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1、第七章,正弦交流电的基本概念,第七章 正弦交流电的基本概念,教学重点1了解正弦交流电的产生。2掌握表征正弦交流电的三要素：振幅、角频率、初相位。3理解交流电的周期、频率、有效值、相位与相位差等概念。4掌握正弦交流电流、电压的表示法(解析式、波形图、相量图等)。,教学难点1. 理解相位差的概念。2. 掌握正弦量的相量图。,学时分配,第七章 正弦交流电的基本概念,第一节 交流电的产生,第二节 表征交流电的物理量,第三节 交流电的表示法,本章小结,第一节 交流电的产生,一、交流电的产生,二、正弦交流电,如果电流的大小及方向都随时间做周期性变化，并且在一个周期内的平均值为零的电流称为交流电。,一、交流
2、电的产生,二、正弦交流电,大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势，在某一时刻 t 的瞬时值可用三角函数式(解析式)来表示，即,i ( t ) = Imsin( t i 0) u ( t ) = Umsin( t u0) e ( t ) = Emsin( t e0),i ( t ) = Imsin( t i0) u ( t ) = Umsin( t u0) e ( t ) = Emsin( t e0),式中，Im、Um、Em 分别叫做交流电流、电压、电动势的振幅(也叫做峰值或最大值)，电流的单位为安培(A)，电压和电动势的单位为伏特(V)； 叫
3、做交流电的角频率，单位为弧度/秒(rad/s)，它表征正弦交流电流每秒内变化的电角度；i0、u0、e0 分别叫做电流、电压、电动势的初相位或初相，单位为弧度 rad 或度( )，它表示初始时刻(t = 0 时)正弦交流电所处的电角度。,振幅、角频率、初相这三个参数叫做正弦交流电的三要素。任何正弦量都具备三要素。,第二节 表征交流电的物理量,一、周期与频率,二、有效值,三、相位和相位差,1周期正弦交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期，用字母 T 表示，单位为秒：s 。显然正弦交流电流或电压相邻的两个最大值(或相邻的两个最小值)之间的时间间隔即为周期，由三角函数知识可知,一、周期与频率,2频率
4、, = 2 f,交流电周期的倒数叫做频率(用符号 f 表示)，即,它表示正弦交流电流在单位时间内作周期性循环变化的次数，即表征交流电交替变化的速率(快慢)。频率的国际单位制是：赫兹(Hz) 。角频率与频率之间的关系为,在电工技术中，有时并不需要知道交流电的瞬时值，而规定一个能够表征其大小的特定值有效值，其依据是交流电流和直流电流通过电阻时，电阻都要消耗电能(热效应)。,设正弦交流电流 i( t ) 在一个周期 T 时间内，使一电阻R 消耗的电能为 QR ，另有一相应的直流电流 I 在时间 T 内也使该电阻 R 消耗相同的电能，即 QR = I2RT 。,二、有效值,就平均对电阻作功的能力来说，
5、这两个电流(i 与 I)是等效的，则该直流电流 I 的数值可以表示交流电流 i(t) 的大小，于是把这一特定的数值 I 称为交流电流的有效值。理论与实验均可证明，正弦交流电流 i 的有效值 I 等于其振幅(最大值)Im 的 0.707 倍，即,正弦交流电压的有效值为,正弦交流电动势的有效值为,例如正弦交流电流 i = 2sin( t30) A 的有效值 I = 20.707 = 1.414 A，如果通过 R = 10 的电阻时，在一秒时间内电阻消耗的电能(又叫做平均功率)为 P = I2R = 20 W，即与 I = 1.414 A 的直流电流通过该电阻时产生相同的电功率。,我国工业和民用交流
6、电源的有效值为 220 V、频率为50 Hz，因而通常将这一交流电压简称为工频电压。,因为正弦交流电的有效值与最大值(振幅值)之间有确定的比例系数，所以有效值、频率、初相这三个参数也可以合在一起叫做正弦交流电的三要素。,三、相位和相位差,任意一个正弦量 y = Asin( t + 0 )的相位为( t + 0 )，本章只涉及两个同频率正弦量的相位差(与时间 t 无关)。设第一个正弦量的初相为 01 ，第二个正弦量的初相为 02 ，则这两个正弦量的相位差为 12 = 01 02,并规定 |12| 180 或 |12| ,在讨论两个正弦量的相位关系时：,(1)当 12 0 时，称第一个正弦量比第二
7、个正弦量越前(或超前) 12 ；,(2)当 12 0 时，称第一个正弦量比第二个正弦量滞后(或落后) | 12 | ；,(3)当 12 = 0 时，称第一个正弦量与第二个正弦量同相如图 7-1(a)；,(4)当 12 = 或 180 时，称第一个正弦量与第二个正弦量反相如图 7-1 (b)；,(5)当 12 = 或 90 时，称第一个正弦量与第二个正弦量正交。,图 7-1 相位差的同相与反相波形,例如已知 u = 311sin(314t 30) V，i = 5sin(314t 60) A，则 u 与 I 的相位差为 ui = (30) ( 60) = 90，即 u 比 I 滞后 90，或 I
8、比 u 超前90。,第三节 交流电的表示法,一、解析式表示法,二、波形图表示法,三、相量图表示法,一、解析式表示法,i(t) = Imsin( t i0) u(t) = Umsin( t u0) e(t) = Emsin( t e0),例如已知某正弦交流电流的最大值是 2 A，频率为 100 Hz，设初相位为 60 ，则该电流的瞬时表达式为,i(t) = Imsin( t i0) = 2sin(2f t 60) = 2sin(628t 60)A,二、波形图表示法,图 7-2 正弦交流电的波形图举例,三、相量图表示法,正弦量可以用最大值相量或有效值相量表示，但通常用有效值相量表示。,图 7-3
9、正弦量的振幅相量图举例,1.振幅相量表示法 最大值相量表示法是用正弦量的最大值做为相量的模(大小)、用初相角做为相量的幅角，例如有三个正弦量为 e = 60 sin( t60 ) Vu = 30 sin( t30 ) Vi = 5 sin( t30) A 则它们的最大值相量图如图 7-3 所示。,2有效值相量表示法,有效值相量表示法是用正弦量的有效值做为相量的模(长度大小)、仍用初相角做为相量的幅角，例如,则它们的有效值相量图如图 7-4 所示。,图 7-4 正弦量的有效值相量图举例,本章小结,一、正弦流电的主要参数,二、交流电的表示法,本章介绍了交流电的基本概念以及交流电的表示法。,一、正弦
10、交流电的主要参数,大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势。,1周期与频率,交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期 ；周期的倒数叫做频率 ；角频率与频率之间的关系为 = 2f,正弦交流电的有效值等于振幅(最大值)的 0.707 倍，即,2有效值,3正弦交流电的三要素,正弦交流电的最大值、角频率、初相这三个参数叫做三要素。也可以把正弦交流电的有效值、频率、初相这三个参数叫做三要素。,4相位差,两个正弦量的相位差为 12 = 01 02，存在超前、滞后、同相、反相、正交等关系。,3相量图表示法,正弦量可以用最大值相量或有效值相量表示，但通常用有效值相量表示。最大值相量表示法是用正弦量的最大值做为相量的模(大小)、用初相角做为相量的幅角；有效值相量表示法是用正弦量的有效值做为相量的模(大小)、仍用初相角做为相量的幅角。,2波形图表示法,波形图表示法即用正弦量解析式的函数图形表示正弦量的方法。,1解析式表示法,i(t) = Imsin(t i0) u(t) = Umsin ( t u0 ) e (t) = Emsin ( t e0 ),二、交流电的表示法,
