单相正弦交流电精选PPT.ppt
第1页，此课件共45页哦3.1 3.1 正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念 交流电：大小和方向均随时间变化的电压或电流称为交流电。交流电：大小和方向均随时间变化的电压或电流称为交流电。直流电：电压、电流的直流电：电压、电流的大小和方向大小和方向是恒定的，不随时间变化而变化。是恒定的，不随时间变化而变化。ti三角波ti矩形脉冲波tu正弦波ti直流电直流电波形图波形图交流电交流电波形图波形图tu第2页，此课件共45页哦 其中，大小和方向均随时间按正弦规律变化的电压或电流称为正正弦交流电弦交流电。正弦交流电广泛应用于工农业生产、科学研究及日常生活中，了解和掌握正弦交流电的特点，学会正弦交流电路的基本分析方法，是本章学习的目的。正弦交流电：正弦交流电：正弦交流电流ti第3页，此课件共45页哦1.正弦交流电的周期、频率和和角频率角频率周期周期：正弦量变化一周所需要的时间称：正弦量变化一周所需要的时间称周期周期，用，用T T表示。表示。频率频率：正弦量一秒钟内变化的次数称为：正弦量一秒钟内变化的次数称为频率频率，用，用f f 表示。表示。1秒钟T=0.5sf=2Hz单位是赫兹单位是赫兹单位是秒单位是秒=4rad/s单位是单位是每秒弧度每秒弧度周期与频率的关系：周期与频率的关系：互为倒数互为倒数1Tf =f =即：即：1f fT=T=或或正弦交流电的基本概念：正弦交流电的基本概念：第4页，此课件共45页哦角频率角频率：正弦量一秒钟内变化的弧度数称为：正弦量一秒钟内变化的弧度数称为角频率角频率，用，用 表示。表示。角频率、周期、频率三者之间的关系：角频率、周期、频率三者之间的关系：三者是从不同的角度反映的同一个问题：三者是从不同的角度反映的同一个问题：正弦量随时间变化的快慢正弦量随时间变化的快慢程度程度。电工常识：工频电工常识：工频我国工业交流电的标准频率为我国工业交流电的标准频率为50Hz，简称为工频。，简称为工频。工频的频率是工频的频率是50Hz ，周期是，周期是0.02 S第5页，此课件共45页哦思考与练习：思考与练习：1、交流电的周期为、交流电的周期为0.01S,则此交流电压的频率为（则此交流电压的频率为（）HZ，角频率为（角频率为（）rad/S.2、我国电力系统中交流电的频率为（、我国电力系统中交流电的频率为（）HZ，周期为（周期为（）S,角频率为角频率为()radS第6页，此课件共45页哦2.正弦交流电的瞬时值、最大值和有效值 正弦交流电在某一瞬间的大小称为瞬时值。电动势、电压和电流的瞬时值分别用e e、u u 、i i表示。瞬时值瞬时值是变量，注意要用小写英文字母用小写英文字母表示。瞬时值对应的表达式应是三角函数解析式。(1)瞬时值e=Em sin(t+)u=Um sin(t+)i=Im sin(t+)第7页，此课件共45页哦(2)最大值：正弦交流电称为最大值最大值，用E Emm 、U Umm、I Imm表示。(3)有效值：有效值有效值是指与正弦量热效应相同的直流电数值。用 E、U、I 表示。例例RiRI交流电流交流电流i i 通过电阻通过电阻R R时，时，在在t t 时间内产生的热量为时间内产生的热量为Q Q直流电流直流电流I I通过相同电阻通过相同电阻R R时，在时，在t t 时间内产生的热量也为时间内产生的热量也为Q Q。两电流热效应相同，可理解为二者做功能力相等。我们把做功能力相等的两电流热效应相同，可理解为二者做功能力相等。我们把做功能力相等的直流电的数值直流电的数值I I定义为相应交流电定义为相应交流电i i 的的有效值有效值有效值有效值。有效值可确切地反映正弦交流电的有效值可确切地反映正弦交流电的有效值可确切地反映正弦交流电的有效值可确切地反映正弦交流电的大小大小大小大小。