第三章電工電子技術(shù)基礎(chǔ)——PPT

1、課題8l3.1.1概述l3.1.2 正弦交流電的基本物理量3.1.1 交流電的用途1. 變化的電量可用交流電或正弦交流電來描述。處理這些電信號(hào)的就是模擬電子電路。2.交流電磁感應(yīng)現(xiàn)象是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)現(xiàn)代很多應(yīng)用技術(shù)就是建立在正弦交流電磁感應(yīng)基礎(chǔ)之上的：動(dòng)力電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、配電。通訊技術(shù)應(yīng)用。信息技術(shù)。3.1.2 正弦交流電的產(chǎn)生低壓信號(hào)用正弦交流電是用訊號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的；工業(yè)用正弦電是用發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。1.正弦交流電定義2.符號(hào)使用的規(guī)定3.發(fā)電原理3.2.1正弦交流電的三要素1周期T2最大值3頻率f和角頻率4初相角0正弦交流電的最大值，角頻率和初相角最大值，角頻率和初相角，只要有了這三個(gè)基本參

2、數(shù)，就可以確定一個(gè)正弦交流電，因此這三個(gè)基本參數(shù)稱為正弦交流電的三要素三要素。3.2.2 相位與相位差 交流電某個(gè)瞬時(shí)所處的電角度，稱為相位。1相位 兩個(gè)同頻率的正弦交流電相位之差，稱為相位差。 用表示。兩個(gè)同頻率的正弦量的相位差為： =（t + 01）（t+ 02）= 01 022相位差3.2.3 正弦交流電的有效值因正弦交流電是變動(dòng)的，不便測(cè)量或計(jì)算。從做功的角度和直流電等效。當(dāng)它們通過同一電阻、在相同的時(shí)間內(nèi)這兩個(gè)電流做功相等，稱直流電為交流電的有效值。 = 0.707Im即：正弦交流電流的有效值等于最大值除以 2mII 2 1.正弦交流電是現(xiàn)在工程上廣泛應(yīng)用的一種電量形式。它的變化、計(jì)

3、算等符合正弦函數(shù)的運(yùn)算規(guī)律。 2. 正弦交流電的基本物理量是我們學(xué)習(xí)交流電的基礎(chǔ)，大家要理解掌握。課題9l3.3交流電的相量表示及同頻率正弦量的加減運(yùn)算3.3.1 正弦量的表示方法1. 解析法2. 波形圖法3. 旋轉(zhuǎn)矢量法i = Im sin t ， u = Um sin t， e = Em sin t3.3.2 相量法1復(fù)數(shù)的表示方法2復(fù)數(shù)的運(yùn)算復(fù)數(shù)A由實(shí)部和虛部兩部分組成的。其代數(shù)表達(dá)式為A = a + j b（1）復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算（2）復(fù)數(shù)的乘除運(yùn)算（3）正弦交流電的相量表示法結(jié)論結(jié)論u （1）我們用復(fù)數(shù)表示正弦量，就是借助于復(fù)數(shù)的運(yùn)算方法對(duì)正弦量進(jìn)行計(jì)算處理，運(yùn)算結(jié)果取復(fù)數(shù)的虛部，還原為

4、正弦量。u （2）幾個(gè)同頻率正弦量用復(fù)數(shù)表示后，就可以按復(fù)數(shù)規(guī)律對(duì)他們進(jìn)行代數(shù)四則運(yùn)算。u （3）因?yàn)檎伊渴菚r(shí)間的函數(shù)，為了區(qū)別于空間量矢量，用復(fù)數(shù)表示正弦量時(shí)稱為相量（不稱矢量），其方法稱為相量法。 相量法是工程上分析交流電的一種基本方法，相量法既可以表示正弦量的大小、方向，又可以進(jìn)行正弦量的計(jì)算。是正弦交流電的一種通用分析方法。課題10l3.4 電阻、電感、電容在交流電路中的特性 （1）電阻中電流與電壓同相位，即它們的初相角相等 （2）電流和電壓的瞬時(shí)值、最大值、有效值都服從歐姆定律3.4.1 純電阻電路 1電流與電壓之間的關(guān)系 2電阻電路消耗的功率 當(dāng)交流電用有效值表示，直流電路的基本

