汽车电工与电子基础(交流电)19029.pptx

汽车电工与电子基础汽车电工与电子基础交流交流电路路 1 交流电与交流电路交流电与交流电路2 正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念3 正弦交流电的表示法正弦交流电的表示法4 电阻、电感、电容器的交流电路电阻、电感、电容器的交流电路 5 三相交流电路三相交流电路12 三月 20231交流电 王立文1 交流交流电与交流与交流电路路 1.1 交流电交流电1.2 交流电路交流电路12 三月 20232交流电 王立文1.1 交流交流电n目前，发电厂向用户提供的电源都是交流电源，目前，发电厂向用户提供的电源都是交流电源，这是因为交流电可以用变压器方便地将电压升这是因为交流电可以用变压器方便地将电压升高或降低，能够解决远距离输电需用高压而民高或降低，能够解决远距离输电需用高压而民用电需用低压的矛盾。同时，交流电机比直流用电需用低压的矛盾。同时，交流电机比直流电机结构简单、效率高、价格低且维修方便，电机结构简单、效率高、价格低且维修方便，所以交流电获得广泛应用。所以交流电获得广泛应用。n在某些必须用直流的场合，可以通过整流装置在某些必须用直流的场合，可以通过整流装置将交流电转变成直流电。将交流电转变成直流电。12 三月 20233交流电 王立文n大小和方向都随时间作周期变化的电动势、电压和电大小和方向都随时间作周期变化的电动势、电压和电流统称为交流电。最常用的交流电是正弦交流电。正流统称为交流电。最常用的交流电是正弦交流电。正弦交流电是随时间按正弦规律变化的，而非正弦交流弦交流电是随时间按正弦规律变化的，而非正弦交流电则不按正弦规律变化，分别如电则不按正弦规律变化，分别如图图C C、图、图D D所所示。示。图图A A恒定恒定直流电，直流电，图图B B为脉直流电为脉直流电。n本单元只讨论正弦交流电及其电路。本单元只讨论正弦交流电及其电路。12 三月 20234交流电 王立文1.2 交流交流电路路n在交流电作用下的电路称为交流电路。日常生在交流电作用下的电路称为交流电路。日常生活及生产实践中所接触到的电路大多数为正弦活及生产实践中所接触到的电路大多数为正弦交流电路，如照明电路、三相异步电动机拖动交流电路，如照明电路、三相异步电动机拖动电路等。电路等。n所谓正弦交流电路，就是指含有正弦交流电源，所谓正弦交流电路，就是指含有正弦交流电源，其电压和电流均随时间按正弦规律变化的电路。其电压和电流均随时间按正弦规律变化的电路。12 三月 20235交流电 王立文n在交流电路中，主要有三种不同性质的负载元在交流电路中，主要有三种不同性质的负载元件：电阻、电感和电容。件：电阻、电感和电容。n三种元件在电路中有不同的作用。电阻把电能三种元件在电路中有不同的作用。电阻把电能转化为热能消耗掉，其转换过程不可逆转，因转化为热能消耗掉，其转换过程不可逆转，因此，它是耗能元件。电感把从电路中吸收的电此，它是耗能元件。电感把从电路中吸收的电能转化成磁场能储存起来。电容把从电路中吸能转化成磁场能储存起来。电容把从电路中吸收的电能转化成电场能储存起来，但它们又能收的电能转化成电场能储存起来，但它们又能在一定的条件下放出能量返送回电路。在一定的条件下放出能量返送回电路。n因此，电感和电容是储能元件。因此，电感和电容是储能元件。12 三月 20236交流电 王立文n我们学习交流电时，不但要我们学习交流电时，不但要注意它与直流电的共同点，注意它与直流电的共同点，而且要注意两者之间的区别，而且要注意两者之间的区别，要加深对交流电特性的理解，要加深对交流电特性的理解，千万不要将直流电路的规律千万不要将直流电路的规律简单地套用到交流电路中去。简单地套用到交流电路中去。12 三月 20237交流电 王立文2 正弦交流正弦交流电的基本概念的基本概念 2.1 正弦交流电的周期、频率和角频率正弦交流电的周期、频率和角频率2.2 正弦交流电的瞬时值、最大值和有效值正弦交流电的瞬时值、最大值和有效值2.3 正弦交流电的相位、初相位和相位差正弦交流电的相位、初相位和相位差12 三月 20238交流电 王立文2.1 正弦交流正弦交流电的周期、的周期、频率和角率和角频率率n周期：正弦交流电每重复一次变化所需要的时周期：正弦交流电每重复一次变化所需要的时间称为周期，用字母间称为周期，用字母T T表示，单位是秒（表示，单位是秒（s s），），如如图所图所示。示。