汽车电工电子第二章交流电PPT.ppt

主讲主讲:张闽临张闽临赣州华坚科技职业学校赣州华坚科技职业学校1（第二章（第二章 正弦交流电正弦交流电）本章要求本章要求 1、理解正弦量的特征及其各种表示方法；2、理解电路基本定律的相量形式及阻抗；掌握计算正弦交流电路的相量分析法，会画相量图；3、掌握有功功率和功率因数的计算，了解有功功率、无功功率和视在功率的概念；4、了解正弦交流电路的频率特性；5、了解提高功率因数的意义和方法。231 1、把正弦交流电与直流电作个比较？、把正弦交流电与直流电作个比较？2 2、在我们的生活中那些电器用的是交、在我们的生活中那些电器用的是交流电。流电。观察与思考观察与思考交流电的概念 如果电流或电压每经过一定时间（T）就重复变化一次，则此种电流、电压称为周期性交流电流或电压。如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。4u uu ut tt tT TT T如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，由此产生的电流、电压大小和方向也是正弦的，这样的电路称为正弦交流电路。正弦交流电的优越性：便于变压、传输；电器设备结构简单、成本低、使用维护方便；便于交流变直流；5描述变化周期的几种描述变化周期的几种方法：方法：1.1.周期周期T T：变化一周所需：变化一周所需的时间单位：秒，毫秒的时间单位：秒，毫秒.2.2.频率频率f f：每秒变化的次：每秒变化的次数单位：赫兹，千赫兹数单位：赫兹，千赫兹.周期与频率周期与频率3.3.角频率角频率：每秒变化：每秒变化的弧度单位：弧度的弧度单位：弧度/秒秒6*电网频率：电网频率：中国50 50 Hz美国、日本60 60 Hz*有线通讯频率：有线通讯频率：300-5000 300-5000 Hz*无线通讯频率：无线通讯频率：30 kHz-330 kHz-3104 M104 MHz71 1、最大值：、最大值：在在一个周期内所出现的最大瞬时值。下一个周期内所出现的最大瞬时值。下标用小写字母标用小写字母“m”m”，如，如“Um”Um”。表达式：表达式：2 2、瞬时值：、瞬时值：交流电某一时刻所对应的数值。交流电某一时刻所对应的数值。电量用电量用小写字母，如小写字母，如u u、i i等等。表达式：表达式：u=Umsinu=Umsin（t+t+）89交流电的大小交流电的大小(幅度幅度)表达式：表达式：4 4、平均值：、平均值：指半个周期内的平均值。下标用指半个周期内的平均值。下标用小写字母小写字母“av”av”，如，如“Uav”Uav”。表达式：表达式：Uav=0.637Um Uav=0.637Um 3 3、有效值：、有效值：让一个交流电电流和一个直流电让一个交流电电流和一个直流电流分别通过相同阻值的电阻，如果在相同时间流分别通过相同阻值的电阻，如果在相同时间内产生的热量相等，那么就把这一直流电的数内产生的热量相等，那么就把这一直流电的数值叫有效值。电量必须大写字母，如值叫有效值。电量必须大写字母，如U U、I I。u=Umsin(u=Umsin(t+1)i=Imsin(i=Imsin(t+2)t=0t=0 时的相位称为初相位或初相角。时的相位称为初相位或初相角。也可以把相位比作正弦交流电在某一瞬间所处的位置（或也可以把相位比作正弦交流电在某一瞬间所处的位置（或角度角度）10ti i正弦波的相正弦波的相位角或相位位角或相位类比跑步比比跑步比赛，步幅与，步幅与频率的关系。率的关系。111212i i1 1i i2 2ti ii i1 1=Im=Im1 1sin(314t+30sin(314t+30)i i2 2=Im=Im2 2sin(314t+90sin(314t+90)（两个同频率正弦量在任何瞬时的相位之差叫（两个同频率正弦量在任何瞬时的相位之差叫相位差相位差，即即9090-30-30=60=60）13相同相位相同相位1=2i i1 1i i2 2i i2 2i i1 111222=2=1 1相位领先相位领先i i1 1 领先领先i i2 2正交关系正交关系i i1 1 落后落后i i2 2 9090ti i2 2i i1 1i i1 1i i2 2相反相位相反相位=180 ttt14交流电三要素的代数式例题：交流电三要素的代数式例题：最大值最大值U Um m=311V=311V瞬时值瞬时值u=155.5Vu=155.5V初相位或初相角初相位或初相角=30=30角频率角频率=314=314有效值有效值U=220VU=220V频率频率f=50Hzf=50Hz一、波形图：一、波形图：二、二、解析法（解析法（瞬瞬时值表达式）：时值表达式）：三、相量表示法：三、相量表示法：15ti iu=Umsinu=Umsin（t+t+）IU0 00 0概念：概念：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示。