单相正弦交流电路课件.pptx

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1、 电工技术基础与技能电工技术基础与技能电工技术基础与技能电工技术基础与技能 单相正弦交流电单相正弦交流电单相正弦交流电单相正弦交流电路路路路 单相正弦交流电路单相正弦交流电路正弦交流电路1.1单一参数正弦交流电路1.2RL、RC和RLC串联电路1.3返回返回谐振电路1.4电能的测量与节能1.5 1.1.1正弦交流电的基本概念 大小、方向都随时间周期变化的电动势、电压和电流总称为交流电。因为交流电的各量在电路中的方向是不断反复变化的，所以常在电路中标注它们的参考方向。交流电的电流波形如下图所示，目前最常用的是正弦交流电。1.1正弦交流电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路返回返回交流电流的波形 1

2、.1.1正弦交流电的基本概念1.1正弦交流电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路正弦交流电波形下图所示为正弦交流电流波形，电流瞬时值表达式为式中，Im、i称为正弦量的三要素。1.1.1正弦交流电的基本概念1.1正弦交流电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路 1.幅值和有效值 幅值是交流电在某一瞬间的最大值，表示交流电的强度，用带小写字母m下标的I表示。在分析和计算正弦交流电路的问题时，常用的是有效值，有效值是根据交流电流与直流电流热效应相等的原则规定的，即交流电流的有效值是热效应与它相等的直流电流的数值。有效值用大写字母I、U等表示。幅值与有效值的关系为 1.1.1正弦交流电的基本概念1.1正弦交

3、流电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路 2.频率和周期 交流电每秒内变化的次数称为频率，用f 表示，单位是赫兹（Hz）。交流电变化一次所需要的时间称为周期，用T表示，单位是秒（s）。频率与周期的关系为 我我国国工工业业与与民民用用电电采采用用50 Hz作作为电力标准频率为电力标准频率 正弦量随时间变化的快慢还可以用角频率（rad/s）来表示，角频率指的是正弦量在1 s时间内变化的角度，即想一想：正弦交流电的频率约高，相同时间内观察到的波形会有什么变化？1.1.1正弦交流电的基本概念1.1正弦交流电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路 3.相位和初相 电流波形表达式中的t+i称为交流电的相位，它表

4、示交流电随时间变化的进程。当t=0时，此时的相位为i。i称为交流电的初相，它表示计时开始时交流电所处的状态。规定初相的变化范围为-180180，单位为“弧度”或“度”。4.相位差 在正弦交流电中，有时要比较两个同频率正弦量的相位。同频率的正弦量的相位之差称为相位差，通常用表示。1.1.1正弦交流电的基本概念1.1正弦交流电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路 两个同频率的正弦量的相位差等于它们的初相之差，与时间无关。如下图所示，两个同频率的正弦电流i1、i2的初相分别为1、2。它们的相位差用表示。两个正弦量的相位关系 1.1.1正弦交流电的基本概念1.1正弦交流电路单相正弦交流电路单相正弦交流电

5、路若0，说明在变化过程中i1总是比i2超前，也就是说i1超前i2；若=，说明i1与i2反相。同相若XC，即X0时，0，总电压总是超前于总电流，电路呈现电感性。3当XL=XC，即X=0时，=0，总电压总是等于总电流，电路呈现电阻性，此时的电路状态称为谐振。2当XLXC，即X0时，0，总电压总是滞后于总电流，电路呈现电容性。RLC电路性质 1.3.3RLC串联电路1.3RL、RC和RLC串联电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路2.电路中的功率有功功率无功功率视在功率在RLC串联电路中，电阻消耗的功率即为电阻电容串联电路中的有功功率（单位为W）电感和电容不消耗电能，它与电源不停地进行能量交换，即为无

6、功功率（单位为var）视在功率表示电源提供给电路的总功率，用S表示（单位为VA）4.1.1RLC串联谐振1.4谐振电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路1.RLC串联谐振电路的参数谐振是指强迫振荡频率非常接近于系统自由振荡频率的振荡现象。在RLC串联电路中，当电流和电压同相时，电路呈现电阻性，这种现象称为RLC串联电路的谐振。由此可知，当RLC串联电路发生谐振时，电路的电抗为零，即 在串联电路中，谐振时的角频率和频率分别叫做谐振角频率和谐振频率，通常用字母0和f0表示。返回返回 4.1.1RLC串联谐振1.4谐振电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路 由于在谐振时，电路中只有感抗和容抗作用，因此将