12 三月 20239交流电 王立文n频率：正弦交流电一秒钟内重复变化的次数称频率：正弦交流电一秒钟内重复变化的次数称为频率，用字母为频率，用字母f f表示，单位是赫兹（表示，单位是赫兹（HzHz）如果）如果交流电一秒内变化了一次，我们就称该交流电交流电一秒内变化了一次，我们就称该交流电的频率是的频率是1Hz1Hz。n比赫兹大的常用单位是千赫（比赫兹大的常用单位是千赫（kHzkHz）和兆赫）和兆赫（MHzMHz）。其换算关系如下：）。其换算关系如下：1kHz=101kHz=103 3Hz Hz 1MHz=10 1MHz=106 6HzHz12 三月 202310交流电 王立文n根据周期和频率的定义可知，周期和频率互为根据周期和频率的定义可知，周期和频率互为倒数，即倒数，即 f=1/Tf=1/T或或T=1/fT=1/fn我国工业及民用交流电频率为我国工业及民用交流电频率为50Hz50Hz，习惯上称，习惯上称为工频，其周期为为工频，其周期为0.02s0.02s。日本等国家的交流电。日本等国家的交流电用电的频率为用电的频率为60Hz60Hz。12 三月 202311交流电 王立文n角频率：正弦交流电在角频率：正弦交流电在1s1s内变化的电角度（或内变化的电角度（或相角、相位）称为角频率，用字母相角、相位）称为角频率，用字母 表示，单表示，单位是弧度秒（位是弧度秒（radrads s）。）。n如果交流电在如果交流电在1s1s内变化了内变化了1 1次，则电角度正好变次，则电角度正好变化了化了22弧度，也就是说该交流电的角频率弧度，也就是说该交流电的角频率 =2rad/s=2rad/s。若交流电。若交流电1s1s内变化了内变化了f f次，则可得角频次，则可得角频率与频率的关系式为率与频率的关系式为 =2f=2f12 三月 202312交流电 王立文n因为正弦函数总是与一定的相位角相对应，因为正弦函数总是与一定的相位角相对应，所以正弦交流电变化的快慢除了用周期和频所以正弦交流电变化的快慢除了用周期和频率表示外，还可以用角频率表示。率表示外，还可以用角频率表示。n周期、频率和角频率都是表示交流电变化快周期、频率和角频率都是表示交流电变化快慢的物理量。三个物理量中只要知道其中一慢的物理量。三个物理量中只要知道其中一个，就可以通过上面两式求出另外两个。个，就可以通过上面两式求出另外两个。12 三月 202313交流电 王立文2.2 正弦交流正弦交流电的瞬的瞬时值、最大最大值和有效和有效值n瞬时值：正弦交流电随时间按正弦规律变化，瞬时值：正弦交流电随时间按正弦规律变化，任意时刻正弦交流量的大小均有对应的值，我任意时刻正弦交流量的大小均有对应的值，我们把正弦交流电在任意时刻的数值称为瞬时值，们把正弦交流电在任意时刻的数值称为瞬时值，正弦电动势、电压、电流的瞬时值分别用字母正弦电动势、电压、电流的瞬时值分别用字母e e、u u、i i表示。表示。n瞬时值可以是正值、负值，甚至是零。正弦交瞬时值可以是正值、负值，甚至是零。正弦交流电压的瞬时值表达式为流电压的瞬时值表达式为 u=Uu=Um m sin sin（t+t+）12 三月 202314交流电 王立文n最大值：正弦交流电最大的瞬时值称为最最大值：正弦交流电最大的瞬时值称为最大值（或峰值、振幅）。正弦交流电动势、大值（或峰值、振幅）。正弦交流电动势、电压和电流的最大值分别用电压和电流的最大值分别用E Em m、U Um m、I Im m来表示。来表示。n最大值虽然有正有负，但习惯上最大值都最大值虽然有正有负，但习惯上最大值都以绝对值表示。以绝对值表示。12 三月 202315交流电 王立文n有效值：正弦交流量的有效值是根据交流电流有效值：正弦交流量的有效值是根据交流电流和直流电流热效应相等的原则而确定的，即让和直流电流热效应相等的原则而确定的，即让交流电和直流电分别通过阻值完全相同的电阻，交流电和直流电分别通过阻值完全相同的电阻，若在相同的时间内直流电流和交流电流在两个若在相同的时间内直流电流和交流电流在两个电阻上产生的热效应相等，则将此直流电数值电阻上产生的热效应相等，则将此直流电数值定义为该交流电的有效值。定义为该交流电的有效值。n交流电流、电压和电动势有效值的符号分别是交流电流、电压和电动势有效值的符号分别是I I、U U和和E E。12 三月 202316交流电 王立文n交流电是在不断变化的，瞬交流电是在不断变化的，瞬时值和最大值均不能反映交时值和最大值均不能反映交流电实际做功的效果。