《正弦交流电》PPT课件教学资料.ppt

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1、正弦交流电正弦交流电PPTPPT课件课件电工电子技术电工电子技术n了解正弦交流电和直流电的区别。n掌握正弦量的三要素概念。n理解正弦量的周期、频率和角频率的概念，掌握三者的关系。n掌握理解相位、相位差的概念、能根据相位差求解两个同频率正弦量的相位关系。第一节 学习目的与要求电工电子技术电工电子技术1.1 认识正弦交流电 大小和方向均随时间变化的电压或电流称为交流电。如等腰三角波矩形脉冲波正弦波 其中，大小和方向均随时间按正弦规律变化的电压或电流称为正弦交流电正弦交流电。电动势、电压和电流的大小和方向都不随时间t变化的电压或电流称为直流电。电工电子技术电工电子技术1.2 正弦电动势的产生正弦电动

2、势的产生n正弦电流是正弦电动势作用于线性电路时产生的。n实际上，正弦电动势是由交流发电机产生的。交流发电机示意图 交流发电机原理图电工电子技术电工电子技术交流电的感应电动势和感应电流设磁感应强度为B，磁场中线圈一边的长度为，平面从中性面开始转动，经过时间t，线圈转过的角度为 ，这时，其单侧线圈切割磁感线的线速度与磁感线的夹角也为 ，所产生的感应电动势 。所以整个线圈所产生的感应电动势为 。其中 为感应电动势的最大值，设为 ，则 上式为正弦交流电电动势的瞬时值表达式瞬时值表达式，也称为解析式解析式。电压瞬时值表达式 电流瞬时值表达式 电工电子技术电工电子技术1.3 正弦量的三要素正弦量的三要素正

3、弦量的三要素：（1）Em 正弦量的最大值（2）角频率（3）初相位电工电子技术电工电子技术（1 1）.正弦交流电的最大值正弦交流电的最大值最大值 正弦量振荡的最高点称为最最大值或峰值大值或峰值，用U Umm(或I Imm)表示电工电子技术电工电子技术（2 2）.正弦交流电的频率、周期和角频正弦交流电的频率、周期和角频率率T=0.5s单位是秒单位是秒1、周期、周期交流电完成一次周期性变化所需要的时间叫做交流电的交流电完成一次周期性变化所需要的时间叫做交流电的周期周期。用。用T T表示。表示。u(i)电工电子技术电工电子技术交流电在交流电在1s1s内完成周期性变化的次数称为交流电的内完成周期性变化的

4、次数称为交流电的频频率率，用，用f f 表示。表示。1秒钟f=2Hz单位是赫兹单位是赫兹u(i)2、频率、频率电工电子技术电工电子技术T=0.5s=4rad/s单位是单位是每秒弧度每秒弧度u(i)显然 三者是从不同的角度反映的三者是从不同的角度反映的同一个问题：同一个问题：交流电随时间变交流电随时间变化的快慢程度化的快慢程度。交流电一秒钟内经历的电角度称为交流电一秒钟内经历的电角度称为角频率角频率，用，用 表示。表示。交流电变化一个周期，相当于发电机绕组转动了交流电变化一个周期，相当于发电机绕组转动了 弧度弧度或或3603600 0。国国 标标电工电子技术电工电子技术3.3.正弦交流电的相位、

5、初相和相位差正弦交流电的相位、初相和相位差 显然，相位反映了正弦量随时间变化的整个进程。初相初相确定了正弦量计时开始的位置，初相规定不得超不得超过过180180。(1)相位(2)初相正弦量与纵轴相交处若在正半周，初相为正。正弦量与纵轴相交处若在负半周，初相为负。电工电子技术电工电子技术例例u u、i i 的相位差为：的相位差为：显然，两个同频率正弦量之间的相位之差，实际上等于它们的初相之差初相之差。已知(3)相位差，求电压与电流之间的相位差。解解注 意 不同频率的正弦量之间不存在相位差的概念。相位差不得超过180!相位差是与时间 t 无关的。第一篇第一篇电工电子技术电工电子技术在讨论两个正弦量

