《电工电子技术 第2版 教学课件 ppt 作者 储克森 第二章 正弦交流电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术 第2版 教学课件 ppt 作者 储克森 第二章 正弦交流电路（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 正弦交流电路,第二章 正弦交流电路,第一节 正弦交流电路的基本概念 第二节 正弦量的相量表示法 36.9 36.9 第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路 第四节 电阻、电感串联电路 第五节 R、L、C串联电路 63.42 第六节 正弦交流电路的功率及功率因数,第一节 正弦交流电路的基本概念,一、正弦交流电的产生 正弦交流电由交流发电机产生。,图2-1 简单交流发电机结构,第一节 正弦交流电路的基本概念,图2-2 正弦交流电压的波形,第一节 正弦交流电路的基本概念,图2-3 两对磁极情况下电压波形,二、正弦交流电的“三要素” 1.正弦交流电的周期和频率,第一节 正弦交流电路的基本概
2、念,图2-4 正弦交流电压的周期,第一节 正弦交流电路的基本概念,图2-5 正弦电压的初相角波形,2.正弦交流电的最大值,第一节 正弦交流电路的基本概念,3.正弦交流电的相位角(初相、相位差) (1)初相角 从图2-1b所示的交流发电机原理图上可以看出，在我们所选定的计时开始时间，发电机线圈的有效边已经不处在中性面上，而是转过了一个角度()，这时感应电压也已从周期起点(即交流电从零值开始变正值的瞬间)变化了一个电角(p)，到达U0的数值，其正弦曲线如图2-5所示。,图2-6 正弦电压初相角为负值的波形,第一节 正弦交流电路的基本概念,(2)相位差 仍以交流发电机原理图为例，图2-7所示可直观地
3、看到发电机的电枢上有两个绕组，注意它们所处的空间位置不同。,图2-7 正弦电压的相位,第一节 正弦交流电路的基本概念,图2-8 实际发电机原理图,(2)电流i1和i2的相位差，并指出哪个超前，哪个滞后？,第一节 正弦交流电路的基本概念,(3)i1和i3的相位差，哪个超前，哪个滞后？ 解：(1)电角频率 (2)1=45，2=0 (3)1=45，3=150 三、正弦交流电的有效值和平均值 为了确切反映交流电能量转换的实际效果，电工技术中用有效值来衡量交流量的大小，除了使用有效值外，还常用到平均值，下面就来介绍交流电的“有效值”和“平均值”。 1.交流电的有效值,第一节 正弦交流电路的基本概念,解：
4、国家标准规定的电压等级都是有效值，根据式(2-15)可求： 解：因为交流电流表测得的为有效值，由式(2-14)可求电流表读数为,2.交流电的平均值,第一节 正弦交流电路的基本概念,第二节 正弦量的相量表示法,一、复数简介 如果直接利用正弦量的解析式或波形图来分析计算正弦交流电路，将是非常繁琐和困难的。,图2-9 复数的矢量表示,第二节 正弦量的相量表示法,1.复数的表达形式 2.复数的四则运算 (1)加法 解：需将B也化成代数形式,36.9,(2)减法 解：A和B都应化成代数形式,36.9,(3)乘法 通常是将复数化成极坐标形式，然后将相乘的复数“模相乘、幅角相加”得到新的复数。 解：需将B化
5、成极坐标形式 (4)除法 通常也是把复数化成极坐标形式，然后相除的两个复数“模相除、幅角相减”得到新的复数。 解：C=AB=3822=382252130=52-(-130)=1.73182 二、正弦量的复数表示法(相量法) 如前所述，当知道正弦量的最大值（或有效值）、初相角和角频率（或频率）这三个要素，就可以写出该正弦量的瞬时值表达式。 1)电流的有效值对应复数的模数。 2)电流的初相角对应复数的幅角。,36.9,图2-10 正弦电流的极坐标形式,36.9,图2-11 与的相量图,36.9,图2-12 参考相量,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,一、纯电阻正弦交流电路 在实际使用的电
6、器和设备中，有时就可以忽略次要因素，而只突出其电阻性质，从而可将其抽象为电阻元件（即所谓“纯电阻”），如电阻电炉、白炽灯等。 1.电阻元件上正弦电流与电压关系,图2-13 电阻中电压与电流的波形图和相量图,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,1) 电阻元件上，正弦电压与电流的瞬时值、最大值、有效值和相量都符合欧姆定律。 2) 电阻元件上正弦电压与正弦电流之比是电阻值R，它是一个实数。 3) 电阻元件上正弦电压与正弦电流初相位相等，即u=i，称为“同相”。 2.电阻元件上的功率 (1)瞬时功率(p) 电压瞬时值与电流瞬时值的乘积称为瞬时功率(用p表示)。,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正
7、弦交流电路,图2-14 电阻元件的瞬时 功率波形图,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,(2)有功功率(P),(2)电阻消耗的功率。 解：由题可知Im=5A，则I=Im2=5A2=3.54A (1)UR=IR=3.54A10=35.4V (2)电阻功率P=URI=252V52A=125W 二、纯电感正弦交流电路 如果一个实际线圈的电阻忽略不计，就可以抽象为一个电感元件。,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,1.电感元件上正弦电流与正弦电压的关系,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,图2-15 电感元件电压、电流波形图及相量图,1) 电感元件上正弦电流和电压瞬时值的关系是