因此，流电实际做功的效果。因此，在电工技术中，常用有效值在电工技术中，常用有效值来衡量做功能力的大小。可来衡量做功能力的大小。可以证明，正弦交流电的有效以证明，正弦交流电的有效值和最大值之间有以下关系：值和最大值之间有以下关系：12 三月 202317交流电 王立文n特别应指出的是，今后若无特殊说明，交流电特别应指出的是，今后若无特殊说明，交流电的大小总是指有效值。各种交流电气设备上所的大小总是指有效值。各种交流电气设备上所标注的额定电压和额定电流的数值也都是有效标注的额定电压和额定电流的数值也都是有效值。我们通常说照明电路的电压是值。我们通常说照明电路的电压是220V220V，便是，便是指它的电压有效值为指它的电压有效值为220V220V，电压最大值，电压最大值12 三月 202318交流电 王立文2.3 正弦交流正弦交流电的相位、初的相位、初相位和相位差相位和相位差n相位：正弦交流电随时间按正弦规律变化，正弦量相位：正弦交流电随时间按正弦规律变化，正弦量任意时刻所对应的电角度称为该正弦量的相位角，任意时刻所对应的电角度称为该正弦量的相位角，简称相位，其单位为度或弧度。电压瞬时值表达式简称相位，其单位为度或弧度。电压瞬时值表达式中的（中的（t+t+）就是反映正弦交流电压在变化过程）就是反映正弦交流电压在变化过程中任意时刻所对应的电角度，它随着时间而变化，中任意时刻所对应的电角度，它随着时间而变化，通常把它称为相位角，也叫相位或相角。通常把它称为相位角，也叫相位或相角。12 三月 202319交流电 王立文n初相位：在初相位：在t=0t=0时，正弦交流量所对应的时，正弦交流量所对应的相位称为该正弦量的初相位，简称初相。相位称为该正弦量的初相位，简称初相。初相反映了正弦交流电计时起点的状态。初相反映了正弦交流电计时起点的状态。n在正弦量的解析式中，通常规定初相大于在正弦量的解析式中，通常规定初相大于-180-180，小于等于，小于等于180180。12 三月 202320交流电 王立文n在此规定下，初相为正角时，正弦量对应的在此规定下，初相为正角时，正弦量对应的初始数值一定为正值；初相为负角时，正弦初始数值一定为正值；初相为负角时，正弦量对应的初始数值一定为负值。量对应的初始数值一定为负值。n在波形图上表示初相角时，横坐标常以弧度在波形图上表示初相角时，横坐标常以弧度（radrad）或度（）或度（）为单位，取曲线由负值）为单位，取曲线由负值变为正值的零点（取离坐标原点最近的零点）变为正值的零点（取离坐标原点最近的零点）与坐标原点间的角度为初相角，在坐标原点与坐标原点间的角度为初相角，在坐标原点左侧的初相角为正值，在右侧的为负值。左侧的初相角为正值，在右侧的为负值。n如图如图2-32-3中的中的 1 1 为正，为正，2 2 为负。为负。12 三月 202321交流电 王立文n图图2-3 2-3 同频率正弦量的相位及其关系同频率正弦量的相位及其关系12 三月 202322交流电 王立文n相位差：为了比较两个同频率正弦交流电在相位差：为了比较两个同频率正弦交流电在变化过程中的相位关系和先后顺序，我们引变化过程中的相位关系和先后顺序，我们引入相位差的概念。入相位差的概念。n所谓相位差，就是两个同频率正弦交流电的所谓相位差，就是两个同频率正弦交流电的相位之差，用字母相位之差，用字母 表示。设表示。设 i i1 1的相位的相位（t+t+1 1），），i i2 2 的相位为（的相位为（t+t+2 2），则两者的），则两者的相位差为相位差为n=（t+t+1 1）-（t+t+2 2）=1 1-2 212 三月 202323交流电 王立文n上式表明，同频率正弦交流电的相位差，实上式表明，同频率正弦交流电的相位差，实质上就是它们的初相角之差，与时间无关。质上就是它们的初相角之差，与时间无关。n如果如果 0 0，i i1 1 比比 i i2 2 先达到最大值，称先达到最大值，称 i i1 1 超超前前 i i2 2，或，或 i i2 2 滞后滞后 i i1 1 ；如图；如图2-32-3所示，若所示，若=0=0，即两者的初相角相等，则称它们同相，如，即两者的初相角相等，则称它们同相，如图图2-4a2-4a）所示；若）所示；若=180=180，即它们的初相，即它们的初相角相差角相差180180，则称它们的相位相反，简称反，则称它们的相位相反，简称反相，如图相，如图2-4b2-4b）所示。）所示。