6、的相位关系时：在讨论两个正弦量的相位关系时：(1)当当 12 0 时时，称称第第一一个个正正弦弦量量比比第第二二个个正正弦弦量量越越前前(或或超前超前)12；(2)当当 12 180V!u1与与u2反相，即相位差为反相，即相位差为180；u3tu4u2u1uu1与与u4同相，即相位差为零同相，即相位差为零。电工电子技术电工电子技术第七节第七节 电阻与电感的串联电路电阻与电感的串联电路一、瞬时功率由由RLC串联电路可知，设其电流和端口电压串联电路可知，设其电流和端口电压为为式中的式中的是电压超前电流的相位差，也就是是电压超前电流的相位差，也就是RLC串联电路的阻抗角。由图示电压、电流串联电路的阻

7、抗角。由图示电压、电流的参考方向，瞬时功率为的参考方向，瞬时功率为电工电子技术电工电子技术二、有效功率、无效功率和视在功率式中，式中，U和和I分别是电路的端电压和总电流的有分别是电路的端电压和总电流的有效值；效值；是电路的阻抗角。上式适应于任一正弦是电路的阻抗角。上式适应于任一正弦交流电路。有功功率的单位为交流电路。有功功率的单位为W或或KW（1）有功功率为：）有功功率为：P当电路中有多个电阻元件时，电路的有功功率当电路中有多个电阻元件时，电路的有功功率就等于各电阻的有功功率之和，即就等于各电阻的有功功率之和，即电工电子技术电工电子技术二、有效功率、无效功率和视在功率（2）无功功率为：）无功功

8、率为：Q工程上习惯认为，电感是工程上习惯认为，电感是“消耗消耗”无功功率的无功功率的（QL0）；电容是）；电容是“产生产生”无功的无功的QC0；因；因此无功功率为此无功功率为得得电工电子技术电工电子技术式中，式中，U和和I分别是电路的端电压和总电流的有分别是电路的端电压和总电流的有效值；效值；是电路的阻抗角。上式适应于任一正弦是电路的阻抗角。上式适应于任一正弦交流电路。无功功率的单位为或交流电路。无功功率的单位为或var或或kvar当电路中有多个电感和电容元件元件时，电路当电路中有多个电感和电容元件元件时，电路的无功功率就等于各个储能元件的无功功率之的无功功率就等于各个储能元件的无功功率之代数

9、和，即代数和，即电工电子技术电工电子技术（3）视在功率）视在功率 S 总电压总电压U和电流和电流I的乘积叫做电路的视在的乘积叫做电路的视在功率。功率。即：即：VA(VA(伏安伏安)或或 KVA(KVA(千伏安千伏安)单位单位 视在功率用来表示电气设备（如发电机、变压器等）的容量。下式cos称为功率因数，用字母表示。=cos=P/S电工电子技术电工电子技术（3）视在功率）视在功率 S 总电压总电压U和电流和电流I的乘积叫做电路的视在的乘积叫做电路的视在功率。功率。即：即：VA(VA(伏安伏安)或或 KVA(KVA(千伏安千伏安)单位单位 视在功率用来表示电气设备（如发电机、变压器等）的容量。电工

10、电子技术电工电子技术第六节第六节 三相交流电源三相交流电源 所谓三相制，就是三个频率相同而相位不同所谓三相制，就是三个频率相同而相位不同的电压源（或电动势）作为电源供电的体系。的电压源（或电动势）作为电源供电的体系。优点优点（1）制造三相发电机、变压器比制造单相省）制造三相发电机、变压器比制造单相省材料，而且构造简单，性能优良。材料，而且构造简单，性能优良。（2）同样材料制造的、同体积的三相发电机）同样材料制造的、同体积的三相发电机比单相发电机输出的功率大。比单相发电机输出的功率大。（3）输送同样的电能，三相输电线路同单相）输送同样的电能，三相输电线路同单相输电线路相比，可节省输电线路相比，可