5、概念、計(jì)算公式均可用于交流電阻電路的分析 例例 已知電阻兩端電壓的有效值U = 220 V，電阻R =100 ，求I和 P。 解： A W2 . 2100220RUI4842 . 2220UIP3.4.1 純電感電路電感定義：電感定義：儲(chǔ)能器件，通過電流的變化和電路交換能量，本身并不耗能電感元件：電感元件：在交流電路中，許多電器設(shè)備或器件是由線圈繞制而成的，線圈中既存在電感，又存在導(dǎo)體電阻和電容。當(dāng)電阻、電容與電感相比較可以忽略不計(jì)時(shí)，即可把線圈用理想電路模型電感元件來表示電感元件簡(jiǎn)稱電感，由電感元件組成的電路稱為純電感電路純電感電路1純電感電路中電壓與電流的關(guān)系（a） 電感電路（b）相量圖2

6、電感元件的功率為了表示電感與電源之間能量交換的大小，引入了無功功率的概念。電感電路中瞬時(shí)功率的最大值稱為無功功率LLLXUXIUIQ221.電阻因?yàn)槭且粋€(gè)耗能器件，在不同電路中的應(yīng)用方法相同。2.電感因?yàn)槭莾?chǔ)能、動(dòng)態(tài)元件，一些特性是在電流變化的過程中體現(xiàn)出來的。例如感抗和電流的頻率成正比，只有電流動(dòng)才產(chǎn)生感抗；因?yàn)槭莾?chǔ)能器件，電流和電壓不同相位（同相位就成了耗能器件）。我們要對(duì)電感的特性進(jìn)行深刻理解，才能在工程上合理應(yīng)用。課題11l3.4.3 電容在交流電路中的特性l3.5 R L串聯(lián)電路3.4.3 純電容電路1電壓電流關(guān)系上式稱為電容元件電壓與電流的相量歐姆表達(dá)式。該式反映了電容元件電壓與電

7、流的有效值及相位關(guān)系。（a）電容元件（b）相量圖IjXIXjICjUCC112電容中的瞬時(shí)功率 瞬時(shí)功率的最大值，無功功率的表達(dá)式為CCCXUXIUIQ223.5.1 分析R L串聯(lián)電路的工程意義電感線圈可用R L串聯(lián)電路來等效。變壓器、電抗器、電動(dòng)機(jī)、繼電器等一切用線圈繞制的電器設(shè)備，其線圈的電阻可用電阻元件來等效；其電感用電感元件來等效，即一個(gè)實(shí)際的電感線圈就等效為一個(gè)電阻與電感的串聯(lián)電路。因此，分析R L串聯(lián)電路有著很實(shí)際的應(yīng)用意義3.5.2 R L串聯(lián)電路分析分析 1電壓之間的關(guān)系 2電阻、感抗與阻抗之間的關(guān)系 阻抗雖不是相量，但電阻、感抗和阻抗三者遵從相量和的關(guān)系，而不是代數(shù)和的關(guān)系

8、。由于XL是頻率f的函數(shù)，所以 也是頻率的函數(shù)，f增大，增大，f減小， 減小。ZZZ 3RL串聯(lián)電路的功率22LQPUIScosSIUPRsinSIUQLLRLPQarctan4.功率因數(shù)及應(yīng)用（1）功率因數(shù) 在交流電器設(shè)備中，也都有一個(gè)額定值。如額定輸出電壓UN、額定輸出電流IN等。交流發(fā)電機(jī)，變壓器都用視在功率SN = UN IN表示額定值。當(dāng)達(dá)到了視在功率，就認(rèn)為滿載 輸出功率的大小取決于負(fù)載的功率因數(shù)。負(fù)載功率因數(shù)小，造成發(fā)電設(shè)備資源和電能的浪費(fèi)（2）應(yīng)用cosSP1.電容也是一個(gè)儲(chǔ)能器件，只和電路交換能量。因電容器的兩個(gè)極板絕緣，漏電流很小，自身損耗很小，所以電容器件可以看作理想元件

