正弦交流电路-PPT课件

第三章正弦交流电路§3.1交流电的基本概念§3.2正弦交流电的相量图表示法§3.3纯电阻交流电路§3.4纯电感交流电路§3.5纯电容交流电路§3.6RLC串联电路§3.7提高功率因数的意义和方法§3.8常用照明电路§3－1交流电的基本概念一、什么是交流电交流电与直流电的根本区别：直流电的方向不随时间的变化而变化，交流电的方向则随时间的变化而变化。直流电和交流电二、交流电的产生交流发电机模型交流发电机原理示意图当线圈在匀强磁场中以角速度ω逆时针匀速转动时，线圈将产生感应电动势。设磁感应强度为B，磁场中线圈的长度为l，则当线圈旋转至与磁感线的夹角为α时，其单侧线圈所产生的感应电动势为e′=Blvsinα，即e′=Blvsinωt整个线圈所产生的感应电动势为e=2Blvsinωt＝Emsinωt式中，Em＝2Blv，为感应电动势的最大值。正弦交流电的产生五、正弦交流电的相位与相位差相位——正弦量在任意时刻的电角度，也称相位或相角，用表示，它反映了交流电变化的进程。式中为正弦量在t=0时的相位，称为初相位，也称初相角或初相。)(0t0t=0时正弦量的瞬时值为正，则初相为正t=0时正弦量的瞬时值为负，则初相为负相位差——两个同频率交流电的相位之差，用符号表示。超前同相反相正交e1超前e2e1与e2同相e1与e2反相e1与e2正交正弦交流电的最大值反映了正弦量的变化范围。角频率反映了正弦量的变化快慢。初相位反映了正弦量的起始状态。正弦交流电的三要素——最大值、角频率和初相位。【例3－1】已知两正弦电动势分别是：e1=100sin（100πt+60°）V，e2=65sin（100πt－30°）V。求：（1）各电动势的最大值和有效值；（2）频率、周期；（3）相位、初相位、相位差；（4）画出波形图。解题过程常用电子仪器的使用§3－2正弦交流电的相量图表示法旋转矢量与波形图的关系有效值相量图同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同。同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出。一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，逆时针转动的角度为正，反之为负。用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按平行四边形法则进行。应用相量图时注意以下几点：【例3－2】已知u1=3sin(314t+30°)V，u2=4sin(314t-60°)V。利用相量图求u=u1+u2和u′=u1-u2的瞬时值表达式。解题过程§3－3纯电阻交流电路纯电阻电路——交流电路中只考虑电阻的作用。一、电流与电压的相位关系tUusinmRtURuisinm相量图波形图二、电流与电压的数量关系RUImmRUI在纯电阻电路中，电流与电压的瞬时值、最大值、有效值都符合欧姆定律。三、功率瞬时功率——任一瞬间，电阻中电流瞬时值与同一瞬间的电阻两端电压的瞬时值的乘积，用PR表示。tRUP22mRsin功率曲线图平均功率——电阻在交流电一个周期内消耗的功率的平均值，又称有功功率，用P表示，单位仍是瓦（W）。电压、电流用有效值表示时，平均功率P的计算与直流电路相同，即RURIUIP22【例3－3】已知某白炽灯的额定参数为220V/100W，其两端所加电压为u=220sin(314t)V。试求：（1）交流电的频率；（2）白炽灯的工作电阻；（3）白炽灯的有功功率。解题过程§3－4纯电感交流电路一、电感对交流电的阻碍作用先接通6V直流电源，可以看到HL1和HL2亮度相同。再改接6V交流电源，发现灯泡HL2明显变暗，这表明电感线圈对直流电和交流电的阻碍作用是不同的。感抗——电感对交流电的阻碍作用，用XL表示，单位为欧姆（Ω）。线圈的自感系数愈大，感抗就愈大。交流电的频率越高，线圈的感抗也越大。XL=2πfL=ωL二、电流与电压的关系LXUI纯电感电路欧姆定律的表达式：三、功率纯电感电路不消耗能量，它是一种储能元件。通常用瞬时功率的最大值来反映电感与电源之间转换能量的规模，称为无功功率，用QL表示，单位乏（Var）。22LLLLLUQUIIXX【例3－4】一个0.7H的电感线圈，电阻可以忽略不计。（1）先将它接在220V、50Hz的交流电源上，试求流过线圈的电流和电路的无功功率。（2）若电源频率为500Hz，其他条件不变，流过线圈的电流将如何变化？解题过程§3－5纯电容交流电路一、电容对交流电的阻碍作用先接通6V直流电源，灯泡HL1正常发光；灯泡HL2瞬间微亮，随即熄灭，说明直流电不能通过电容器。再改接6V交流电源，两只灯泡都亮，但灯泡HL1要比HL2亮得多。容抗——电容对交流电的阻碍作用，用XC表示，单位为欧姆（Ω）。电容器的电容量越大，容抗越小。交流电的频率越高，电容器的容抗越小。fCCXπ211C二、电流与电压的关系CXUI纯电容电路欧姆定律的表达式：三、功率C2C2CXUXIUIQ纯电容电路的平均功率为0，说明纯电容不消耗功率纯电容电路的无功功率为：【例3－5】容量为40μF的电容接在的电源上，试求：（1）电容的容抗；（2）电流的有效值；（3）电流瞬时值表达式；（4）电路的无功功率。解题过程§3－6RLC串联电路一、电容对交流电的阻碍作用开关SA闭合后接交流电压，灯泡微亮。再断开SA，灯泡突然变亮。测量R、L、C两端电压UR、UL、UC，发现：UUUUCLR二、电压与电流的关系RLC串联电路的总电压瞬时值等于多个元件上电压瞬时值之和，即：CLRuuuu对应的相量关系为：CLRUUUU图中阴影部分是一个三角形，称为电压三角形，它表明了RLC串联电路中总电压与分电压之间的关系。2CL2R)(UUUUIZXRIXXRIU222CL2)(电抗X=XL—XC阻抗阻抗角22XRZRXXUUUCLRCLarctanarctan三、电路的电感性、电容性和电阻性四、功率视在功率——电压与电流有效值的乘积，用S表示，单位为伏·安（VA）。视在功率并不代表电路中消耗的功率，它常用于表示电源设备的容量。视在功率S与有功功率P和无功功率Q的关系：22QPScosSPsinSQSPcos称为功率因数。五、电压三角形、阻抗三角形和功率三角形电压相量图电压三角形阻抗三角形功率三角形§3－7提高功率因数的意义和方法计算电感性负载的有功功率，除考虑电压、电流的大小外，还要考虑电压、电流之间的相位差，即cosUIP对于纯电阻负载，对于电感性负载，在电感性电路中，有功功率只占电源容量的一部分，还有一部分能量并没有消耗在负载上，而是与电源之间反复进行交换，这就是无功功率，它占用了电源的部分容量。1cos1cos充分利用电源设备的容量减小供电线路的功率损耗一、提高功率因数的意义提高自然功率因数接电容器补偿二、提高功率因数的方法补偿电容器§3－8常用照明电路一、常用照明方式一般照明——无特殊要求，为整个被照场所而设置的照明。局部照明——局限于某一工作部位的照明。混合照明——由一般照明和局部照明共同组成的照明称混合照明。二、常用照明灯具白炽灯荧光灯卤钨灯高压汞灯高压钠灯节能灯常用照明灯具三、荧光灯电路荧光灯电路由荧光灯管、镇流器、启辉器等组成。荧光灯起辉过程