12 三月 202324交流电 王立文n从波形图上观察两个正弦量变化的先后，可以选从波形图上观察两个正弦量变化的先后，可以选它们的最大值来观察，沿时间轴正方向看，先出它们的最大值来观察，沿时间轴正方向看，先出现最大值的正弦量超前，后出现的滞后。现最大值的正弦量超前，后出现的滞后。n由式由式e=Ee=Em msinsin（t+t+）可以看出，当正弦交流电）可以看出，当正弦交流电的最大值、角频率（或频率、周期）和初相角这的最大值、角频率（或频率、周期）和初相角这三个量确定时，正弦交流电才能确定，也就是说三个量确定时，正弦交流电才能确定，也就是说这三个量是描述正弦交流电必不可少的要素，所这三个量是描述正弦交流电必不可少的要素，所以称它们为正弦交流电的三要素。以称它们为正弦交流电的三要素。12 三月 202325交流电 王立文3 正弦交流正弦交流电的表示法的表示法 3.1 解析表示法解析表示法3.2 波形表示法波形表示法3.3 向量表示法向量表示法12 三月 202326交流电 王立文2.3.1 解析表示法解析表示法n解析法是利用三角函数式表示正弦交流电解析法是利用三角函数式表示正弦交流电随时间变化的方法。正弦交流电动势、电随时间变化的方法。正弦交流电动势、电压和电流的解析式为压和电流的解析式为 e=E e=E m m sin sin（t+t+e e）=m m sin sin（t+t+u u）i=I i=I m m sin sin（t+t+i i）12 三月 202327交流电 王立文n一般来说，若一般来说，若tt用弧度为单位，则初相角用弧度为单位，则初相角就以弧度为单位；若就以弧度为单位；若tt用度为单位，则初用度为单位，则初相角也应以度为单位。相角也应以度为单位。n但有时为表示初相角方便，也允许但有时为表示初相角方便，也允许tt以弧以弧度为单位，而初相角用度为单位。度为单位，而初相角用度为单位。12 三月 202328交流电 王立文3.2 波形表示法波形表示法n根据解析式的计算数据，在平面直角坐标根据解析式的计算数据，在平面直角坐标系中作出波形表示正弦交流量的方法叫波系中作出波形表示正弦交流量的方法叫波形法。形法。n如图如图2-52-5所示，纵坐标表示交流电的瞬时所示，纵坐标表示交流电的瞬时值，横坐标表示电角度值，横坐标表示电角度tt或时间或时间t t。12 三月 202329交流电 王立文n图图2-5 2-5 交流电的波形交流电的波形 12 三月 202330交流电 王立文n我们把这种曲线叫做正弦交流电的曲线图我们把这种曲线叫做正弦交流电的曲线图或波形图。解析法和波形法能够直观地反或波形图。解析法和波形法能够直观地反映正弦交流量，但用这两种方法表示正弦映正弦交流量，但用这两种方法表示正弦交流量进行运算时，非常繁琐或不准确。交流量进行运算时，非常繁琐或不准确。n因此，在进行正弦交流量的运算时，往往因此，在进行正弦交流量的运算时，往往将正弦交流量用相量法表示。将正弦交流量用相量法表示。12 三月 202331交流电 王立文2.3.3 向量表示法向量表示法n向量表示法就是用向量来表示正弦交流量。向量表示法就是用向量来表示正弦交流量。由于在同一个正弦交流电路中，各种正弦由于在同一个正弦交流电路中，各种正弦响应量与激励电源的频率相同，因此，对响应量与激励电源的频率相同，因此，对电路中各种正弦交流量的描述可以采用向电路中各种正弦交流量的描述可以采用向量来表示。量来表示。12 三月 202332交流电 王立文n一个正弦交流量当不考虑频率时，其有效一个正弦交流量当不考虑频率时，其有效值（或最大值）和初相位可用一有向线段值（或最大值）和初相位可用一有向线段或复数表示。在一个直角坐标系中，设横或复数表示。在一个直角坐标系中，设横轴为实轴，单位用轴为实轴，单位用+1+1表示；纵轴为虚轴，表示；纵轴为虚轴，单位用单位用+j+j 表示，由此两轴构成复数平面表示，由此两轴构成复数平面（或称复平面）。（或称复平面）。