9、。因?yàn)槭莾?chǔ)能器件，電流超前電壓90。2.RL串聯(lián)電路是將兩個(gè)性質(zhì)不同的元件串聯(lián)，因?yàn)殡姼须妷汉碗娏饔兄?0的相位差（直角），就出現(xiàn)了電壓、阻抗、功率的三角形關(guān)系，出現(xiàn)了功率因數(shù)的概念，這都是交流電路出現(xiàn)的新概念，是應(yīng)用的基礎(chǔ)，要做深刻理解。課題12l3.6 RLC串聯(lián)電路及諧振3.6.1 RLC串聯(lián)電路（a）RLC串聯(lián)電路電（b）電壓矢量圖1電流與電壓的關(guān)系2222)(CLRXRUUUUUURCLUUU arctanRLC串聯(lián)電路總電壓的有效值與分電壓的有效值遵從直角三角形關(guān)系，而不是代數(shù)和的關(guān)系。2阻抗之間的關(guān)系RLC串聯(lián)電路的一般電壓表達(dá)式為)sin(2)sin(U2tIZtu3電路的三種

10、性質(zhì)（1）當(dāng)電路的感抗大于容抗，即XLXC，X0，0，ULUC ，電路的總電壓超前電流一個(gè)角，電路呈感性（2）當(dāng)電路的感抗小于容抗，即XLXC，X0，0，ULUC ，電路的總電壓落后電流一個(gè)角，電路呈容性，（3）當(dāng)電路中的感抗與容抗相等，即XL = XC，X = 0， =0，UL = UC ，此時(shí)電路中的總電流和總電壓同相位，電路呈阻性，這種狀態(tài)稱為串聯(lián)諧振4電路的功率關(guān)系（1）有功功率 在RLC串聯(lián)電路中，只有電阻消耗能量，所以電路的有功功率就是電阻上消耗的功率（2）無功功率 在RLC串聯(lián)電路中，電感和電容都與電源進(jìn)行著能量的交換，所以都有無功功率。（3）視在功率是電源供給的總功率，它與有功

11、功率和無功功率是直角三角形關(guān)系，而不是代數(shù)和的關(guān)系3.6.2 R、L、C串聯(lián)諧振電路1串聯(lián)諧振電路的條件為了使串聯(lián)電路發(fā)生諧振，可從兩方面入手： （1）當(dāng)電路的LC值都已確定，改變電源的頻率，使之為f0，則電路發(fā)生諧振 （2）當(dāng)電源的頻率固定時(shí)，可改變串聯(lián)電路的電感值或電容值，即改變電路的固有頻率f0，使之等于電源的頻率，電路發(fā)生諧振2串聯(lián)諧振電路的特點(diǎn)（1）電路的阻抗最?。?）電路中的電流最大（3）電容或電感兩端電壓可比電路的總電壓大許多倍（4）品質(zhì)因數(shù) 電感（或電容）上的電壓與外加電壓之比，稱為電路的品質(zhì)因數(shù)，用Q表示1.RLC串聯(lián)電路也是工程上一種常用電路形式，當(dāng)需要改變電感中電流和電壓

12、的相位差，可采用在電感電路中串聯(lián)電容的方法。2.RLC串聯(lián)諧振的概念有著廣泛的應(yīng)用，諧振電路廣泛應(yīng)用于信號(hào)發(fā)生器、廣播、通訊等電路中。課題13l3.7 電感與電容器并聯(lián)及其諧振3.7.1 LC并聯(lián)電路的工程應(yīng)用在交流電路中工作的電器，很多都屬于感性負(fù)載。當(dāng)將電容器與感性負(fù)載并聯(lián)時(shí)，由于電容中的電流超前電壓90o電角度，正好補(bǔ)償電感中電流落后電壓的電角度，可減小總電壓與總電流的相角差，即可提高電路的功率因數(shù)；LC并聯(lián)，當(dāng)其諧振時(shí)，同樣可進(jìn)行選頻和濾波。因此，研究電感與電容并聯(lián)電路在工程上亦有著重要的實(shí)際意義。3.7.2 LC并聯(lián)電路1電壓與電流的關(guān)系電感性負(fù)載與電容并聯(lián)電路幾點(diǎn)結(jié)論（1）電感性負(fù)