第8页，此课件共45页哦 有效值与最大值的关系：练习：已知一正弦交流电流练习：已知一正弦交流电流i=102 2 sin(314t-60)A,则该交流电流的最则该交流电流的最大值为（大值为（），有效值为（），有效值为（），频率为（），频率为（）,周期为（周期为（）2mII=或或：第9页，此课件共45页哦作业：作业：交流电压的最大值为交流电压的最大值为311V，变化周期为，变化周期为0.02S，计算：，计算：1、交流电压的有效值；、交流电压的有效值；2、交流电压的频率；、交流电压的频率；3、交流电压的角频率。、交流电压的角频率。第10页，此课件共45页哦3.正弦交流电的相位、初相和相位差 显然，相位反映了正弦量随时间变化的整个进程。初相初相确定了正弦量计时始的位置，初相规定不得超过不得超过180180。(1)相位(2)初相相位是随时间变化的电角度，是时间t 的函数。初相是对应 t=0时的确切电角度。正弦量与纵轴相交处若在正半周，初相为正。正弦量与纵轴相交处若在负半周，初相为负。u=Um sin(t+0)u=Um sin(t+0)第11页，此课件共45页哦u第12页，此课件共45页哦例例u u、i i 的相位差为：的相位差为：显然，两个同频率正弦量之间的相位之差，实际上等于它们的初相之差初相之差。已知(3)相位差（两个同频率正弦量的相位之差），求电压与电流之间的相位差。解解注 意 不同频率的正弦量之间不存在相位差的概念。相位差不得超过180!第13页，此课件共45页哦相位的关系相位的关系0ti,ui,u0ti,u0t0ti,u0ti,u 称电压与电流称电压与电流同相同相。称电压与电流称电压与电流反相反相。称电压与电流称电压与电流正交正交。称电压称电压超前超前电流电流角角 。称电压称电压滞后滞后电流电流角角。第14页，此课件共45页哦思考思考 回答回答何谓正弦量何谓正弦量的三要素？的三要素？它们各反映它们各反映了什么？了什么？耐压为耐压为220V的的电容器，能否电容器，能否用在用在180V的正的正弦交流电源上？弦交流电源上？何谓反相？何谓反相？同相？相位同相？相位正交？超前正交？超前？滞后？滞后？正弦量的三要素是指它的最大值、角频率和初相。最大值反映了正弦量的大小及做功能力；角频率反映了正弦量随时间变化的快慢程度；初相确定了正弦量计时始的位置。不能！不能！因为180V的正弦交流电，其最大值255V 180V!u1与与u2反相，即相位差为反相，即相位差为180；u3tu4u2u1uu3超前超前u190，或，或说说u1滞后滞后u390，二者，二者为为正正交的相位关系。交的相位关系。u1与与u4同相，即相位差为零同相，即相位差为零。第15页，此课件共45页哦例题例题1：已知某正弦电压为：已知某正弦电压为u=311 sin(100t +3)V，试求，试求该交流电压的最大值该交流电压的最大值Um、有效值、有效值U、频率、频率f、初相位、初相位0 .例题例题2：作业：已知某交流电流作业：已知某交流电流i i=sin(314t -4)A,则该电流的则该电流的最大值为最大值为 、有效值为、有效值为 ，频率为，频率为 ，周期周期 ，初相位为，初相位为 。2、已知一正弦电动势的最大值为、已知一正弦电动势的最大值为220V，频率为，频率为50Hz，初相位为初相位为30,试试写出此写出此电动势电动势的表达式。的表达式。第16页，此课件共45页哦第二节：纯电阻电路纯电阻电路：交流电路中，只含有电阻，而没有电感和电容的电路。纯电阻电路：交流电路中，只含有电阻，而没有电感和电容的电路。一、电压与电流的关系 iR u1、瞬时值关系：、瞬时值关系：2、有效值、有效值 关系：关系：URI =UmRIm =3、最大值关系：、最大值关系：电流与电压的瞬时值、电流与电压的瞬时值、有效值、最大值都符合欧姆定律。有效值、最大值都符合欧姆定律。二、电流与电压的相位关系：二、电流与电压的相位关系：纯电阻电路中电流与电压纯电阻电路中电流与电压同相同相。第17页，此课件共45页哦结论：结论：结论：结论：1.p p随时间变化随时间变化；2.2.p p00；耗能元件。uituip0PR三、电路的功率三、电路的功率1、瞬时功率、瞬时功率2、有功功率（平均功率）、有功功率（平均功率）第18页，此课件共45页哦3.电感元件（1）电感元件上的电压、电流关系 i uL电流、电压的瞬时值表达式导出u、i的有效值关系式：u u、i i 动态关系！