电器技术基础及应用.ppt
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1、第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路正弦量的基本概念与正弦量的三要素正弦量的基本概念与正弦量的三要素 正弦交流电的有效值正弦交流电的有效值 正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法电阻电阻R、电感、电感L和电容和电容C的正弦交流电路的正弦交流电路 RLC串联电路串联电路 三相电路三相电路 磁路与变压器磁路与变压器 安全用电安全用电 2.12.22.32.52.72.42.62.8第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.1 2.1 正限量的基本概念与正弦量的三要素正限量的基本概念与正弦量的三要素 2.1 2.1 正弦量的基本概念与正弦量的三要素正弦量的基本概念与正弦量的三要素 2.1.1 2.1
2、.1 瞬时值、振幅瞬时值、振幅 正弦量瞬时值中的最大值正弦量瞬时值中的最大值,叫振幅值叫振幅值,也叫峰值。也叫峰值。大写字母带下大写字母带下 标标“m m”表示表示,如如U Um m、I Im m等。等。第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.1 2.1 正限量的基本概念与正弦量的三要素正限量的基本概念与正弦量的三要素2.1.2 2.1.2 周期、频率和角频率周期、频率和角频率周期周期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f:正弦量在单位时间内变化的周数。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:角频率角频率:表示正弦量在单位时
3、间内变化的弧度数:表示正弦量在单位时间内变化的弧度数,即即第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.1 2.1 正弦量的基本概念与正弦量的三要素正弦量的基本概念与正弦量的三要素2.1.3 2.1.3 相位、初相位和相位差相位、初相位和相位差相位:相位:正弦量表达式中的角度正弦量表达式中的角度初相初相:t t=0=0时的相位时的相位相位差相位差:两个同频率正弦量的相位之差,其值等于它们的:两个同频率正弦量的相位之差,其值等于它们的 初相之差。如初相之差。如相位差为:相位差为:第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.1 2.1 正弦量的基本概念与正弦量的三要素正弦量的基本概念与正弦量的三要素2.
4、1.3 2.1.3 相位、初相位和相位差相位、初相位和相位差第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路 定义定义:让交流电流:让交流电流i i和直流电流和直流电流I I分别通过两个阻值相等的分别通过两个阻值相等的电阻电阻R R,如果在相同的时间如果在相同的时间T T内,两个电阻消耗的能量相等,则内,两个电阻消耗的能量相等,则称该直流电流称该直流电流I I的值为周期电流的值为周期电流i i的有效值。的有效值。a)交流电通过电阻 b)直流电通过电阻 2.2 2.2 正弦交流电的有效值正弦交流电的有效值2.2 2.2 正弦交流电的有效值正弦交流电的有效值第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路根据有效值的
5、定义有根据有效值的定义有交流电流的有效值为交流电流的有效值为:正弦电压、正弦电动势的有效值为:正弦电压、正弦电动势的有效值为:2.2 2.2 正弦交流电的有效值正弦交流电的有效值2.2 2.2 正弦交流电的有效值正弦交流电的有效值 工程上通常所说的交流电的大小一般均指有效值。在测量工程上通常所说的交流电的大小一般均指有效值。在测量交流电交流电 路的电压、电流时,仪表指示的数值一般是交流电的有效路的电压、电流时,仪表指示的数值一般是交流电的有效值;各种交流电气设备铭牌上的额定电压和额定电流也多是指它值;各种交流电气设备铭牌上的额定电压和额定电流也多是指它们的有效值。们的有效值。第二章第二章 正弦
6、交流电路正弦交流电路 电容器的耐压值为电容器的耐压值为 250V,250V,问能否用在问能否用在220V220V的单相交流电的单相交流电源上?源上?解:解:因为因为 220V220V的单相交流电源为正弦电压的单相交流电源为正弦电压,其振幅值为其振幅值为311 311 V,V,大于其耐压值大于其耐压值250V,250V,电容可能被击穿电容可能被击穿,所以不能接在所以不能接在220 V220 V的单相电源上。的单相电源上。各种电器件和电气设备的绝缘水平(耐压值)各种电器件和电气设备的绝缘水平(耐压值),要按最要按最大值考虑。大值考虑。2.2 2.2 正弦交流电的有效值正弦交流电的有效值2.2 2.