12 三月 202333交流电 王立文n在复数平面上有向线段由原点指向平面上在复数平面上有向线段由原点指向平面上任意一点，平面中的有向线段与复数可相任意一点，平面中的有向线段与复数可相互转换，如图互转换，如图2-62-6所示有向线段所示有向线段A A，其复数，其复数表示式为表示式为 A=a+jbA=a+jbn式中式中 复数的实部复数的实部 复数的虚部复数的虚部12 三月 202334交流电 王立文n图图2-6 2-6 有向线段的复数表示图有向线段的复数表示图12 三月 202335交流电 王立文n若已知复数如上式，则有若已知复数如上式，则有 (线段的长度或复数的的模线段的长度或复数的的模)(有向线段与实轴正方向的夹角或复数的幅角有向线段与实轴正方向的夹角或复数的幅角)12 三月 202336交流电 王立文n式为复数的直角坐标表示形式，根据欧拉式为复数的直角坐标表示形式，根据欧拉公式，式还可以转换为公式，式还可以转换为 （指数形式）（指数形式）或或 （极坐标形式）（极坐标形式）n一般来说，在进行复数的加减运算时，将一般来说，在进行复数的加减运算时，将复数转换成直角坐标形式；而对复数进行复数转换成直角坐标形式；而对复数进行乘除运算时，将其转换成指数形式或极坐乘除运算时，将其转换成指数形式或极坐标形式。标形式。12 三月 202337交流电 王立文n用复数的辐角表示正弦交流量的初相位，用用复数的辐角表示正弦交流量的初相位，用复数的模表示正弦交流量的大小，这种表示复数的模表示正弦交流量的大小，这种表示方法称为正弦交流量的向量表示法。方法称为正弦交流量的向量表示法。n采用向量表示法可大大简化正弦交流电路的采用向量表示法可大大简化正弦交流电路的分析与计算。分析与计算。n正弦交流量向量化后，为区别于一般的复数，正弦交流量向量化后，为区别于一般的复数，规定用上方加规定用上方加“”的大写字母（有效值向的大写字母（有效值向量）或带量）或带m m下标的大写字母（最大值向量）下标的大写字母（最大值向量）表示，如：表示，如：U U、E E 等。等。12 三月 202338交流电 王立文4 电阻、阻、电感、感、电容器的容器的交流交流电路路4.1 纯电阻电路纯电阻电路4.2 纯电感电路纯电感电路4.3 纯电容电路纯电容电路4.4 电阻、电感、电容器的串联电路电阻、电感、电容器的串联电路12 三月 202339交流电 王立文n最简单的交流电路是由电阻、电容和电感中最简单的交流电路是由电阻、电容和电感中任一个元件组成的交流电路，这些电路元件任一个元件组成的交流电路，这些电路元件仅由仅由R R、L L、C C三个参数中的一个来表征其特征，三个参数中的一个来表征其特征，这样的电路称为单一参数的交流电路。掌握这样的电路称为单一参数的交流电路。掌握了单一参数的交流电路的分析方法，混合参了单一参数的交流电路的分析方法，混合参数交流电路的分析就容易了。数交流电路的分析就容易了。12 三月 202340交流电 王立文n学习每一种交流电路，主要应掌握两点：学习每一种交流电路，主要应掌握两点：n一是电路中电压和电流的关系。因为在线一是电路中电压和电流的关系。因为在线性电路中，电压、电流都是同频率的正弦性电路中，电压、电流都是同频率的正弦量，即量，即 相同，所以同频率正弦电压和电相同，所以同频率正弦电压和电流的关系可归结为它们的数值（最大值或流的关系可归结为它们的数值（最大值或有效值）关系和相位关系。有效值）关系和相位关系。n二是电路功率的分析和计算。二是电路功率的分析和计算。12 三月 202341交流电 王立文n直流电路分析计算的基本定律、定理和公式直流电路分析计算的基本定律、定理和公式都适用于交流电路，但交流电路分析计算远都适用于交流电路，但交流电路分析计算远比直流电路复杂。这是因为正弦交流量随时比直流电路复杂。这是因为正弦交流量随时间变化，在确定各电量之间的关系时，不但间变化，在确定各电量之间的关系时，不但要计算其大小，而且要确定其相位。要计算其大小，而且要确定其相位。12 三月 202342交流电 王立文4.1 纯电阻阻电路路n仅由电阻组成的交仅由电阻组成的交流电路称为纯电阻流电路称为纯电阻交流电路，交流电路，其电路如图2-7所示。n图图2-7 2-7 纯电阻电路纯电阻电路 12 三月 202343交流电 王立文n纯电阻电路中电阻两端的电压与通过电阻纯电阻电路中电阻两端的电压与通过电阻的电流的大小关系为：的电流的大小关系为：U=IRU=IR或或 I=U/RI=U/Rn纯电阻电路中电阻两端的电压与通过电阻纯电阻电路中电阻两端的电压与通过电阻的电流相位相同，即同相。的电流相位相同，即同相。n纯电阻电路的平均功率为：纯电阻电路的平均功率为：P=UI=I P=UI=I 2 2R=U R=U 2 2/R/R12 三月 202344交流电 王立文n纯电阻电路中，电路的功率，即电阻上消耗的功纯电阻电路中，电路的功率，即电阻上消耗的功率就是电阻两端的电压有效值与流过电阻的电流率就是电阻两端的电压有效值与流过电阻的电流的有效值的乘积。