电工学第三章课件

第三章第三章 正弦交流电路正弦交流电路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 3.6 RLC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.31 交流电的基本概念 一、什么是交流电什么是交流电 交流电与直流电的根本区别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。直流电和交流电直流电和交流电.二、交流电的产生交流电的产生 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时，其单侧线圈所产生的感应电动势为e=Blvsin，即 e=Blvsint 整个线圈所产生的感应电动势为 e=2BlvsintEmsint 式中，Em 2Blv，为感应电动势的最大值。.正弦交流电的产生正弦交流电的产生.三、正弦交流电的周期、频率和角频率正弦交流电的周期、频率和角频率 正弦交流电的周期正弦交流电的周期l 周期l 频率l 角频率.四、正弦交流电的最大值、有效值正弦交流电的最大值、有效值 最大值最大值 正弦交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值，又称峰值峰值、幅值幅值。最大值用大写字母加下标m表示，如Em、Um、Im。有效值有效值 使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，如果在相同的时间内产生的热量相等，就把这一直流电的大小叫做相应交流电的有效值。有效值用大写字母表示，如E、U、I。有效值=最大值0.707最大值.五、正弦交流电的相位与相位差正弦交流电的相位与相位差 相位相位 正弦量在任意时刻的电角度，也称相位相位或相角相角，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，称为初相位初相位，也称初相角初相角或初相初相。.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.相位差相位差两个同频率交流电的相位之差，用符号 表示。l 超前l 同相l 反相l 正交.e1超前e2.e1与e2同相.e1与e2反相.e1与e2正交.l正弦交流电的最大值反映了正弦量的变化范围。l角频率反映了正弦量的变化快慢。l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。.【例例31】已知两正弦电动势分别是：e1=100sin（100t+60）V，e2=65sin（100t30）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。解题过程解题过程.常用电子仪器的使用常用电子仪器的使用.32 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.l同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同。l同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出。l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。l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：.【例例32】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。解题过程解题过程.33 纯电阻交流电路 纯电阻电路纯电阻电路 交流电路中只考虑电阻的作用。.一、电流与电压的相位关系电流与电压的相位关系 相量图波形图.二、电流与电压的数量关系电流与电压的数量关系 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、功率功率 瞬时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。功率曲线图.平均功率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.【例例33】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。解题过程解题过程.34 纯电感交流电路 一、电感对交流电的阻碍作用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，这表明电感线圈这表明电感线圈对直流电和交流电的阻碍作用是不同的对直流电和交流电的阻碍作用是不同的。.感抗感抗电感对交流电的阻碍作用，用XL表示，单位为欧姆（）。l线圈的自感系数愈大，感抗就愈大。l交流电的频率越高，线圈的感抗也越大。XL=2fL=L.二、电流与电压的关系电流与电压的关系 纯电感电路欧姆定律的表达式：.三、功率功率 l纯电感电路不消耗能量，它是一种储能元件。储能元件。l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，称为无功功率无功功率，用QL表示，单位乏（Var）。.【例例34】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？解题过程解题过程.35 纯电容交流电路 一、电容对交流电的阻碍作用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。.容抗容抗电容对交流电的阻碍作用，用XC表示，单位为欧姆（）。l电容器的电容量越大，容抗越小。l交流电的频率越高，电容器的容抗越小。.二、电流与电压的关系电流与电压的关系 纯电容电路欧姆定律的表达式：.三、功率功率 l纯电容电路的平均功率为0，说明纯电容不消耗功率l纯电容电路的无功功率为：.【例例35】容量为40F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。解题过程解题过程.36 RLC串联电路 一、电容对交流电的阻碍作用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：.二、电压与电流的关系电压与电流的关系 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：对应的相量关系为：.图中阴影部分是一个三角形，称为电压三角形电压三角形，它表明了RLC串联电路中总电压与分电压之间的关系。.l电抗 X=XLXCl阻抗l阻抗角.三、电路的电感性、电容性和电阻性电路的电感性、电容性和电阻性.四、功率功率 视在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：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.37 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 l 对于纯电阻负载，l 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。.l充分利用电源设备的容量 l减小供电线路的功率损耗 一、提高功率因数的意义提高功率因数的意义.l提高自然功率因数 l接电容器补偿 二、提高功率因数的方法提高功率因数的方法 补偿电容器.38 常用照明电路 一、常用照明方式常用照明方式 l一般照明无特殊要求，为整个被照场所而设置的照明。l局部照明局限于某一工作部位的照明。l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、常用照明灯具常用照明灯具 l白炽灯 l荧光灯 l卤钨灯 l高压汞灯 l高压钠灯 l节能灯 常用照明灯具常用照明灯具.三、荧光灯电路荧光灯电路 荧光灯电路由荧光灯管荧光灯管、镇流器镇流器、启辉器启辉器等组成。荧光灯起辉过程荧光灯起辉过程.