正弦交流电路的原理分析.ppt
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1、电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析项目一:正弦交流电路的原理分析项目一:正弦交流电路的原理分析任务六:正弦交流电路的基本概念及正任务六:正弦交流电路的基本概念及正 弦量的相量表示弦量的相量表示任务七:单一元件的正弦交流线路任务七:单一元件的正弦交流线路任务八:交流电路的功率、功率因数任务八:交流电路的功率、功率因数任务十:三相电路中负载的连接任务十:三相电路中负载的连接任务十一:三相交流电路的功率任务十一:三相交流电路的功率任务九:三相交流电源任务九:三相交流电源电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析能力目能力目标:了解正弦交流电
2、的周期、频率、角频率、幅值、了解正弦交流电的周期、频率、角频率、幅值、初相位、相位差等特征量,理解正弦交流电的初相位、相位差等特征量,理解正弦交流电的解析式、波形图、相量图、三要素等概念。解析式、波形图、相量图、三要素等概念。任务七:正弦交流电路的基本概念及正任务七:正弦交流电路的基本概念及正 弦量的相量表示弦量的相量表示掌握正弦交流量有效值、平均值与最大值之间掌握正弦交流量有效值、平均值与最大值之间的关系,以及同频率正弦量的相位差的计算。的关系,以及同频率正弦量的相位差的计算。电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析一一.正弦交流电路的基本概念正弦交流电路的基本概
3、念随时间按正弦规律变化的电压、电流称为正弦随时间按正弦规律变化的电压、电流称为正弦电压和正弦电流。表达式为:电压和正弦电流。表达式为:i电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析1.1.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、频率和角频率角频率角频率角频率角频率:正弦量单位时间内变化的弧度数。正弦量单位时间内变化的弧度数。角频率与周期及频率的关系:角频率与周期及频率的关系:周期周期周期周期T T:正弦量完整变化一周所需要的时间。正弦量完整变化一周所需要的时间。频率频率频率频率f f:正弦量在单位时间内
4、变化的周数。正弦量在单位时间内变化的周数。周期与频率的关系周期与频率的关系周期与频率的关系周期与频率的关系:电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析2.2.2.2.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、最大值和有效值瞬时值瞬时值瞬时值瞬时值是以解析式表示的:是以解析式表示的:最大值最大值最大值最大值就是上式中的就是上式中的Im,Im反映了正弦量反映了正弦量振荡的幅度振荡的幅度。有效值有效值有效值有效值指指与交流电热效应相同的直流电数值与交流电热效应相同的直流电数值。Rii 通过电阻通
5、过电阻R时,在时,在t 时时间内产生的热量为间内产生的热量为QRII 通过电阻通过电阻R时,在时,在t 时时间内产生的热量也为间内产生的热量也为Q上述直流电流上述直流电流上述直流电流上述直流电流 I I 就是上述交流电流就是上述交流电流就是上述交流电流就是上述交流电流 i i 的的的的有效值有效值有效值有效值。理论和实际都可以证明:理论和实际都可以证明:理论和实际都可以证明:理论和实际都可以证明:电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析3.3.正弦交流电的相位、初相和相位差正弦交流电的相位、初相和相位差正弦交流电的相位、初相和相位差正弦交流电的相位、初相和相位差正弦
6、量表达式中的角度。正弦量表达式中的角度。正弦量表达式中的角度。正弦量表达式中的角度。相位相位:t t=0=0时的相位。时的相位。时的相位。时的相位。初相初相:指两个同频率正弦量之间的相位差,数值上指两个同频率正弦量之间的相位差,数值上指两个同频率正弦量之间的相位差,数值上指两个同频率正弦量之间的相位差,数值上等于它们的初相之差。等于它们的初相之差。等于它们的初相之差。等于它们的初相之差。相位差相位差:相位相位相位相位初相初相初相初相u u、i i 的相位差为:的相位差为:的相位差为:的相位差为:电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析瞬时值表达式瞬时值表达式相量相量
7、必须必须小写小写波形图波形图i 正弦量的表示方法:正弦量的表示方法:重点重点前两种不便于运算,重点介绍相量表示法。前两种不便于运算,重点介绍相量表示法。二二.正弦量的相量表示正弦量的相量表示电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析正弦量的相量表示正弦量的相量表示:相量的模表示正弦量的有效值相量的模表示正弦量的有效值相量的幅角表示正弦量的初相位相量的幅角表示正弦量的初相位已知已知例例.试用相量表示试用相量表示 i,u。解解:电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析旋转因子旋转因子相量相量例例.试写出电流的瞬时值表达式。试写出电流的瞬时值表达
8、式。解解:相量的几何意义相量的几何意义A(t)是旋转相量是旋转相量旋转相量在纵轴上的投影就是正弦函数旋转相量在纵轴上的投影就是正弦函数电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析 相量图相量图 i u电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析能力目能力目标:掌握电阻、电感、电容等元件电路中电掌握电阻、电感、电容等元件电路中电压电流之间各种关系。压电流之间各种关系。任务七:单一元件的正弦交流线路任务七:单一元件的正弦交流线路理解瞬时功率、平均功率、无功功率的理解瞬时功率、平均功率、无功功率的概念。概念。掌握感抗、容抗的概念。掌握感抗、容抗的概念。