11、节省25%左右的材料且电左右的材料且电能损耗教单相输电少。能损耗教单相输电少。电工电子技术电工电子技术一、三相交流电动势的产生 由三相绕组产生三相对称的正弦交流电动势，它由三相绕组产生三相对称的正弦交流电动势，它们的们的频率相同频率相同频率相同频率相同、振幅相同振幅相同振幅相同振幅相同、相位互差相位互差相位互差相位互差120 120，构成三，构成三相电源相电源。在三相交流发电机中有在三相交流发电机中有3个相同的绕组。个相同的绕组。3个绕阻个绕阻的首端分别用的首端分别用U1、V1、W1表示，末端分别用表示，末端分别用U2、V2、W2表示。这表示。这3个绕组个绕组分别称为分别称为U相、相、V相、相

12、、W相相绕组。绕组。电工电子技术电工电子技术 定义：定义：1.端线端线 2.中性线中性线 3.星形联接星形联接三相四线制：由三根端线和一根中性线组成的供电系统三相四线制：由三根端线和一根中性线组成的供电系统三相三线制：只用三根端线制组成的供电系统三相三线制：只用三根端线制组成的供电系统（低压供电网）（低压供电网）（低压供电网的动力负荷）（低压供电网的动力负荷）电工电子技术电工电子技术三个电压三个电压 同幅值同幅值 同频率同频率相位互差相位互差120 电压达最大值的先后次序叫电压达最大值的先后次序叫相序相序相序相序，图示相序图示相序为：为：UVW正序正序电工电子技术电工电子技术三相电源的星形连接

13、三相电源的星形连接星形连接星形连接星形连接星形连接：3个末端连接在一起个末端连接在一起引出中线，由引出中线，由3个首端引出个首端引出3条火条火线。线。每个每个电源电源的电压称为的电压称为相电压相电压相电压相电压火线间电压称为火线间电压称为线电压线电压线电压线电压。电工电子技术电工电子技术由相量图可得：由相量图可得：可见，三个线电压幅值相可见，三个线电压幅值相同，频率同，频率 相同，相位相相同，相位相120 电工电子技术电工电子技术第六节第六节 三相负载的连接方三相负载的连接方式式日常使用的各类电器可分为：日常使用的各类电器可分为：A：单相负载（照明灯，电扇，单相电动机等）（照明灯，电扇，单相电

14、动机等）B：三相负载（三相交流发电机，三相电炉等）三相交流发电机，三相电炉等）三相对称负载三相对称负载 不对称负载不对称负载1 1 1 1三相对称负载星形（）连接三相对称负载星形（）连接三相对称负载星形（）连接三相对称负载星形（）连接电工电子技术电工电子技术特征特征（1）各相负载所承受的电压为电源的相电压。）各相负载所承受的电压为电源的相电压。（2）相电流等于线电流。）相电流等于线电流。（3）三相负载各相负载上的电压与该相电）三相负载各相负载上的电压与该相电流之间的相位差为：流之间的相位差为：即：即：电工电子技术电工电子技术（3）中性线电流等于三个线（相）电流的）中性线电流等于三个线（相）电流

15、的相量和。相量和。由由KCL得：得：作用作用 中性线的作用在于保证负载上的各相电压中性线的作用在于保证负载上的各相电压接近对称，在负载不平衡时不致发生电压接近对称，在负载不平衡时不致发生电压升高或降低，若一相断线，其它电压不变。升高或降低，若一相断线，其它电压不变。电工电子技术电工电子技术【例例2-62-6】某三相四线制电路，每相负载某三相四线制电路，每相负载R=3R=3,X XL L=4=4,外加电压外加电压U UL L=380V=380V，试求负载相，试求负载相电压电压,相电流和线电流的有效值。相电流和线电流的有效值。解：(1)(2)相电压:相电流:(3)线电流:答：负载相电压,相电流和线

