小长度大小)、仍、仍用初相角做为相量的幅角，例如用初相角做为相量的幅角，例如Asin241.0V)53sin(2220 titu ，则它们的有效值相量图如图则它们的有效值相量图如图 7-4 所示。所示。图图 7-4正弦量的有效值相量图举例正弦量的有效值相量图举例 现在学习的是第22页，共27页本章小结本章小结一、正弦流电的主要参数一、正弦流电的主要参数二、交流电的表示法二、交流电的表示法现在学习的是第23页，共27页本章介绍了交流电的基本概念以及交流电的表示法。本章介绍了交流电的基本概念以及交流电的表示法。一、正弦交流电的主要参数一、正弦交流电的主要参数 大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势。动势叫做正弦交流电流、电压、电动势。1周期与频率周期与频率T 2 交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期 ；周期的倒数叫做频率周期的倒数叫做频率；角频率与频率之间的关系为；角频率与频率之间的关系为 =2 fTf1 现在学习的是第24页，共27页正弦交流电的有效值等于振幅正弦交流电的有效值等于振幅(最大值最大值)的的 0.707 倍，即倍，即mmmmmm707027070270702E.EEU.UUI.II 2有效值有效值现在学习的是第25页，共27页3正弦交流电的三要素正弦交流电的三要素正弦交流电的最大值、角频率、初相这三个参数叫做三要素。正弦交流电的最大值、角频率、初相这三个参数叫做三要素。也可以把正弦交流电的有效值、频率、初相这三个参数叫做三要素也可以把正弦交流电的有效值、频率、初相这三个参数叫做三要素。4相位差相位差两个正弦量的相位差为两个正弦量的相位差为 12=01 02，存在超前、滞后、同，存在超前、滞后、同相、反相、正交等关系。相、反相、正交等关系。现在学习的是第26页，共27页3相量图表示法相量图表示法正弦量可以用最大值相量或有效值相正弦量可以用最大值相量或有效值相量表示，但通常用有效值相量表示。量表示，但通常用有效值相量表示。最大值相量表示法是用正弦量的最大值最大值相量表示法是用正弦量的最大值做为相量的模做为相量的模(大小大小)、用初相角做为相量的、用初相角做为相量的幅幅角；角；有效值相量表示法是用正弦量的有效值做为有效值相量表示法是用正弦量的有效值做为相量的模相量的模(大小大小)、仍用初相角做为相、仍用初相角做为相量的幅角量的幅角。2波形图表示法波形图表示法波形图表示法即用正弦量解析式的函数波形图表示法即用正弦量解析式的函数图形表示正弦量的方法。图形表示正弦量的方法。1解析式表示法解析式表示法i(t)=Imsin(t i0)u(t)=Umsin(t u0)e(t)=Emsin(t e0)二、交流电的表示法二、交流电的表示法现在学习的是第27页，共27页