电阻两端的瞬时电压的有效值的乘积。电阻两端的瞬时电压u u与流过电与流过电阻上的瞬时电流阻上的瞬时电流i i的乘积为电路的瞬时功率，即的乘积为电路的瞬时功率，即p=uip=ui。由于纯电阻电路中电阻两端的电压与通过。由于纯电阻电路中电阻两端的电压与通过电阻的电流相位相同，使电阻的电流相位相同，使u u和和i i在任何时刻（除零在任何时刻（除零点时刻外）和电路中电流和电压的符号相同，因点时刻外）和电路中电流和电压的符号相同，因此，其乘积所得的电路瞬时功率大于等于零，根此，其乘积所得的电路瞬时功率大于等于零，根据功率的定义，电路总是在消耗电能。据功率的定义，电路总是在消耗电能。12 三月 202345交流电 王立文4.2 纯电感感电路路n直流电阻和分布电容直流电阻和分布电容可以忽略的电感线圈可以忽略的电感线圈作为交流电路负载的作为交流电路负载的电路，称为纯电感电电路，称为纯电感电路，如路，如图所图所示。示。纯纯电感电路电感电路 12 三月 202346交流电 王立文n纯电感电路中电感两端的电压与通过电感的电流纯电感电路中电感两端的电压与通过电感的电流的关系为的关系为 U=IXU=IXL Ln电压和电流之间的关系符合欧姆定律，式中电压和电流之间的关系符合欧姆定律，式中X L=LX L=L（L L为电感的自感系数，单位为亨利）是表征电为电感的自感系数，单位为亨利）是表征电感对正弦电流所呈现感对正弦电流所呈现“阻止阻止”能力大小的一个参能力大小的一个参数，称为电感抗，简称感抗，其单位为欧姆数，称为电感抗，简称感抗，其单位为欧姆（）。感抗的大小和电流频率成正比。当电流）。感抗的大小和电流频率成正比。当电流的频率的频率 f0f0，即电流为直流时，感抗为零，故电，即电流为直流时，感抗为零，故电感在直流电路中相当于短路。感在直流电路中相当于短路。12 三月 202347交流电 王立文n纯电感电路中，电感两端的电压的相位超前纯电感电路中，电感两端的电压的相位超前通过电感电流的相位通过电感电流的相位9090。n纯电感电路的瞬时功率是随时间按正弦规律纯电感电路的瞬时功率是随时间按正弦规律变化的，其幅值为电感两端电压的有效值与变化的，其幅值为电感两端电压的有效值与流过电感上的电流的有效值的乘积。因为正流过电感上的电流的有效值的乘积。因为正弦函数的平均值为零，因此纯电感电路的平弦函数的平均值为零，因此纯电感电路的平均功率为零，这表明电感不消耗电能。均功率为零，这表明电感不消耗电能。12 三月 202348交流电 王立文n但由于瞬时功率是随时间按正弦规律变化的，这但由于瞬时功率是随时间按正弦规律变化的，这又表明电感与电源之间存在着能量的交换，即瞬又表明电感与电源之间存在着能量的交换，即瞬时功率大于零时，电感从电源吸收能量并储存起时功率大于零时，电感从电源吸收能量并储存起来；当瞬时功率小于零时，电感将储存的能量送来；当瞬时功率小于零时，电感将储存的能量送归电源。为反映电感与电源之间能量交换的规模，归电源。为反映电感与电源之间能量交换的规模，通常把瞬时功率的幅值进行量化，并称之为无功通常把瞬时功率的幅值进行量化，并称之为无功功率，用功率，用Q Q表示即表示即 Q=UI=IQ=UI=I2 2X XL L=U=U2 2/X/XL Ln无功功率的单位为乏（无功功率的单位为乏（VarVar）。）。12 三月 202349交流电 王立文4.3 纯电容容电路路n介质损耗和分布电感可介质损耗和分布电感可忽略的电容作为交流电忽略的电容作为交流电路的负载的电路，称为路的负载的电路，称为纯电容纯电容电路电路。12 三月 202350交流电 王立文n纯电容电路中电容两端的电压与通过电容纯电容电路中电容两端的电压与通过电容的电流的大小关系为的电流的大小关系为 I=U/XI=U/XC Cn上式中电压和电流之间的关系符合欧姆定上式中电压和电流之间的关系符合欧姆定律，律，X XC C=1 1/CC是表征电容对正弦电流所是表征电容对正弦电流所呈现呈现“阻碍阻碍”能力大小的一个参数，称为能力大小的一个参数，称为容抗，其单位为欧姆（容抗，其单位为欧姆（）。）。12 三月 202351交流电 王立文n容抗与电容容抗与电容C C及频率及频率f f成反比。这是因为同样电成反比。