正弦波的相量向线段在纵轴上的投影值来表示。正弦波的相量表示法。表示法。16ImI0tt正弦交流电正弦交流电旋转表示旋转表示展开表示展开表示0 0、纯电阻电路、纯电阻电路根据欧姆定律根据欧姆定律 u=iRu=iR电阻阻电路中路中电流、流、电压的的关系关系1.1.频率相同率相同 2.2.相位相同相位相同 3.3.有效有效值关系：关系：u=iRu=iR4.4.相量关系：相量关系：U=I=U=I=0017Riu I IU U类比酸碱度，比酸碱度，说明明电路的阻性、容性和感路的阻性、容性和感性。性。18i=Imsini=Imsin（t+0 t+0）u=Umsinu=Umsin（t+90t+90）电感电路中电流、电压的电感电路中电流、电压的关系关系1.1.频率相同频率相同2.2.相位相差相位相差9090（u u 领先领先i i 9090）19uiL基本关系式：基本关系式：209090ti iu uU UI I9090U=ILU=ILX XL L=L=2=L=2 fL，X XL L为感抗，单位是为感抗，单位是“”U U领先领先I I909021感抗（感抗（X XL L=L=L）是频率的函数，表示电感电）是频率的函数，表示电感电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。正弦波有效。U UL L=IX=IXL L频率频率f f 一定时，感抗一定时，感抗X XL L与电感与电感L L成正比，即成正比，即L L越大，越大，X XL L 越大。越大。电感电感L L 一定时，感抗一定时，感抗X XL L 与频率与频率f f 成正比。成正比。221.1.瞬时功率瞬时功率p pP=uP=ui i=Umsin(=Umsin(t+90t+90)Imsin)Imsin t t =UIsin2 =UIsin2 t t2301/1/2 2P Pi iu u24+_P P0 0P P0 0P P0 0P P0 0储存储存能量能量释放释放能量能量储存储存能量能量释放释放能量能量结论：以上为可逆的能量转换过程（能量结论：以上为可逆的能量转换过程（能量的吞吐），纯电感不消耗能量。的吞吐），纯电感不消耗能量。P=0P=0ttP PP PI I Q Q 的定义：的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。电感瞬时功率所能达到的最大值。（或指能量的交换规模）（或指能量的交换规模）P=ui=UIsin2tP=ui=UIsin2t25Q Q 的单位：乏、千乏的单位：乏、千乏(var(var、kvar)kvar)“无功无功”的含的含义是义是“交换交换”而不是而不是“消耗消耗”例例举有功率、无功率的有功率、无功率的电器和器和电路（指各路（指各种家种家电）。）。26基本关系式基本关系式:27u ui iC C1.1.频率相同频率相同2.2.相位相差相位相差9090（u u 落后落后i i 9090）289090i iu ui iu u9090I I领先领先U90U90tt29容抗容抗 是频率的函数，表示电容电路中是频率的函数，表示电容电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。频率频率f f 一定时，容抗一定时，容抗X XC C与电容量与电容量C C成反比，即成反比，即C C越越大，大，X XC C 越小。越小。电电容容C C 一定时，容抗一定时，容抗X XC C 与频率与频率f f 成反比。成反比。301.1.瞬时功率瞬时功率p p31i iu uP P放电放电放电放电充电充电充电充电P P0P P0P P0P P0i ii ii ii iu uu uu uu u释放释放能量能量储存储存能量能量32P PP Pi iu utiuPiuP0 0纯电容电路中没有电能消耗：纯电容电路中没有电能消耗：P=0P=0瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）33（电容性无功取负值）（电容性无功取负值）1.1.