电力工程概论第四讲课件

电力生产概论电力生产概论第4讲 交流电路基础直流电路回顾单相交流电路基础三相交流电路基础学习内容学习内容直流电：是指方向和时间不作周期性变化的电流，又称恒定电流，（Direct Current，简称DC）。直流电路：所通过的电路称直流电路，是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路。常见的直流电源：有化学电池，燃料电池，温差电池，太阳能电池，直流发电机等。直流电主要应用：各种电子仪器、电解、电镀、直流电力拖动等方面。一、直流电路回顾一、直流电路回顾直流电路中，所涉及的元件有电压源、电流源、受控源，电阻、电感、电容元件等。基本电路原理：基尔霍夫定律定律节点电流方程KCL回路电压方程KVL欧姆定律U=RI一、直流电路回顾一、直流电路回顾直流电路分析：当电路比较简单时一般用电阻电路的等效变换（串联、并联、星-角转换）、直接列写KCL、kVL和欧姆定理进行计算。当电路比较复杂时：理论上直接利用KCL、KVL 列出足够的独立方程进行求解即可。但当电路的支路数比较多时，方程个数较多，求解过程会很繁；这就要想办法消掉 KCL 方程或消掉KVL方程，这就是回路电流法，网孔电流法，结点电压法，这是对于任何电路都适用的方法。一、直流电路回顾一、直流电路回顾一一、单相正弦交流电路基础、单相正弦交流电路基础正弦量随时间按正弦规律变化的电压和电流。1、正弦量的三要素 设一正弦量电流式中:称为正弦量的三要素。1 1、正弦量的三要素、正弦量的三要素 1）振幅或最大值Im 当cos(t+i)=1 时,i=Im 表示正弦量的变化范围2）角频率 (t+i)正弦量的相位或相角 表示正弦量的变化进程 其大小可以决定 i 的大小和正负，单位rad 或 o是相位随时间变化的角速度即单位时间内正弦量变化的弧度数,称为角频率,单位rad/s 正弦量在t=0时的相位,即3）初相位(角)与T及f 的关系:或单位:T:s,f:1/s 或Hz(kHz,MHz)同频率正弦量的相位差正弦量的相位之差设:1、正弦量的三要素 波形图：u,ioiutj若称 u 超前i角度,或称 i 滞后 u 角度。1、正弦量的三要素波形图1u,iouit若称u与 i 同相。波形图2u,iouit称 u 与 i 反相。若1、正弦量的三要素波形图3u,iouitj若称 u 与 i 正交。说明:不同频率的正弦量，其相位差是频率的函数，即与计时起点的选择无关。1、正弦量的三要素 整理得交流电有效值定义式:定义:在相同的时间T内,相同的电阻中,分别通过直流电和交流电时产生的能量相等,则称该直流值为交流电的有效值。交流:直流：由定义可知:W=W 即 均方根值2、正弦量的有效值即 同理可得 代入上式,得将 或2、正弦量的有效值3 3、复阻抗、复阻抗设一无源二端网络,在正弦激励下,输入电压电流用相量 表示,则（复）阻抗定义为:设一无源二端网络,在正弦激励下,端口电流相量与电压相量的比值称为此网络的（复）导纳。即 说明说明说明说明:1）由定义式阻抗又可表为:IZURIU+-jX其中:实部R电阻分量 虚部X电抗分量 Z和Z的单位:无源网络可等效为:3 3、复阻抗、复阻抗2）一般情况下,3）对于下列元件：与有关。R元件：L 元件:C元件：3 3、复阻抗、复阻抗例子：例子：RLCRLC串联电路串联电路KVL：相量为:设外加交流电源，有 而:原电路可等效为:即则令电抗()代入电压方程得:例子：例子：RLCRLC串联电路串联电路1.1.讨论复阻抗讨论复阻抗Z Z:结论:阻抗的模等于阻抗角等于表示u与i的相位差。(或);例子：例子：RLCRLC串联电路串联电路2.2.讨论讨论 Z Z 的不同性质的不同性质 ULUURjCU 不同频率时Z的大小性质也不同。超前 (1)角。Z呈现电感性。此时称电路为感性电路。画相量图。设为参考相量。例子：例子：RLCRLC串联电路串联电路 相量图 jCUURIULU(2)Z呈电容性。此时称电路为容性电路。相量图 CULUU=IUR(3)同相,Z呈现电阻性，Z=R,称为串联谐振电路。