这是因为同样电容量的电容加在其两端的电压频率越高，电容容量的电容加在其两端的电压频率越高，电容两极间电压变化就越快，电流充放电过程中极两极间电压变化就越快，电流充放电过程中极板上的电荷变化率就越大，电路中的充放电电板上的电荷变化率就越大，电路中的充放电电流就越大，电容所呈现的流就越大，电容所呈现的“阻碍阻碍”作用就越小；作用就越小；同样，电压频率一定时，电容的电容量越大，同样，电压频率一定时，电容的电容量越大，电压变化时电路中移动的电荷就越多，电流就电压变化时电路中移动的电荷就越多，电流就越大，容抗同样越小。越大，容抗同样越小。12 三月 202352交流电 王立文n反之电容量越小或频率越低，容抗就越大。反之电容量越小或频率越低，容抗就越大。若若 f0f0时，时，X XC C，此时电路相当于开路。，此时电路相当于开路。所以电容具有阻止直流电流通过，允许交所以电容具有阻止直流电流通过，允许交流电流通过的作用。流电流通过的作用。n纯电容电路中电容两端的电压的相位滞后纯电容电路中电容两端的电压的相位滞后通过电容电流的相位通过电容电流的相位9090。12 三月 202353交流电 王立文n纯电容电路的瞬时功率是随时间按正弦规律变化的，纯电容电路的瞬时功率是随时间按正弦规律变化的，其幅值为电容两端电压的有效值与流过电容上的电其幅值为电容两端电压的有效值与流过电容上的电流的有效值的乘积。因为正弦函数的平均值为零，流的有效值的乘积。因为正弦函数的平均值为零，因此纯电容电路的平均功率为零，这表明电容不消因此纯电容电路的平均功率为零，这表明电容不消耗电能。耗电能。n但由于瞬时功率是随时间按正弦规律变化的，这又但由于瞬时功率是随时间按正弦规律变化的，这又表明电容与电源之间存在着能量的交换，即瞬时功表明电容与电源之间存在着能量的交换，即瞬时功率大于零时，电源向电容充电，电容吸收电源能量率大于零时，电源向电容充电，电容吸收电源能量并储存起来；当瞬时功率小于零时，电容向电源放并储存起来；当瞬时功率小于零时，电容向电源放电，将原来储存的能量送回电源。电，将原来储存的能量送回电源。12 三月 202354交流电 王立文n为反映电容与电源之间能量交换的规模，为反映电容与电源之间能量交换的规模，将瞬时功率的幅值称之为无功功率，用将瞬时功率的幅值称之为无功功率，用Q Q 表示，单位为乏（表示，单位为乏（VarVar），即），即 Q=UI=IQ=UI=I2 2X XC C=U=U2 2/X/XC C12 三月 202355交流电 王立文4.4 电阻、阻、电感、感、电容器的串容器的串联电路路n在含有线圈的交流电路中，当线圈的电阻不能被忽在含有线圈的交流电路中，当线圈的电阻不能被忽略时，就构成了略时，就构成了RLRL串联交流电路；当线圈和电容串联交流电路；当线圈和电容器串联时，就构成了器串联时，就构成了RLCRLC串联交流电路。串联交流电路。RLCRLC串联串联电路如电路如图所图所示。示。12 三月 202356交流电 王立文n在在RLCRLC串联交流电路中，电源电压串联交流电路中，电源电压u u和电流和电流i i的相位差的相位差 与两方面因素有关：一是电源频与两方面因素有关：一是电源频率；二是电路参数。通常，由率；二是电路参数。通常，由 角的大小可角的大小可判断出电路的性质，即：若判断出电路的性质，即：若X XL LX XC C，则，则 0 0，电压超前电流，电路呈电感性；若，电压超前电流，电路呈电感性；若X XL LX XC C，则，则 0 0，电压滞后电流，电路呈电容，电压滞后电流，电路呈电容性；若性；若X XL L=X=XC C，则，则=0=0，电压与电流同相，电压与电流同相，电路呈电阻性。电路呈电阻性。12 三月 202357交流电 王立文nRLCRLC串联交流电路的有功功率不像电阻元串联交流电路的有功功率不像电阻元件电路的有功功率那样只等于电源电压有件电路的有功功率那样只等于电源电压有效值与电路中电流有效值的乘积效值与电路中电流有效值的乘积UIUI，而要，而要乘上一个系数乘上一个系数coscos，即，即P=UI cosP=UI cos。这是由。这是由于电压电流不同相出现了相位差的缘故。于电压电流不同相出现了相位差的缘故。coscos叫做交流电路的功率因素。叫做交流电路的功率因素。12 三月 202358交流电 王立文5 三相交流三相交流电路路5.1 三相电源绕组的星形连接三相电源绕组的星形连接5.2 三相电源绕组的三角形连接三相电源绕组的三角形连接12 三月 202359交流电 王立文n所谓三相交流电路，就是由三个频率、幅值相等，所谓三相交流电路，就是由三个频率、幅值相等，彼此相位互差彼此相位互差120120的单相交流电源构成的电路。