13、載兩端并聯(lián)電容后，可使總電流減小。（2）電感性負(fù)載兩端并聯(lián)電容后，使總電流與電壓之間的相位差小于感性負(fù)載上的電流與電壓之間的相位差1，提高了總電路的功率因數(shù)。（3）當(dāng)并聯(lián)電容器的電容量較大時(shí)，IC電流大于I1V，則總電流要超前電壓U一個(gè)角，這時(shí)電路就變成了容性。（4）當(dāng)并聯(lián)電容中的電流 與電感中的電流 的垂直分量大小相等時(shí)，則總電流 與電壓 同相位。3.7.3 LC并聯(lián)諧振電路LC并聯(lián)諧振電路多用于電子技術(shù)中作為選頻電路，它是將一個(gè)電感線圈和一個(gè)電容器并聯(lián)如果忽略電阻R的影響，電路的諧振條件仍為電感的感抗等于電容的容抗諧振頻率為(a) 電路圖 (b) 相量圖CL1LCf210諧振電路具有以下特

14、征：諧振電路具有以下特征：1諧振時(shí)總電流與總電壓同相位，電路呈電阻性，阻抗最大，電流最小2電感中電流幾乎與電容中電流大小相等、相位相反3電感或電容中的電流比總電流大很多倍1. 電感支路中并聯(lián)電容提高功率因數(shù)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電網(wǎng)。2. LC并聯(lián)諧振與LC串聯(lián)諧振有著相同的應(yīng)用范圍，不過在應(yīng)用過程中是應(yīng)用各自的特性（如串聯(lián)阻抗最小，并聯(lián)阻抗最大）。課題14l3.8 三相交流電的產(chǎn)生及三相電源的連接l3.9 三相負(fù)載的星型連接3.8.1電力系統(tǒng)為什么采用三相制供電三相交流電是由三個(gè)在相位上互差120電角、幅度大小相等的三個(gè)相電壓組成的供電系統(tǒng)。目前電能的生產(chǎn)、輸送和分配幾乎全都采用三相制，就是

15、在需要單相交流電供電的地方，也是應(yīng)用的三相交流電中的一相1.應(yīng)用的普遍性（1）三相發(fā)電機(jī)或變壓器比同樣尺寸的單相發(fā)電機(jī)或變壓器輸出和傳遞的功率大（2）在輸送功率相同、電壓相同和距離、線路損失都相同的情況下，采用三相制輸電可以比單相制輸電節(jié)省約25%的線材（3）三相異步電動(dòng)機(jī)與單相異步電動(dòng)機(jī)相比較，在輸出功率相同的情況下，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、電磁噪聲小、性能好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)2. 采用三相制的優(yōu)點(diǎn)3.8.2 三相交流電的產(chǎn)生1.三相交流發(fā)電機(jī)三相交流電是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，三相發(fā)電機(jī)示意圖如圖所示，主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心上裝有勵(lì)磁繞組，當(dāng)勵(lì)磁繞組中通以直流

16、電時(shí)，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子的表面形狀比較特殊，它使磁感應(yīng)強(qiáng)度沿著轉(zhuǎn)子表面按正弦規(guī)律分布。當(dāng)轉(zhuǎn)子在原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子繞組由于切割磁力線便產(chǎn)生一組頻率相同、幅值相等，相位上互差120o電角度的正弦電壓。2. 三相交流電壓與相序（1）三相電壓當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，若以U相電壓為參考正弦量，則可寫出3個(gè)電壓的瞬時(shí)表達(dá)式為：uU = uV = uW = 三相正弦交流電壓的波形圖和相量圖tUsin2otU120sin2ootUtU120sin2240sin2（a）波形圖（b）矢量圖2. 三相交流電壓與相序（2）相序 取一相為參考，把3個(gè)電壓到達(dá)正的最大值的先后次序稱為“相序”。習(xí)慣上