例子：例子：RLCRLC串联电路串联电路4 4、功率及功率因数、功率及功率因数设:一无源N网络1 1）瞬时功率）瞬时功率定义代入三角公式整理后得说明：1.p以 2变化(u、i以变化)；2.u0，i0 时,p0，N 吸收功率；3.u0，i0或 u0 时,p0，N 发出功率；tjcosIUp,u,ip(t)iu04 4、功率及功率因数、功率及功率因数单一元件瞬时功率：C:L:R:4 4、功率及功率因数、功率及功率因数 定义:瞬时功率在一周内的平均值。功率因数角 功率因数其中P的单位：W ,kW 2)平均功率(有功功率):4 4、功率及功率因数、功率及功率因数讨论:1.N为单一元件时:而 2.将N等效为(含 n个R)对电路进行P计算时可只求PR,则4 4、功率及功率因数、功率及功率因数3 3）无功功率）无功功率）无功功率）无功功率 2.由阻抗:而电阻元件无功功率为零。公式计算。计算电路Q时可用讨论:1.N为单一元件时:Q的单位：var(乏）,kvar（千乏）4 4、功率及功率因数、功率及功率因数4）复功率 满足能量守恒。3.电路中 则 或:已知N:关系:与Z(Y)及2.关系:与讨论:的单位为：VA 或 KVA定义:1.4 4、功率及功率因数、功率及功率因数5）视在功率:定义:可得功率，S、P、Q关系:S的单位为：VA 或 kVA (不满足叠加)能量守恒。其中4 4、功率及功率因数、功率及功率因数 三相电路由三相电源、三相负载和三相输电线路三部分组成。发电方面：比单项电源可提高功率50；输电方面：比单项输电节省钢材25；l三相电路的优点配电方面：三相变压器比单项变压器经济且便于接入负载；运电设备：结构简单、成本低、运行可靠、维护方便。三、三相交流电路三、三相交流电路1.三相电源通常由三相同步发电机产生，三相绕组在空间互差120，当转子以均匀角速度转动时，在三相绕组中产生感应电压，从而形成对称三相电源。三相同步发电机示意图 三相电源是三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差1200的正弦电源。NSIAZBXCY1）三相电源的产生瞬时值表达式波形图A、B、C 三端称为始端，X、Y、Z 三端称为末端。u tuAuBuCoA+XuAB+YuBC+ZuC相量表示120120120对称三相电源的特点正序(顺序)：ABCA负序(逆序)：ACBAABC相序的实际意义：DABC123DACB123正转反转ABC三相电源各相经过同一值(如最大值)的先后顺序。对称三相电源的相序三相电机2）三相电源的联接 X,Y,Z 接在一起的点称为Y联接对称三相电源的中性点，用N表示。（a）星形联接(Y联接)+ABCN-（b）三角形联接(联接)+X+CYZABC(1)星形联接 三相电路的负载由三部分组成，其中每一部分称为一相负载，三相负载也有二种联接方式。ABCNZAZCZB2.三相负载及其联接(2)三角形联接ABCZBCZCAZAB3、三相电路 三相电路就是由对称三相电源和三相负载联接起来所组成的系统。工程上根据实际需要可以组成：电源YY负载电源Y负载当电源和负载都对称时，称为对称三相电路。三相四线制YYYZZZN+AN+B+CZZZ+A+B+C三相三线制4 4、线电压、线电压(电流电流)与相电压与相电压(电流电流)的关系的关系端线(火线)、中线、相电压、线电压、线电流+AXBYCZ+ANX+BY+CZABCZBCZCAZABABCNZAZCZB+-+-负载的相电压、负载的线电压、相电流、线电流Y联接+A+B+C1）相电压和线电压的关系利用相量图得到相电压和线电压之间的关系：线电压对称(大小相等，相位互差120o)一般表示为：30o30o30o对Y联接的对称三相电源 所谓的“对应”：对应相电压用线电压的 第一个下标字母标出。(1)相电压对称，则线电压也对称(3)线电压相位领先对应相电压30o。联接以上关于线电压和相电压的关系也适用于对称星型负载和三角型负载。+AXBYCZ+2）相电流和线电流的关系Y联接时，线电流等于相电流。ZZZN+N+Y联接+ZZZ联接的对称电路：(2)线电流相位滞后对应相电流30o。Z/3Z/3Z/3NCBA联接5.5.三相三相正弦正弦对称电路对称电路的分析的分析 三相电路电流和电压的对称性，只要分析计算三相中任意一相，而其他两项就能按对称性写出。因此，对称三相电路可以归结为单相的计算方法（Y-Y接，即三相四线制）。