7、2 正弦交流电的有效值正弦交流电的有效值例例 2-12-1第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路 正弦交流电的相量表示法是建立在数学中复数基础上的,正弦交流电的相量表示法是建立在数学中复数基础上的,即正弦量可以用一个复数来表示,复数的模代表正弦量的有即正弦量可以用一个复数来表示,复数的模代表正弦量的有效值,复数的幅角代表正弦量的初相位。效值,复数的幅角代表正弦量的初相位。正弦交流电流的相量为正弦交流电流的相量为:相量图为:相量图为:2.3 2.3 正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法2.3 2.3 正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法2.3.1 2.3.1 正弦量与相量的对应关系正弦量与相量的
8、对应关系第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路 设设 ,其对应的相量表达形式其对应的相量表达形式分别为:分别为:2.3 2.3 正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法2.3.2 2.3.2 正弦量相量常用表示方式正弦量相量常用表示方式代数式代数式:指数式指数式 :极坐标式极坐标式 :第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.4 2.4 电阻电阻R R、电感、电感L L和电容和电容C C 的正弦交流电路的正弦交流电路 2.4 2.4 电阻电阻R R、电感、电感L L和电容和电容C C 的正弦交流电路的正弦交流电路2.4.1 2.4.1 电阻元件的正弦交流电路电阻元件的正弦交流电路1.1.电阻元件上
9、电压和电流的关系电阻元件上电压和电流的关系 电阻元件的正弦交流电路电阻元件的正弦交流电路 设:设:有有 或或 电阻元件上电压与电流的相量图电阻元件上电压与电流的相量图第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路 工程上都是计算瞬时功率的平均值工程上都是计算瞬时功率的平均值,即平均功率即平均功率,用大写用大写字母字母 P P 表示。表示。平均功率的单位为瓦(平均功率的单位为瓦(W W),工程上也常用千瓦(),工程上也常用千瓦(kWkW)。)。一般用电器上所标的功率,如白炽灯的功率为一般用电器上所标的功率,如白炽灯的功率为25W25W、电炉的功、电炉的功率为率为1000W1000W、电阻的功率为、电阻的
10、功率为1W1W等都是指平均功率。等都是指平均功率。2.4 2.4 电阻电阻R R、电感、电感L L和电容和电容C C 的正弦交流电路的正弦交流电路2 2功率及能量转换功率及能量转换 第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.4 2.4 电阻电阻R R、电感、电感L L和电容和电容C C 的正弦交流电路的正弦交流电路2.4.2 2.4.2 电感元件的正弦交流电路电感元件的正弦交流电路 1.1.电压与电流的关系电压与电流的关系电感元件的正弦交流电路电感元件的正弦交流电路 设设有有电压和电流的相量关系为:电压和电流的相量关系为:对应的相量图:对应的相量图:或或得得第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电
11、路2.4 2.4 电阻电阻R R、电感、电感L L和电容和电容C C 的正弦交流电路的正弦交流电路 2 2功率及能量转换功率及能量转换 电感元件上的电感元件上的瞬时功率:瞬时功率:电感元件的瞬时功率波形电感元件的瞬时功率波形 电感元件一个周期内吸收的电感元件一个周期内吸收的平均功率平均功率为零。为零。无功功率无功功率:单位为单位为“乏乏”(varvar),工程中也常用工程中也常用“千乏千乏”(kvarkvar)。)。第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路电容元件的正弦交流电路电容元件的正弦交流电路 电容元件的电压电流相量图电容元件的电压电流相量图 2.4 2.4 电阻电阻R R、电感、电感L