16、电流的有效值分别是220V，44A，44A。电工电子技术电工电子技术2.三相不对称负载的星型连接（1）必须引一根中性线供电流不对称部分）必须引一根中性线供电流不对称部分流过，即必须采用三相四线制流过，即必须采用三相四线制 （2）不论负载有无变动，各相负载承受的）不论负载有无变动，各相负载承受的电源相电压不变，从而保证了各相负载正常工作电源相电压不变，从而保证了各相负载正常工作工程实际工程实际 将许多单相负载分成容量大致相等的将许多单相负载分成容量大致相等的三相，分别接到三相电源上。三相，分别接到三相电源上。三相负载通常不对称：采用三相四线制特点特点 （3）中性线不能断开。并且通常取中性线）中性

17、线不能断开。并且通常取中性线的横截面积小于端线的横截面积。的横截面积小于端线的横截面积。电工电子技术电工电子技术3.三相负载的三角形（）连接（1）无论负载平衡与否，负载的相电压与）无论负载平衡与否，负载的相电压与电源的线电压相等。电源的线电压相等。将三相负载的首尾相连，再将三个连接点与三将三相负载的首尾相连，再将三个连接点与三相电源端线相电源端线U、V、W连接，就构成了负载三角连接，就构成了负载三角形连接的三相三线制电路。形连接的三相三线制电路。特点特点即：即：电工电子技术电工电子技术（2）如果负载对称，负载的相电流也是对称的。）如果负载对称，负载的相电流也是对称的。线电流总是滞后于相应的相电

18、流线电流总是滞后于相应的相电流300，数值上等，数值上等于于 倍的相电流。即：倍的相电流。即：相线电工电子技术电工电子技术（3）各相负载的相电流：）各相负载的相电流：电工电子技术电工电子技术【例例2-72-7】三相对称负载，每相三相对称负载，每相R=6R=6，X XL L=8=8，接，接到到U UL L=380V=380V的三相四线制电源上，是分别计算负载的三相四线制电源上，是分别计算负载做星形，三角形连接时的相电流、线电流。做星形，三角形连接时的相电流、线电流。解：电工电子技术电工电子技术二.三相交流电路的功率1 1、有功功率、有功功率三相负载总的有功功率等于各相有功功率之和：三相负载总的有

19、功功率等于各相有功功率之和：即：即：若负载对称，则：若负载对称，则：2 2、无功功率、无功功率3 3、视在功率、视在功率电工电子技术电工电子技术想想想想 练练练练交流电路中的三交流电路中的三种功率，单位上种功率，单位上有什么不同？有什么不同？有功功率、无功功率有功功率、无功功率和视在功率及三者之和视在功率及三者之间的数量关系如何？间的数量关系如何？阻抗三角形和功率三角阻抗三角形和功率三角形是相量图吗？电压三形是相量图吗？电压三角形呢？你能正确画出角形呢？你能正确画出这几个三角形吗？这几个三角形吗？在含有L和C的电路中出现电压、电流同相位的现象，称为什么？此时RLC串联电路中的阻抗如何？电压一定

20、时电流如何？L和C两端有无电压？多大？电工电子技术电工电子技术 一一台台功功率率为为1.1kW1.1kW的的感感应应电电动动机机，接接在在220V220V、50Hz50Hz的的电电路路中中，电电动动机机需需要要的的电电流流为为10A10A，求求：(1)(1)电电动动机机的的功功率率因因数数；(2)(2)若若在在电电动动机机两两端端并并联联一一个个79.5F79.5F的的电电容容器器，电电路路的的功功率率因因数为多少？数为多少？（1）（2 2）设未并联电容前电路中的电流为I1；并联电容后，电动机中的电流不变，仍为I1，但电路中的总电流发生了变化，由I1变成I。电流相量关系为：画电路相量图分析：U