的单相交流电源构成的电路。与单相交流电相比，三相交流电路的优点是：降低与单相交流电相比，三相交流电路的优点是：降低输配电路网络建设成本及设备运行功率损耗；简化输配电路网络建设成本及设备运行功率损耗；简化设备结构，优化设备性能，方便设备使用和维护。设备结构，优化设备性能，方便设备使用和维护。因此，三相交流电路被广泛地采用。在分析计算三因此，三相交流电路被广泛地采用。在分析计算三相交流电路时，不仅要弄清同一相电路电压与电流相交流电路时，不仅要弄清同一相电路电压与电流的关系，而且要弄清三相电路之间电量的关系。的关系，而且要弄清三相电路之间电量的关系。12 三月 202360交流电 王立文n三相交流电动势一般由三相交流发电机产生，三相交流电动势一般由三相交流发电机产生，三相交流发电机结构如图三相交流发电机结构如图2-11a2-11a）所示，它主要）所示，它主要由定子和转子两部分构成。定子铁芯上嵌入三由定子和转子两部分构成。定子铁芯上嵌入三个对称的绕组个对称的绕组U U1 1-U-U2 2，V V1 1V V2 2，WW1 1-W-W2 2，它们在空，它们在空间内相互成间内相互成120120分布，每个绕组为一相，三分布，每个绕组为一相，三相绕组的相绕组的U U1 1、V V1 1、WW1 1称为首端，称为首端，U U2 2、V V2 2、WW2 2称为末端。转子铁芯上绕有直流励磁绕组。称为末端。转子铁芯上绕有直流励磁绕组。12 三月 202361交流电 王立文n图图2-11 2-11 三相交流发电机绕组结构图三相交流发电机绕组结构图12 三月 202362交流电 王立文n当原动机带动三相发电机的电枢转子作顺当原动机带动三相发电机的电枢转子作顺时针匀速转动时，定子绕组依次切割磁力时针匀速转动时，定子绕组依次切割磁力线，则定子每个绕组中产生的感应电动势线，则定子每个绕组中产生的感应电动势分别为分别为e e1 1、e e2 2、e e3 3。由于各绕组的结构相同。由于各绕组的结构相同而位置依次互差而位置依次互差120120，因此三个电动势的，因此三个电动势的最大值相等、频率相同，而初相依次互差最大值相等、频率相同，而初相依次互差120120，这样的三个电动势称为三相对称电，这样的三个电动势称为三相对称电动势。动势。12 三月 202363交流电 王立文n规定每相电动势的参考方向是从绕组的末端指规定每相电动势的参考方向是从绕组的末端指向起端，即当电流从起端流出时为正，反之为向起端，即当电流从起端流出时为正，反之为负。若以第一相为参考正弦量，可得三相电动负。若以第一相为参考正弦量，可得三相电动势的解析式如下：势的解析式如下：e1=Em sinte2=Emsin（t-120）e3=Emsin（t-240）=Emsin（t+120）12 三月 202364交流电 王立文n三相电动势的波形图和相量图如图三相电动势的波形图和相量图如图2-122-12所示。所示。n三相电动势最大值出现的次序称为相序。三相电动势最大值出现的次序称为相序。U U、V V、W W 三个绕组分别称为第一相绕组、第三个绕组分别称为第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组。二相绕组和第三相绕组。n三相发电机的三个绕组向外供电时，根据其三相发电机的三个绕组向外供电时，根据其绕组的连接方式不同可分为星形和三角形两绕组的连接方式不同可分为星形和三角形两种连接。种连接。12 三月 202365交流电 王立文n图图2-122-12三相对称电动势的波形图和相量图三相对称电动势的波形图和相量图12 三月 202366交流电 王立文 5.1 三相三相电源源绕组的星形的星形连接接n如如图所图所示为三相发电机绕组的星形连接。示为三相发电机绕组的星形连接。12 三月 202367交流电 王立文n这种连接方法是把发电机三个绕组的末端这种连接方法是把发电机三个绕组的末端U U2 2、V V2 2、WW2 2连接在一起，成为一个公共点（称连接在一起，成为一个公共点（称为中性点），用符号为中性点），用符号“N N”表示。从中性点表示。从中性点引出的输电线称为中性线。中性线通常与大引出的输电线称为中性线。中性线通常与大地相接，并把接大地的中性点称为零点，而地相接，并把接大地的中性点称为零点，而把接地的中性线称为零线。从三个绕组的始把接地的中性线称为零线。从三个绕组的始端端U U1 1、V V1 1、WW1 1引出的