8、微分关系，,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,即遵守电磁感应定律。 2) 引入感抗(XL)后，正弦电流、电压的最大值、有效值，具有欧姆定律形式，如。 3) 电流和电压相量之间的关系也具有欧姆定律形式，如式(2-37)、式(2-38)。 4) 电感元件上，电压、电流是同频率的正弦量，且电压相量超前电流相量/2(即90)，或电流相量滞后电压相量/2(即90)。 2.电感元件上的功率 (1)瞬时功率(p),第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,图2-16 电感元件的 瞬时功率波形图,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,(2)有功功率(P) (3)无功功率(Q) 电感元件上电压
9、有效值与电流有效值的乘积定义为“无功功率”，用QL表示。 (2)电感元件两端电压uL。 解：(1),(2) UL=I(jXL)=100j2V=100290=2090 ；UL=20V,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,三、纯电容正弦交流电路 如果实际的电容器不考虑内部损耗等因素，就可以抽象为电容元件。,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,图2-17 电容元件电压、电流波形图及相量图,1.电容元件上正弦电压与正弦电流关系,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,1) 元件上电压与电流瞬时值的关系是微分关系。 2) 引入容抗XC后，正弦电压的最大值(或有效值)与电流的最大值(或
10、有效值)具有欧姆定律形式。 3) 电流和电压的相量关系也具有欧姆定律形式。 4) 在相位上电容元件上的电流超前其电压/2(即90)。 2.电容元件上的功率 (1)瞬时功率(取uC与i为关联方向),第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,图2-18 电容元件的 瞬时功率波形图,第三节 纯电阻、纯电感、纯电容正弦交流电路,(2)有功功率,(3)无功功率 (2)QC。 解：由题知UC=38052，=314rad/s (1) I=UCjXC=38044.235290A=8.59142 (2) QC=UCI=380V8.59A=3264.2var3.264kvar,第四节 电阻、电感串联电路,一、电
11、阻与电感串联电路电压与电流的关系,图2-19 、 串联电路,第四节 电阻、电感串联电路,图2-20 电流、电压相量图,二、对复阻抗的认识,第四节 电阻、电感串联电路,上面已经引出了复阻抗Z，下面来对它作进一步分析。,图2-21 阻抗三角形,第四节 电阻、电感串联电路,(2)电阻和电感上的电压UR和UL。 (3)作相量图。 解：求出电路阻抗 (1)电路中的电流,图2-22 例2-11图,第四节 电阻、电感串联电路,(2)UR=IR=0.3744300V=11144 (3)相量图如图2-22所示，UR与I同相，UL超前I90(注意UL初相角的标法)。,第五节 R、L、C串联电路,图2-23 R、L
12、、C 串联电路,第五节 R、L、C串联电路,一、电流与电压关系 如图223所示，取电流为参考相量,二、从阻抗Z看电路性质 (1)XLXC 感抗大于容抗，在同一电流作用下，ULUC，从图2-24的相量图可见，电路总电压(U)超前电流(I)角，称为“感性”电路。 (2)XLXC 感抗小于容抗，在同一电流的作用下，ULUC，从图2-25的相量图可见，电路总电压(U)滞后电流(I)角，称为“容性”电路。,第五节 R、L、C串联电路,图2-24 感性电路相量图,第五节 R、L、C串联电路,图2-25 容性电路相量图,(3)XL=XC,第五节 R、L、C串联电路,图2-26 阻性电路相量图,(2)各元件上
13、的电压。,第五节 R、L、C串联电路,解：参照图2-23所示的参考方向。,第六节 正弦交流电路的功率及功率因数,一、瞬时功率(p),图2-27 负载 电路图,第六节 正弦交流电路的功率及功率因数,二、有功功率(P) 上面讲的瞬时功率，是一个随时间按正弦规律变化的量，这个量无论是计算和测量都不方便，而在通常情况下，也不需要计算和测量它，但它是研究交流电功率的基础。 解：电路阻抗 三、视在功率(S) 各种电气设备都在其产品铭牌上标出了额定电压和额定电流，它们指的都是有效值，把设备上电压有效值（U）与电流有效值（I）的乘积定义为“视在功率”（S），即 四、无功功率(Q),第六节 正弦交流电路的功率及功率因数,前面曾经介绍了电感元件（L）和电容元件（C），在接入正弦交流电路后的功率为“无功功率”：Q=ULI，QC=UCI（这时的UL或UC都与I的相位差是90）。,图2-28 一般负载,第六节 正弦交流电路的功率及功率因数,图2-29 一般负载,五、功率三角形,第六节 正弦交流电路的功率及功率因数,图2-30 功率三角形,第六节 正弦交流电路的功率及功率因数,第六节 正弦交流电路的功率及功率因数,表2-1 阻抗三角形、电压三角形和功率三角形的相似性,图2-31 例2-14图,第六节 正弦交流电路的功率及功率因数,解：荧光灯所标功率为有功功率,