21、IICI1IC电工电子技术电工电子技术UIICI1IC可见，电路并联了电容C后，功率因数由原来的0.5提高到了0.845，电源利用率得以提高。电工电子技术电工电子技术1.1.RLRL串串联联电电路路接接到到220V220V的的直直流流电电源源时时功功率率为为1.2KW1.2KW，接接在在220V220V、50 Hz50 Hz的电源时功率为的电源时功率为0.6KW0.6KW，试求它的，试求它的R R、L L值。值。2.如果误把额定值为工频“220V”的接触器接到直流“220V”电源上，会出现什么现象？分析：分析：RL在直流下相当纯电阻，所以R=2202120040.3;工频下：3.并联电容器可以

22、提高电路的功率因数，并联电容器的容量越大，功率因数是否被提得越高？为什么？会不会使电路的功率因数为负值？是否可以用串联电容器的方法提高功率因数？不可以！不可以！并的电容量大，并的电容量大，coscos 不一定高不一定高会会由于过电压而烧损由于过电压而烧损电工电子技术电工电子技术 已已知知交交流流接接触触器器的的线线圈圈电电阻阻为为200200，电电感感量量为为7.3H7.3H，接接到到工工频频220V220V的的电电源源上上。求求线线圈圈中中的的电电流流I I=?=?如如果果误误将将此此接接触触器器接接到到U U=220V=220V的的直直流流电电源源上上，线线圈圈中中的的电电流流又又为为多多

23、少少？如如果果此此线圈允许通过的电流为线圈允许通过的电流为0.1A0.1A，将产生什么后果？，将产生什么后果？接到工频电源接到工频电源220V220V时时接触器线圈感抗接触器线圈感抗X XL L=2=2 fLfL=314=3147.3=22927.3=2292 如误接到直流如误接到直流220V220V时时 此此时时接接触触器器线线圈圈中中通通过过的的电电流流是是它它正正常常条条件件下下额额定定电流的电流的1111倍，因过电流线圈将烧损。倍，因过电流线圈将烧损。电工电子技术电工电子技术端端的的电电压压，从从而而达达到到调调速速的的目目的的。已已知知电电动动机机电电阻阻为为190190，感感抗抗为

24、为260260，电电源源电电压压为为工工频频220V220V。现现要要使使电电动动机机上上的的电电压压降降为为180V180V，求求串串联联电电感感线线圈圈的的电电感感量量LL应应为为多多大大(假假定定此此线线圈圈无无损损耗耗电电阻阻)？能能否否用用串串联联电电阻阻来来代代替替此此线线圈圈？试试比比较较两两种种方方法的优缺点。法的优缺点。电动机电阻和电感上的电压分别为电动机电阻和电感上的电压分别为电动机中通过的电流电动机中通过的电流串联线圈端电压串联线圈端电压在电扇电动机中串联一个电感线圈可以降低电动机两在电扇电动机中串联一个电感线圈可以降低电动机两电工电子技术电工电子技术若用电阻代替线圈，则

25、串联电阻端电压若用电阻代替线圈，则串联电阻端电压串联电阻的阻值为串联电阻的阻值为 比比较较两两种种方方法法，串串联联电电阻阻的的阻阻值值为为电电动动机机电电阻阻的的二二分分之之一一还还要要多多些些，因因此此需需多多消消耗耗功功率率:P P=0.559=0.5592 210610633W33W，这这部部分分能能量量显显然然对对用用户户来来讲讲是是要要计计入入电电表表的的。而而串串联联的的线线圈圈本本身身铜铜耗耗电电阻阻很很小小，一一般般不不需需要要消消耗耗多多少少有有功功功功率率。所所以以，对对用用户户来讲，用串联线圈的方法降低电压比较合适。来讲，用串联线圈的方法降低电压比较合适。串联线圈电感量串联线圈电感量电工电子技术电工电子技术本章学习结束。本章学习结束。Goodbye!结束结束