正弦交流电.ppt

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1、第一篇第一篇电工电子技术电工电子技术现在学习的是第1页，共52页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 学习目的与要求现在学习的是第2页，共52页电工电子技术电工电子技术1.1 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

2、电。现在学习的是第3页，共52页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 交流发电机原理图现在学习的是第4页，共52页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

3、称为解析式解析式。电压瞬时值表达式 电流瞬时值表达式 现在学习的是第5页，共52页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弦量的三要素：（1）Em 正弦量的最大值（2）角频率（3）初相位现在学习的是第6页，共52页电工电子技术电工电子技术（1 1）.正弦交流电的最大值最大值 正弦量振荡的最高点称为最大值最大值或峰值或峰值，用U Umm(或I Imm)表示现在学习的是第7页，共52页电工电子技术电工电子技术（2 2）.正弦交流电的频率、周期和角频率正弦交流电的频率、周期和角频率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

4、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)现在学习的是第8页，共52页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次数称为交流电的频率频率，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、频率现在学习的是第9页，共52页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同一三者是从不同的角度反映的同一个问题：个问题：交流电随时间变化的快交流电随时间变化的快慢程度慢程度。交流电一秒钟内经历的电角度称为交流电一

5、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 标标现在学习的是第10页，共52页电工电子技术电工电子技术3.3.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，初相规定不得超过不得超过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。现在学习的是第11页，共52页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，

6、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。现在学习的是第12页，共52页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

7、。现在学习的是第21页，共52页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为串联电路可知，设其电流和端口电压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、电流的参串联电路的阻抗角。由图示电压、电流的参考方向，瞬时功率为考方向，瞬时功率为现在学习的是第22页，共52页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效值；分别是电路的端电压和总电流的有效值；是电路的阻抗角。上式适应于任一正

8、弦交流电路。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，电路的有功功率就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，即等于各电阻的有功功率之和，即现在学习的是第23页，共52页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；因此无功功；因此无功功率为率为得得现在学习的是第24页，共52页电工电

9、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效值；分别是电路的端电压和总电流的有效值；是电路的阻抗角。上式适应于任一正弦交流电路。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，电路的无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代数和，功功率就等于各个储能元件的无功功率之代数和，即即现在学习的是第25页，共52页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 U和电流和电流I I的乘积叫做电路的视在功的乘积叫做电路的视在功率。

10、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现在学习的是第26页，共52页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 U和电流和电流I I的乘积叫做电路的视在功的乘积叫做电路的视在功率。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。现在学习的是第27页，共52页电工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

11、个频率相同而相位不同的电所谓三相制，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。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材料，）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。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比单）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。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电）输送同样的电能，三相输电线路同单相输电线路相比，可节省线路相比，可节省25%左右的材料且电能损耗教单左右的材料且电能损耗教单相输电少。相输电少。

12、现在学习的是第28页，共52页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，它们的由三相绕组产生三相对称的正弦交流电动势，它们的频频频频率相同率相同率相同率相同、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，构成三相电源，构成三相电源。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个绕阻的首个绕阻的首端分别用端分别用U1、V1、W1表示，表示，末端分别用末端分别用U2、V2、W2表示。这表示。这3个绕组分别称为个绕组分别称为U相、相、V相、相、W相绕组。相绕组。现在学习的是第29页，共52

13、页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）现在学习的是第30页，共52页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正序正序现在学习的是第31页，共52页

14、电工电子技术电工电子技术三相电源的星形连接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个末端连接在一起引个末端连接在一起引出中线，由出中线，由3个首端引出个首端引出3条火线。条火线。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。现在学习的是第32页，共52页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，三个线电压幅值相同，可见，三个线电压幅值相同，频率频率 相同，相位相相同，相位相120 现在学习的是第33页，共52页电工电子技术电工电子技术第六节第六节 三相负载的连接方式三相负载的连接方式日常使用的各类电器可分为：

15、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（）连接现在学习的是第34页，共52页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流）三相负载各相负载上的电压与该相电流之间的相位差为

16、：之间的相位差为：即：即：现在学习的是第35页，共52页电工电子技术电工电子技术（3）中性线电流等于三个线（相）电流的相量和。）中性线电流等于三个线（相）电流的相量和。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接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升高近对称，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。或降低，若一相断线，其它电压不变。现在学习的是第36页，共52页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 U

17、L L=380V=380V，试求负载相电，试求负载相电压压,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,相电流和线电流的有效值分别是220V，44A，44A。现在学习的是第37页，共52页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流过，）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，各相负载承受的电源相）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压不变，从而保证了各相负载正常工作工程实际工程

18、实际 将许多单相负载分成容量大致相等的三相，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。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。并且通常取中性线的）中性线不能断开。并且通常取中性线的横截面积小于端线的横截面积。横截面积小于端线的横截面积。现在学习的是第38页，共52页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，负载的相电压与电）无论负载平衡与否，负载的相电压与电源的线电压相等。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相电源将三相负载的首尾相连，再将三个连接点与三相电源端线端线U、V、W连

19、接，就构成了负载三角形连接的连接，就构成了负载三角形连接的三相三线制电路。三相三线制电路。特点特点即：即：现在学习的是第39页，共52页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流线电流总是滞后于相应的相电流300，数值上等于，数值上等于 倍倍的相电流。即：的相电流。即：相线现在学习的是第40页，共52页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：现在学习的是第41页，共52页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

20、L=8=8，接到，接到U UL L=380V=380V的三相四线制电源上，是分别计算负载做星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。形，三角形连接时的相电流、线电流。解：现在学习的是第42页，共52页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、视在功率现在学习的是第43页，共52页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交流电路中的三种功率，的三种功率，单位

21、上有什单位上有什么不同？么不同？有功功率、无有功功率、无功功率和视在功功率和视在功率及三者之功率及三者之间的数量关系间的数量关系如何？如何？阻抗三角形和功率三阻抗三角形和功率三角形是相量图吗？电角形是相量图吗？电压三角形呢？你能正压三角形呢？你能正确画出这几个三角形确画出这几个三角形吗？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？电压一定时电流如何？L和C两端有无电压？多大？现在学习的是第44页，共52页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

22、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并联一个端并联一个79.5F79.5F的电容器，电路的功率因数为多少？的电容器，电路的功率因数为多少？（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：UIICI1IC现在学习的是第45页，共52页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。现在学

23、习的是第46页，共52页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

24、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现在学习的是第47页，共52页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少少？如如果果此此线线圈圈允允许许通通过过的的电电流流为为0.1A0.1A，将产生什么后

25、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电流流的的1111倍，因过电流线圈将烧损。倍，因过电流线圈将烧损。现在学习的是第48页，共52页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，感感抗抗为为260260，电电源源电电压压为为工工频频220V220

26、V。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)？能能否否用用串联电阻来代替此线圈？试比较两种方法的优缺点。串联电阻来代替此线圈？试比较两种方法的优缺点。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现在学习的是第49页，共52页电工电子技术电工电子技术若用电阻代替线圈，则串联电阻端电压若用电阻代替

27、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，对对用用户户来来讲讲，用用串串联联线线圈圈的的方方法法降降低电压比较合适。低电压比较合适。串联线圈电感量串联线圈电感量现在学习的是第50页，共52页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!现在学习的是第51页，共52页电工电子技术电工电子技术感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第52页，共52页