17、選U相為參考，V相落后U相120o，W相又落后V相120o，相序?yàn)閁VW，稱為正相序；如將V、W的位置對(duì)調(diào)，相序?yàn)閁WV，則稱為逆相序。在電路分析中，一般都是按正相序來分析。3.8.3 三相電源的星形（Y）連接與線相電壓1. 三相電源的星形連接三相電源因?yàn)橛?相繞組、6個(gè)端點(diǎn)，6個(gè)端點(diǎn)的連接方法不同，效果不同。（1）三個(gè)繞組互不相連（2）三個(gè)繞組星型聯(lián)接2線電壓和相電壓根據(jù)基爾霍夫電壓定律，沿著三個(gè)自然回路（自然網(wǎng)孔）列出三個(gè)獨(dú)立方程：uUV = uUuVuVW = uvuW uWU = uWuU將電壓的瞬時(shí)值用相量表示，表達(dá)式為)(VUVUUVUUUUU)(WVWVVWUUUUU)(UWUW

18、WUUUUUU相量圖3.9.1 三相負(fù)載的星形（Y）連接電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)屬于對(duì)稱負(fù)載，三個(gè)繞組阻抗、性質(zhì)相同；家用電器使用電壓220V，分散在三個(gè)相線上，屬于不對(duì)稱負(fù)載。三相負(fù)載對(duì)稱 對(duì)稱指的是三個(gè)負(fù)載阻抗相等，性質(zhì)相同不對(duì)稱 不對(duì)稱指的是三個(gè)負(fù)載阻抗、性質(zhì)不同1三相不對(duì)稱負(fù)載的星形連接2三相對(duì)稱負(fù)載的星形連接三相交流電是動(dòng)力電，是電能的主要供電方式。電壓等級(jí)的劃分為：低于1000V的三相交流電稱低壓三相交流，高于1000V、低于10kV稱中壓交流電，高于10kV稱高壓交流電。我國用的低壓三相交流電是線電壓380V，相電壓220V，頻率50Hz。在礦山上因輸電線較長，低壓交流電用線電壓660V。不

19、同國家，電壓、頻率均不同。這給電器設(shè)備的出口、進(jìn)口帶來了不便。課題15l3.9.2 三相對(duì)稱負(fù)載的三角形（D）連接l3.10 工程應(yīng)用l3.11 知識(shí)應(yīng)用3.9.2 三相負(fù)載的三角型連接（D）UL IL cos P三相對(duì)稱負(fù)載不論作星形連接還是三角形連接，均可用公式此來計(jì)算電路的總功率。(a) 三角形連接圖(b) 電路圖3P綜述1. 三相負(fù)載是連接成星形還是三角形，是由負(fù)載的額定電壓和電源的線電壓決定的。如果負(fù)載的額定電壓等于電源的線電壓，應(yīng)接成三角形；如果負(fù)載的額定電壓等于電源的相電壓，應(yīng)接成星形。2. 我國工作在線電壓為380 V上的電動(dòng)機(jī)，4kW以下采用星形連接，4kW以上采用三角形連接

20、。3.10.1電力系統(tǒng)的組成發(fā)電：將機(jī)械能或其他能（光、風(fēng)、水）變?yōu)殡娔埽Q為發(fā)電。輸電：將較低電壓變?yōu)楦邏?，通過高壓線路進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，稱為輸電。變電：將高壓電變?yōu)橛脩魬?yīng)用的低壓電，稱為變電。配電：將低壓電（指10kV及以下）分配給用戶，稱為配電。3.10.2 安全用電1.觸電人體因接觸帶電體而引起死亡或局部受傷的現(xiàn)象稱為觸電。按人體受傷害的程度不同，觸電可分為電傷和電擊兩種。(a) 雙線觸電(b) 單線觸電(c) 中性線不接地觸電2. 保護(hù)接地和保護(hù)接零（1）保護(hù)接地把電氣設(shè)備的金屬外殼用電阻很小的導(dǎo)線與埋入大地的金屬導(dǎo)體連接起來，這種方式稱為保護(hù)接地，埋入地下的金屬導(dǎo)體稱為接地體。埋入地下的鋼管、建筑物的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋等，均可作為接地體。接地體的接地電阻越小越好，其值不得超過10。(a) 外殼接地(b) 外殼不接地2. 保護(hù)接地和保護(hù)接零（2）保護(hù)接零把電氣設(shè)備的金屬外殼用電阻很小的導(dǎo)線與電源的中性線可靠地連接起來，稱為保護(hù)接零。適用于1000V以下的中性點(diǎn)良好接地的三相四線制