7、感抗或容抗称为电路的特性阻抗，其表达式为 将特性阻抗与电路中电阻相除得到的比值称为谐振电路的品质因数，其表达式为式中，Q为品质因数；R为电阻（）。式中，为谐振电路的特性阻抗（）。4.1.1RLC串联谐振1.4谐振电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路 2.RLC串联谐振电路的特点 （）谐振时电路的总阻抗小。谐振时，电路的总阻抗等效为纯电阻，即ZR （）在外加电压一定的情况下，谐振时电路的总电流大。串联谐振时，电流与电压同相。（）谐振时，电阻两端的电压为电源电压，电感与电容上的电压大小相等，方向相反，为电源电压的Q倍。（）谐振时，电感上的无功功率和电容上的无功功率相互交换，而电源仅提供电阻消耗的能

8、量。4.1.2LC并联谐振电路1.4谐振电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路 1.LC并联谐振电路的参数式中，Q为品质因数。由电感线圈和电容器并联的电路，若电路端电压和电流同相，并且电路呈现为电阻性，则该电路为LC并联谐振电路。一般情况下，电感线圈的电阻较小，远远小于感抗，可忽略不计，因此并联谐振电路的频率为 LC并联电路的支路电流等于总电流的Q倍，即 4.1.2LC并联谐振电路1.4谐振电路单相正弦交流电路单相正弦交流电路 2.RLC串联谐振电路的特点 （1）LC并联电路谐振时，电路的阻抗最大。由于内阻R很小，电路总阻抗近似为ZLCR因此，电感线圈中的电阻R越小，电路谐振时的阻抗就越大。当电

9、阻R无限趋近于零时，谐振阻抗趋于无穷大，即总电流为零。（2）LC并联电路谐振时，总电流最小。在电压一定的情况下，总阻抗最大，因此总电流最小。（3）LC并联电路谐振时，总的无功功率为零。1.5.1电能计量1.5电能的测量与节能单相正弦交流电路单相正弦交流电路感应式电能表采用电磁感应原理将电压、电流、相位转变为磁力矩，从而推动电能表中的铝制圆盘转动，通过传动机构带动计度器转动，最终达到计数的目的。感应式电能表具有直观、动态连续、停电不丢数据的优点。电子式电能表通过对用户供电电压和电流实时采样，经过专用的电能表集成电路后，可对采样电压和电流信号进行处理，转换成与电能成正比的脉冲输出,在计度器或数字显

10、示器上显示示数。电能的计量单位电能的计量单位是度（kW.h），如某用户6月份电能表的显示示数为2 356 kW.h，7月份电能表的显示示数为2 769.6 kW.h，则该用户一个月的用电量为W=（2 769.6-2 356）kW.h=413.6 kW.h返回返回 1.5.2节约用电与功率因数的提高1.5电能的测量与节能单相正弦交流电路单相正弦交流电路 1.节约用电 计划用电的主要措施是实行电力由国家统一分配的政策，即按照市场需求发电，按照发电计划供电，按照分配指标用电，保证发电、供电、用电的平衡。任何部门和地区都必须在国家分配的电力范围内安排生产建设，不得超计划用电。节约用电就是使每一度电都能

11、发挥它的最大效用，从而降低生产成本，节省对发电设备和用电设备的投资。节约用电的具体措施主要有以下几项：（1）降低电力输送环节的线路损耗。（2）发挥用电设备的效能。（3）提高线路和用电设备的功率。（4）更新用电设备，选用节能型新产品。（5）加强用电管理，注意照明用电的节约。1.5.2节约用电与功率因数的提高1.5电能的测量与节能单相正弦交流电路单相正弦交流电路 2.功率因数 功率因数是指电路中感抗与容抗初相差的余弦值，即=cos，cos 取决于负载的性质和参数。可见，电源设备的额定容量是指电源设备可能发出的最大功率，实际运行中设备发出的功率还取决于负载的功率因数。一般来说整个供电系统是电感性电路

12、，功率因数小于1。功率因数低会产生如下问题：（1）发电设备的容量未能充分利用。发电设备的容量SN等于额定电压U和额定电流I的乘积，是发电设备可能提供的最大功率。平均功率P=UI cos，若功率因数越大，平均功率就会越大，当功率因数等于1时，发电设备得到了最大的利用；反之，若功率因数越小，平均功率就会越小，发电设备也就越得不到充分利用。（2）功率因数低，输电线路的损耗大。1.5.2节约用电与功率因数的提高1.5电能的测量与节能单相正弦交流电路单相正弦交流电路3.提高功率因数的方法 （1）提高电气设备自身的功率因数，合理选择电气设备。（2）在感性负载上并联适当的电容器来提高功率因数。前面已经学过，电感元件与电容元件的无功功率是相互补偿的。因此，提高供电系统功率因数的主要方法是在电感性负载两端并联一个容量数值合适的电容器，这个电容器称为补偿电容，电工技术基础与技能电工技术基础与技能电工技术基础与技能电工技术基础与技能 谢谢观看！谢谢观看！谢谢观看！谢谢观看！