单一参数电路中的单一参数电路中的基本关系基本关系电路参数电路参数R R 基本关系：基本关系：电路参数电路参数L L 基本关系：基本关系：电路参数电路参数C C 基本关系：基本关系：34U=RIU=RI电流与电压的关系电流与电压的关系35U UL LU UR RU U I I U UR R设：设：i=Imsinti=Imsint电阻端电压为：电阻端电压为：电感端电压为：电感端电压为：U UL L阻抗角阻抗角36u uL LU UU UL LI IU UC Ci iC CR R37Z ZR RX XL LXcXcU=ZIU=ZIU UR R=RI=RIP=UP=UR RI IS=UIS=UIU UL-L-U UC C=（X XL L-Xc-Xc）I IQ=Q=（U UL L-Uc-Uc）I I阻抗阻抗三角形三角形电压电压三角形三角形功率功率三角形三角形38观察与思考观察与思考1 1、为什么变压器和电动机不是纯电感、为什么变压器和电动机不是纯电感电路？会发热消耗功率。电路？会发热消耗功率。39在两磁极中在两磁极中放一个线圈放一个线圈以以 的速度顺时针旋转的速度顺时针旋转而产生感应电流。而产生感应电流。根据右手定则可知，线圈中根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由产生感应电动势，其方向由A AX X。39N NS SO OA AS SY YY YO OO OttEmEm9090180180360360270270单相发电机原理图单相发电机原理图单相电动势的产生单相电动势的产生4040三相交流电路三相交流电路又称多相制电路，由三个大小相又称多相制电路，由三个大小相等，频率相同，相位互差等，频率相同，相位互差120120的正弦单相交流的正弦单相交流电组成。电组成。三相交流电具有的优点：三相交流电具有的优点：1 1、发电机体积小，省材料；、发电机体积小，省材料；2 2、发电机结构简单，使用和维护方便，振动小；、发电机结构简单，使用和维护方便，振动小；3 3、适合大功率远距离输电，可节约、适合大功率远距离输电，可节约25%25%的材料。的材料。3.53.5三相交流电动势的产生三相交流电动势的产生4141 三相交流三相交流电动势的的产生生S SN N定子定子转子转子Y YC CBZ ZX XA A定子中放三个线圈：定子中放三个线圈：A XA XB YB YC ZC Z首首端端未未端端三线圈空间位置各差三线圈空间位置各差120120转子装有磁极并以转子装有磁极并以 的速的速度旋转。三个线圈中便度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。产生三个单相电动势。三相发电机原理图三相发电机原理图42相电动势的表示式 三角函数式三角函数式42三相电动势的特征：三相电动势的特征：大小相等，频率相同，相位互差大小相等，频率相同，相位互差120120。4343e eA Ae eB Be eC C120120240240360360tte120120120120120120e eA Ae eB Be eC C波形图波形图矢量图矢量图44一、星形接法一、星形接法（Y Y）44A AC CB BX XZ ZY YA AB BC CN NU UA A-U-UABABU UC C-U-UCACAU UB B-U-UB BC C3030三相四线三相四线 制供电制供电火线（相线）火线（相线）:A B C:A B C中线（零线）：中线（零线）：N N-UB45三相三线制特点：线电压三相三线制特点：线电压U Ul l=相电压相电压U Up p45e eAe eCe eBABCu uCAu uBCu uABABCXYZU UAB AB=U UAXAX=380V380VU UCA CA=U=UCYCY=380V=380VU UBC BC=U=UBZBZ=380V=380V4646Z ZA AZ ZB BZ ZC CZ ZA AZ ZB BZ ZC Ci iA Ai iC Ci iB Bi iA Ai iC Ci iB Bi iN NA AN NA AC CB BC CB B三相不对称负三相不对称负载的星形联结载的星形联结三相对称负载三相对称负载 的星形联结的星形联结4747 三相负载星形接实际电路三相负载星形接实际电路:A AB BN NC CFUFU三相不三相不对称负对称负载的星载的星形联结形联结三相对三相对称负载称负载 的星的星形联结形联结三相负荷（如三相负荷（如电动机）电动机）单相负荷（如单相负荷（如照明、家电）照明、家电）4848Z ZA AZ ZB BZ ZC CA AN NC CB BU UBNBNU UCNCNU UANANU UABABU UACACU UCBCB相电压相电压:U UANAN=U=UBNBN=U UCNCN=220V=220V线电压：线电压：U UABAB=U UACAC=U=UCBCB=380V=380V5.55.5相电压与线电压：相电压与线电压：49电话：电话：