动态关系！u u在相位上超前在相位上超前i i 90 90电角！电角！上式称为电感元件电感元件上的欧姆定律表达式欧姆定律表达式。Lu、i 最大值的数量关系为：第19页，此课件共45页哦IU相量图为：电感元件上的电压、电流相量关系式为：式中XL称为电感元件的电抗，简称感抗。感抗反映了电感元件对正弦交流电流的阻碍作用。单位也是。感抗与哪些感抗与哪些因素有关？因素有关？直流情况直流情况下感抗为下感抗为多大？多大？感抗与频率成正比，与电感量L成正比。直流情况下频率f等于零，因此感抗等于零，电感元件相当于短路。第20页，此课件共45页哦（2 2）电感元件的功率）电感元件的功率 1 1）瞬时功率）瞬时功率 p p则uip=Up=UL LI Isin2sin2 t ttu i 关联关联,吸收电能吸收电能;建立磁场建立磁场;p 0u i 非关联非关联,送出能量送出能量;释放磁能释放磁能;p 0u i 非关联非关联,送出能量送出能量;释放磁能释放磁能;p 0u i 非关联非关联,电容放电电容放电;释放能量释放能量;p 0u i 非关联非关联,电容放电电容放电;释放电能释放电能;p 0，电路呈感性，u超前i一个角；时，UX0，电路呈容性，u滞后i一个角；时，UX=0，电路呈阻性，u和i同相，=0。IULURUCUUX=UL+UCIULURUCUUX=UL+UCUX=0IULURUCU第33页，此课件共45页哦同理：在含有L和C的电路中，出现总电压与电流同相的阻性电路时，称电路发生了谐振谐振。电路发生谐振时，情况比较特殊。由于谐振时电抗为零，所以阻抗最小；电压一定时谐振电流最大；在L和C两端将出现过电压情况等等。电力系统中的电压一般为380V和220V，若谐振发生出现过电压时，极易损坏电器，因此应避免谐振的发生。谐振现象被广泛应用在电子技术中。第34页，此课件共45页哦想想想想 练练练练交流电路中交流电路中的三种功率，的三种功率，单位上有什单位上有什么不同？么不同？有功功率、无有功功率、无功功率和视在功功率和视在功率及三者之功率及三者之间的数量关系间的数量关系如何？如何？阻抗三角形和功率阻抗三角形和功率三角形是相量图吗三角形是相量图吗？电压三角形呢？电压三角形呢？你能正确画出这几你能正确画出这几个三角形吗？个三角形吗？在含有L和C的电路中出现电压、电流同相位的现象，称为什么？此时RLC串联电路中的阻抗如何？电压一定时电流如何？L和C两端有无电压？多大？第35页，此课件共45页哦3.功率因数 电力设备如变压器、感应电动机、电力线路等，除从电力系统吸取有功功率外，还要吸取无功功率。无功功率仅完成电磁能量的相互转换，并不作功。无功和有功同样重要，没有无功，变压器不能变压，电动机不能转动，电力系统不能正常运行。但无功功率占用了电力系统发供电设备提供有功功率的能力，同时也增加了电力系统输电过程中的有功功率的损耗，导致用电功率因数降低。式中cos称为电路的功率因数。可得 世界各国电力企业对用户的用电功率因数都有要求，并按用户用电功率因数的高低在经济上给予奖惩。第36页，此课件共45页哦 功率因数是电力技术经济中的一个重要指标。提高功率因数意味着：1)提高用电质量，改善设备运行条件，保证设备在正常条 件下工作，有利于安全生产；2)可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例 如：当cos=0.5时的损耗是cos=1时的4倍；3)提高企业用电设备利用率，充分发挥企业的设备潜力；4)减少线路的功率损失，提高电网输电效率；5)因发电机容量的限定，提高功率因数将意味着让发电机 多输出有功功率。第37页，此课件共45页哦1.避免感性设备的空载和减少其轻载；2.在线路两端并联适当电容。1.提高供电设备的利用率；2.减少线路上的能量损耗。第38页，此课件共45页哦 一一台台功功率率为为1.1kW1.1kW的的感感应应电电动动机机，接接在在220V220V、50Hz50Hz的的电电路路中中，电电动动机机需需要要的的电电流流为为10A10A，求求：(1)(1)电电动动机机的的功功率率因因数数；(2)(2)若若在在电电动动机机两端并联一个两端并联一个79.5F79.5F的电容器，电路的功率因数为多少？