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1、第二节 交流电的基础知识,第十二章 交直流电的基础知识,各种形式的交流电,简谐波,尖脉冲,矩形波,调幅波,锯齿波,调频波,交流电:电源电动势随时间作周期性变化,正弦交流电 概念：,1 交流电：大小和方向随时间作有规律变化的电压和电流称为交流电,又称交变电流. 2 正弦交流电是随时间按照正弦函数规律变化的交流电. 3 由于交流电的大小和方向都是随时间不断变化的,也就是说,每一瞬间电压（电动势）和电流的数值都不相同,所以在分析和计算交流电路时,必须标明它的正方向.,一 、单相正弦交流电的基本概念,1. 正弦交流电 （1）正弦交流电的产生：正弦交流电由交流发电机产生的。 （2） 正弦交流电的三要素：
2、最大值、频率、初相角,电动势 电 压 电 流,表达式各部分的含义,电动势瞬时值,2.正弦交流量的瞬时表达式：,为正弦电流的最大值,3.正弦波特征量之一 -最大值 、有效值,有效值: 交流电与直流电在灯泡上消耗的电能等值,表示符号: 必须用大写： E、U、I表示.,有效值概念,若一个交流电流i和一个直流电流在相同的时间内通过同一电阻 产生的热量相等 . 则我们称直流电流为交流电i的有效值。,有效值与最大值的关系:,符号说明,瞬时值 - 小写,u、i,有效值 - 大写,U、I,最大值 - 大写+下标,若购得一台耐压为 300V 的电器，是否可用于 220V 的线路上?,该用电器最高耐压低于电源电压
3、的最大值，所以不能用。,描述变化周期的几种方法 1. 周期 T： 变化一周所需的时间 单位：秒，毫秒,3. 角频率 ： 每秒变化的弧度 单位：弧度/秒,2. 频率 f： 每秒变化的次数 单位：赫兹，千赫兹 .,角频率 ：单位时间内交流电所经历的电角度(反映交流电变化快慢的物理量)。,正弦波 特征量之二 - 角频率,1. 周期（T）： 正弦交流电从零最大 零负最大零；这 样循环变化一周所需的 时间叫周期. 周期表明交流电变化 的快慢, 我国交流电的 周期为: T = 0.02秒,变化一周所需要的时间称之为周期,2. 频率（F）：,1). 定义: 正弦交流电在1 秒 钟内完成周期变化的 次数叫频率
4、。,周期为: T = 0.02秒,单位:（弧度/秒） f = 50HZ ,3. 电角速度（角频率）,每秒变化的弧度,1). 相位(又称相位角): 表示正弦量进程的物理量. 上解析式中(t+)称为正弦量的相位, 它表明周期运动中处于什么状态和位置的一个量(用电度角或).相位一般是指两个同频率波形，过零点的时间差。 例. 2). 初相位: 式中为正弦量的初相角,也就是t=0时的相位角.,正弦波特征量之三 - 初相位, t,3).相位差: 同频率正弦量的相位之差称相位差(不随时间变化的常数).,同 相 位,相 位 落 后,两种正弦信号的相位关系,=12 =/2,=12 =,=12 =0,=12 0,
5、u和i正交,1 超前2,（2 滞后1 ), t,三相交流电路：三相电压初相位各差1200,幅度：,已知：,频率：,初相位：,例：三要素计算,二 、 交流电路的功率和功率因数,电阻元件在交直流电路中都是限制电流的，从电源取用能量，在这里就是电阻元件从电源取用电能而转换为热能，这是一种不可逆的能量转换过程，定义为有功功率。 电感元件和电容元件都是储能元件，它们与电源间进行能量互换，是工作所需，但这对电源来说，也是一种负担，对储能元件本身说，没有消耗能量，故将往返于电源与储能元件之间的功率命名为无功功率。,1. 有功功率和功率因数,有功功率是电路中负载实际消耗的功率: P=UIcos 有功功率P的单
6、位是瓦特【W】。 上式表明，有功功率等于电路端电压有效值U和流过负载的电流有效值I的乘积，再乘以cos 。 式中cos 称为功率因数。其值取决于电路中用电器的性质。,2. 无功功率,无功功率是与电源交换的功率： Q=UIsin 对于感性电路， 0，则sin 0，无功功率Q为正值；对于电容性电路， 0，则sin 0，无功功率Q为负值。当Q0时，为吸收无功功率；当Q0时，则为发出功率。,无功功率Q的 单位是： 乏 （var）,3. 视在功率,在交流电路中，端电压与电流的有效值乘积称为视在功率，用S表示。即 S=U I 视在功率的单位为伏安(VA)或千伏安(KVA)。 视在功率S通常用来表示电气设备
7、的容量。容量说明了电气设备可能转换的最大功率。电源设备如变压器、发电机等所发出的有功功率与负载的功率因数有关，不是一个常数，因此电源设备通常只用视在功率表示其容量，而不是用有功功率表示。,有功功率P,，无功功率Q，视在功率S 之间存在如下关系： P=UIcos=Scos Q=UIsin=Ssin S= =U I = 显然，S、P、Q构成一个直角三角形，如上图所示。此三角形成为功率直角三角形,它与同电路的电压三角形，阻抗三角形相似。,有功功率P的单位是瓦特【W】；无功功率Q的单位是乏尔【var】；视在功率S的单位是伏安【VA】。,a. 三个是相似三角形。如下图 b. 电压三角两边除以得阻抗三角，
8、电压三角两边乘以得功率三角。 c. 阻抗三角的R，X，Z不是矢量，其三边不能画成矢量图。Z和R间 的夹角为阻抗角。,A.有功功率的计算： B.无功功率的计算： C.视在功率的计算：,功率关系：,电压三角形，阻抗三角形和功率三角形,特点：,实际生产和生活中，大多数电气设备和用电器都是感性的，因此要向电源吸取一定的无功功率，造成线路功率因数较低的现象。功率因数低不仅造成电力能源的浪费，还能增加线路上的功率损耗，为了避免此类现象造成的影响，电力系统要设法提高线路的功率因数。,提高功率因数的意义是什么？如何提高？,电路的功率因数决定于负载的性质。只有电阻性负载（例如白炽灯，电阻炉等）的功率因数才等于1，其它负载的功率因数均小于1。,4、功率因数的提高,1）. 提高功率因数的意义,2）. 提高功率因数的方法,尽量减少感性设备的空载和轻载。,当用电气设备是感性负载时，用一个适当的电容与之并联，就能够提高电气设备的功率因数，从而提高整个电网的功率因数。,在感性设备两端并联适当电容。,让无功电流在电容和电感之间进行环流。,