12、L和电容和电容C C 的正弦交流电路的正弦交流电路2.4.3 2.4.3 电容元件的正弦交流电路电容元件的正弦交流电路1 1电压与电流的关系电压与电流的关系电流和电压的相量式电流和电压的相量式:设设有有得得第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路电容元件上的电容元件上的瞬时功率瞬时功率:电容元件的电压电流和瞬时功率波形电容元件的电压电流和瞬时功率波形 2.4 2.4 电阻电阻R R、电感、电感L L和电容和电容C C 的正弦交流电路的正弦交流电路2 2功率及能量转换功率及能量转换一个周期内吸收的一个周期内吸收的平均功率平均功率为零。为零。无功功率无功功率:单位为单位为“乏乏”(varvar),工
13、程中也常用工程中也常用“千乏千乏”(kvarkvar)。)。第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路 RLCRLC串联电路串联电路 2.5 RLC2.5 RLC串联电路串联电路 2.5 RLC2.5 RLC串联电路串联电路2.5.1 2.5.1 电压与电流的关系电压与电流的关系第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.5 RLC2.5 RLC串联电路串联电路2.5.1 2.5.1 电压与电流的关系电压与电流的关系第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路阻抗、电压、功率三角形阻抗、电压、功率三角形 2.5 RLC2.5 RLC串联电路串联电路2.5.2.5.2 2 功率及其测量功率及其测量 称为称为
14、功率因数功率因数,体现了电源的利用率。体现了电源的利用率。第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路 已知日光灯的功率为已知日光灯的功率为100,100,现有现有100100只功率因数为只功率因数为0.50.5的日光的日光灯,接在额定电压为灯,接在额定电压为220V220V的工频交流电源上,试求电源供给它的工频交流电源上,试求电源供给它的有功功率、无功功率及电源的容量;若电源上接的是的有功功率、无功功率及电源的容量;若电源上接的是100100只只100100的白炽灯,有何差异?的白炽灯,有何差异?解解:(1)(1)电源上接日光灯:电源上接日光灯:根据功率三角形根据功率三角形 (2)(2)电源上接白
15、炽灯,由于白炽灯是纯电阻性负载:电源上接白炽灯,由于白炽灯是纯电阻性负载:2.5 RLC2.5 RLC串联电路串联电路2.5.2.5.2 2 功率及其测量功率及其测量 例例2-72-7第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.5 RLC2.5 RLC串联电路串联电路2.5.2.5.3 3 RLC RLC串联电路的谐振串联电路的谐振 1.1.串联谐振的条件串联谐振的条件 条件是电路的条件是电路的电抗为零电抗为零,即:,即:第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路1)1)阻阻抗抗Z Z=R R,外外加加电电压压U U一一定定时时,电电流流具具有有最最大大值值I Io o =U U/R R,I Io
16、o称为串联谐振电流。称为串联谐振电流。2)2)电压与电流同相,电路呈现纯电阻性质。电压与电流同相,电路呈现纯电阻性质。3)3)因因为为X XL L=X XC CRR,故故U UL L=U UC CU UR R=U U,即即电电感感和和电电容容上上的的电电压压远远远高于电路的端电压。远高于电路的端电压。2.5 RLC2.5 RLC串联电路串联电路2.2.串联谐振电路的特点串联谐振电路的特点 第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路 提高日光灯电路功率因数接线图提高日光灯电路功率因数接线图2.5 RLC2.5 RLC串联电路串联电路2.5.2.5.3 3 功率因数的提高功率因数的提高 在上述实验中,
17、当电容为零时,总电路电流表的读数即为在上述实验中,当电容为零时,总电路电流表的读数即为日光灯(等效为串联)电路电流日光灯(等效为串联)电路电流 ,功率因数为,功率因数为 。当。当电容不为零时,功率因数为电容不为零时,功率因数为 。实验结果发现,随着电容实验结果发现,随着电容C C的增大,总电流的值由大变小,的增大,总电流的值由大变小,功率因数逐渐增至最大即功率因数逐渐增至最大即 。第二章第二章 正弦交流电路正弦交流电路2.5 RLC2.5 RLC串联电路串联电路2.5.2.5.3 3 功率因数的提高功率因数的提高a a)电路图)电路图 b b)相量图)相量图 从相量图中可以看出,并联电容前,功
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