的电容器，电路的功率因数为多少？（1）（2 2）设未并联电容前电路中的电流为I1；并联电容后，电动机中的电流不变，仍为I1，但电路中的总电流发生了变化，由I1变成I。电流相量关系为：画电路相量图分析：UIICI1IC第39页，此课件共45页哦UIICI1IC可见，电路并联了电容C后，功率因数由原来的0.5提高到了0.845，电源利用率得以提高。第40页，此课件共45页哦1.1.RLRL串串联联电电路路接接到到220V220V的的直直流流电电源源时时功功率率为为1.2KW1.2KW，接接在在220V220V、50 50 HzHz的电源时功率为的电源时功率为0.6KW0.6KW，试求它的，试求它的R R、L L值。值。2.如果误把额定值为工频“220V”的接触器接到直流“220V”电源上，会出现什么现象？分析：分析：RL在直流下相当纯电阻，所以R=2202120040.3;工频下：3.并联电容器可以提高电路的功率因数，并联电容器的容量越大，功率因数是否被提得越高？为什么？会不会使电路的功率因数为负值？是否可以用串联电容器的方法提高功率因数？不可以！不可以！并的电容量大，并的电容量大，coscos 不一定高不一定高会会由于过电压而烧损由于过电压而烧损第41页，此课件共45页哦思考与练习思考与练习 已已知知交交流流接接触触器器的的线线圈圈电电阻阻为为200200，电电感感量量为为7.3H7.3H，接接到到工工频频220V220V的的电电源源上上。求求线线圈圈中中的的电电流流I I=?=?如如果果误误将将此此接接触触器器接接到到U U=220V=220V的的直直流流电电源源上上，线线圈圈中中的的电电流流又又为为多多少少？如如果果此此线线圈圈允允许许通通过过的的电电流流为为0.1A0.1A，将产生什么后果？，将产生什么后果？分析分析接到工频电源接到工频电源220V220V时时接触器线圈感抗接触器线圈感抗X XL L=2=2 fLfL=314=3147.3=22927.3=2292 如误接到直流如误接到直流220V220V时时 此此时时接接触触器器线线圈圈中中通通过过的的电电流流是是它它正正常常条条件件下下额额定定电电流流的的1111倍，因过电流线圈将烧损。倍，因过电流线圈将烧损。第42页，此课件共45页哦练习练习端端的的电电压压，从从而而达达到到调调速速的的目目的的。已已知知电电动动机机电电阻阻为为190190，感感抗抗为为260260，电电源源电电压压为为工工频频220V220V。现现要要使使电电动动机机上上的的电电压压降降为为180V180V，求求串串联联电电感感线线圈圈的的电电感感量量LL应应为为多多大大(假假定定此此线线圈圈无无损损耗耗电电阻阻)？能能否否用串联电阻来代替此线圈？试比较两种方法的优缺点。用串联电阻来代替此线圈？试比较两种方法的优缺点。分析分析电动机电阻和电感上的电压分别为电动机电阻和电感上的电压分别为电动机中通过的电流电动机中通过的电流串联线圈端电压串联线圈端电压在电扇电动机中串联一个电感线圈可以降低电动机两在电扇电动机中串联一个电感线圈可以降低电动机两第43页，此课件共45页哦若用电阻代替线圈，则串联电阻端电压若用电阻代替线圈，则串联电阻端电压串联电阻的阻值为串联电阻的阻值为 比比较较两两种种方方法法，串串联联电电阻阻的的阻阻值值为为电电动动机机电电阻阻的的二二分分之之一一还还要要多多些些，因因此此需需多多消消耗耗功功率率:P P=0.559=0.5592 210610633W33W，这这部部分分能能量量显显然然对对用用户户来来讲讲是是要要计计入入电电表表的的。而而串串联联的的线线圈圈本本身身铜铜耗耗电电阻阻很很小小，一一般般不不需需要要消消耗耗多多少少有有功功功功率率。所所以以，对对用用户户来来讲讲，用用串串联联线线圈圈的的方方法法降降低电压比较合适。低电压比较合适。串联线圈电感量串联线圈电感量第44页，此课件共45页哦本章学习结束。本章学习结束。Goodbye!第45页，此课件共45页哦