9、电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析一一.纯电阻交流电路纯电阻交流电路1 1 1 1、纯电阻元件电压、电流关系、纯电阻元件电压、电流关系、纯电阻元件电压、电流关系、纯电阻元件电压、电流关系设设则则Ri ui=uR解析式:解析式:相量相量表达式:表达式:电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析1.频率相同;频率相同;2.相位相同;相位相同;3.有效值关系有效值关系:4.相量关系;相量关系;U相量图为:相量图为:相量图为:相量图为:I电阻元件上的电压、电流关系可归纳为:电阻元件上的电压、电流关系可归纳为:电阻元件上的电压、电流关系可归纳为
10、:电阻元件上的电压、电流关系可归纳为:电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析(1)瞬时功率瞬时功率 p瞬时功率用小写!瞬时功率用小写!则则则则结论:结论:结论:结论:1.p随时间变化;随时间变化;2.2.p0,为为耗能元件。耗能元件。uip=UI-UIcos2 ttUIUIcos2 t1 1 1 1、纯电阻元件的功率、纯电阻元件的功率、纯电阻元件的功率、纯电阻元件的功率电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析(2 2)平均功率(有功功率)平均功率(有功功率)P(P(一个周期内的平均值一个周期内的平均值)由由:可得可得:P=UI例例求:求
11、:“220V“220V、100W”100W”和和“220V“220V、40W”40W”灯泡的电阻?灯泡的电阻?平均功率用大写!平均功率用大写!解:解:显然,在相同电压下,负载的电阻与功率成反比。显然,在相同电压下,负载的电阻与功率成反比。显然,在相同电压下,负载的电阻与功率成反比。显然,在相同电压下,负载的电阻与功率成反比。电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析设设则则解析式:解析式:相量相量表达式:表达式:Li uIU相量图:相量图:电感元件上电感元件上电感元件上电感元件上 u u 超前超前超前超前 i i 90909090电角。电角。电角。电角。二二.纯电感交
12、流电路纯电感交流电路1 1 1 1、纯电感元件电压、电流关系、纯电感元件电压、电流关系、纯电感元件电压、电流关系、纯电感元件电压、电流关系电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析其中:其中:其中:其中:U=LI=2f LI=IXL电感元件上电压、电流的有效值关系为:电感元件上电压、电流的有效值关系为:电感元件上电压、电流的有效值关系为:电感元件上电压、电流的有效值关系为:X XL L=2=2f L=Lf L=L称称为电为电感元件的感元件的电电电电抗,抗,抗,抗,简简称称感抗感抗感抗感抗。感抗反映了感抗反映了感抗反映了感抗反映了电电电电感元件感元件感元件感元件对对对对
13、正弦交流正弦交流正弦交流正弦交流电电电电流的阻碍作用;流的阻碍作用;流的阻碍作用;流的阻碍作用;感抗的感抗的感抗的感抗的单单单单位与位与位与位与电电电电阻相同,也是欧姆【阻相同,也是欧姆【阻相同,也是欧姆【阻相同,也是欧姆【】。】。】。】。感抗与哪些感抗与哪些因素有关?因素有关?XL与与频率频率成成正比正比正比正比;与;与电感量电感量L成成正比正比正比正比直流情直流情况下感况下感抗为多抗为多大?大?直流下频率直流下频率f=0,所以,所以XL=0。L L 相当于短路相当于短路相当于短路相当于短路。电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析u2.2.2.2.纯电感元件的功
14、率纯电感元件的功率纯电感元件的功率纯电感元件的功率 (1)瞬时功率瞬时功率 p瞬时功率用小写!瞬时功率用小写!则则则则ip=ULIsin2 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,吐出能量吐出能量;释放电能释放电能;p 0u i 非关联非关联,吐出能量吐出能量;释放电能释放电能;p 0,i0 时,p0,N 吸收功率;3.u0,i0或 u0 时,p0,0,感性,感性,滞后功率因数滞后功率因数X0,0,容性,容性,超前功率因数
15、超前功率因数例:例:cos =0.5(滞后滞后),则则 =60o (电压领先电流电压领先电流60o)。cos 1,纯电阻纯电阻0,纯电抗纯电抗平平均均功功率率实实际际上上是是电电阻阻消消耗耗的的功功率率,亦亦称称为为有有功功功功率率。表表示示电电路路实实际际消消耗耗的的功功率率,它它不不仅仅与与电电压压电电流流有有效效值值有有关关,而而且且与与 cos 有有关关,这这是是交交流流和和直直流流的的很很大大区区别别,主主要要由由于于电压、电流存在相位差。电压、电流存在相位差。电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析讨论讨论:1.1.N为单一元件时:而 2.2.将N等效为
16、(含 n个R)对电路进行P计算时可只求PR,则电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析3.无功功率无功功率 Q表示交换功率的最大值,单位:表示交换功率的最大值,单位:var(乏乏)。Q 的大小反映网络与外电路交换功率的大小。是由储能元的大小反映网络与外电路交换功率的大小。是由储能元件件L、C的性质决定的的性质决定的(2).2).由阻抗:而电阻元件无功功率为零。公式计算。计算电路Q时可用讨论讨论:(1).(1).N为单一元件时:电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析4.视在功率视在功率S反映电气设备的容量。反映电气设备的容量。可得功率,S
17、、P、Q关系关系:其中电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析二二.功率因数的提高功率因数的提高 1.1.提高功率因数的意义:由功率可知,在一定的P下,用电单位的越小,Q越大,S。为满足用电,则供电线路的变压器容量加大,投资,而设备利用率,网损。一般规定高压用户的 设备S=Se时,用户发电设备利用率。越大,P 出力提高。网损:,U 。电工电子技术电工电子技术正弦交流电路的原理分析正弦交流电路的原理分析(原理:QC,QL互补)的主要方法:2、提高解决办法解决办法:并联电容,提高功率因数:并联电容,提高功率因数(改进自身设备改进自身设备)。分析分析:1 2LRC+_电工
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- 正弦 交流电路 原理 分析
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