汽车电工电子第二章交流电路课件.ppt

汽车电工电子技术第二章 交流电路第二章 交流电路一、知识目标 1、理解交流电、正弦交流电的概念 2、理解正弦交流电的三要素 3、了解周期、频率、角频率、瞬时值、最大值、有效值、相位、相位差等概念及相互之间的关系 4、理解正弦交流电的矢量表示法 5、掌握单相交流电路的有关规律 6、掌握三相交流电路的有关规律二、技能目标 1、学会三相交流电路中负载的星形连接和三角形连接 2.1 交流电的基本知识 一、交流电的概念 大小和方向随时间作周期性变化，并且在一个周期内的平均值为零的电压、电流和电动势统称为交流电。（a）直流电（b）正弦波（c）方波（d）三角波 图2.1 图2.1 所示为直流电与交流电随时间变化的曲线。交流电完成一次周期性变化所需要的时间称为交流电的周期，用表示，单位为秒（S）。交流电每秒完成周期性变化的次数称为交流电的频率，用符号f 表示，单位为赫兹（Hz）。周期和频率的关系为：第二章 交流电路二、交流电的表示 为了区别交流电和直流电，直流电的物理量用大写英文字母表示，如U S、I、E 等。交流电的物理量用小写英文字母表示，如us、i、e 等。三、交流电的特点（1）交流发电机可以很方便地把机械能（水流能、风能等）、化学能（石油、天然气等）等其他形式的能转化为电能，设备设施方面更加经济；（2）交流电可以方便地通过变压器升压和降压，给配送电能带来极大的方便,能量损失少；（3）用来传递信息(如声音、图像等)的电信号也必须是变化的交流电，不可能是恒定的直流电。因此，在实际生产生活中，交流电的应用更为广泛。第二章 交流电路四、正弦交流电的基本知识1、正弦交流电的概念 正弦交流电是指正弦电流、正弦电压和正弦电动势。正弦交流电的大小和方向都随时间按正弦规律变化。如图2.1（b)所示。2、正弦交流电的数学表达式 图2.1（b)所示的正弦交流电的数学表达式为 表示正弦交流电任一瞬时大小，称为瞬时值；表示正弦交流电变化的幅度大小，称为最大值；表示正弦交流电的角频率；表示正弦交流电的初始相位角。描述正弦交流电的主要物理量有瞬时值、最大值、有效值、角频率、初相位等。第二章 交流电路五、同频率正弦交流电的相加和相减 1、正弦交流电的相量表示法 用相量表示正弦交流电也称为旋转矢量法。如图2.2所示，在直角坐标系中画一个旋转矢量，规定用该矢量的长度表示正弦交流电的最大值（或有效值），该矢量与横轴的正向夹角表示正弦交流电的初相位（初相角），矢量以角速度按逆时针旋转，旋转的角速度表示正弦交流电的角频率。图2.2 正弦交流电的相量表示 图2.3 第二章 交流电路2、同频率正弦交流电的相加和相减 计算几个同频率的正弦量的相加、相减，常用旋转矢量的方法。具体步骤如下：（1）在直角坐标系中画出代表正弦量的旋转矢量，如图2.3所示；（2）分别求出几个旋转矢量在横轴上投影之和及在纵轴上投影之和；（3）求合成矢量，如图2.4 所示；（4）根据合成矢量写出计算结果。第二章 交流电路图2.4 2.2 单相交流电路 一、单一参数的正弦交流电路 1、纯电阻电路 在纯电阻电路中，电流和电压是同相的，图2.5 为纯电阻负载交流电路的电流与电压波形图、电压与电流的相位图。（a）纯电阻交流电路（b）电流与电压波形图（c）电压与电流的相位图图2.5 在纯电阻电路中，电压与电流的瞬时值、有效值和最大值都服从欧姆定律。若加在电阻R 两端的电压为，则流过电阻R 的电流为：第二章 交流电路 电压与电流总是同相的，因此瞬时功率恒为正值，这表明电阻总是从电源吸收电能，电阻是耗能元件。2、纯电容电路 把理想电容元件接到交流电源上，就组成了纯电容电路。图2.7（a）所示为纯电容负载的交流电路，（b）（c）为电容两端的电压与电流的波形图和相位图。（a）纯电容交流电路（b）电流与电压波形图（c）电压与电流的相位图 图2.7 纯电容电路中电流比电压提前到达最大值，即电流超前电压相位。第二章 交流电路3、纯电感电路 把理想电感元件接到交流电源上，就组成了纯电感电路。图2.8 所示为纯电感负载的交流电路及电压与电流的波形图和相位图。a.纯电感交流电路 b.电流与电压波形图 c.电压与电流的相位图图2.8 纯电感电路中电压比电流提前到达最大值，即电流滞后电压相位。第二章 交流电路二、串联电路1、串联电路的特性：各电压间的相位不同，总电流与总电压的相位也不相同，如图2.9 所示。图2.9 RL 串联电路相量图和电压三角形2、功率因数（1）功率因数 所谓功率因数就是指有功功率与视在功率的比值，用 表示。即：功率因数的大小是由电路的主要参数和决定的。（2）提高功率因数的意义（3）提高功率因数的方法 第二章 交流电路2.3 三相交流电路 一、三相交流电源 1、三相交流电的产生 三相交流电是由三相交流发电机产生的，图2.10 所示为三相交流发电机的发电原理。图2.10 三相交流发电机工作原理及各线圈中感应电动势的波形图 第二章 交流电路2、三相电源的星形连接（Y 形连接）图2.11 所示为电源的星形连接。图2.11 三相电源星形连接 图2.12 线电压、相电压相量图 各相线与中性线之间的电压，称为相电压。图2.12 为相电压和线电压有效值的相量图。第二章 交流电路二、三相负载的连接 1、三相负载的星形（Y）连接 图2.13 所示为三相负载的星形连接方式。图2.13 三相负载的星形连接 图2.14 相电压及电流相量图 负载作星形连接并具有中性线时，相线和负载通过的电流相同，各相电流等于各线电流，即：第二章 交流电路2、三相负载的三角形（）连接 三相负载进行三角形连接时，就是将三相负载首、尾相连，形成一个闭合回路，三相负载之间的三个连接点分别接到三相电源的端线上，具体连接如图2.15 所示。图2.15 三相负载三角形连接 图2.16 线电流、相电流相量图 三相负载进行三角形连接时，负载上的相电压与线电压相等，且等于电源的线电压，即：第二章 交流电路三、三相电功率 三相电路中的总有功功率等于各相负载有功功率之和，即：第二章 交流电路