正弦交流電路基本概念-PPT課件

1、3.1 正弦交流電路的基本概念3.2 單一參數(shù)的正弦交流電路第3章 單相正弦交流電路的基本知識(shí)本章的學(xué)習(xí)目的和要求 正弦交流電路的基本理論和基本分析方法是學(xué)習(xí)電路分析的重要內(nèi)容之一，應(yīng)很好掌握。通過(guò)對(duì)本章的學(xué)習(xí)，要求能夠正確理解正弦交流電的基本概念；熟悉正弦交流電的幾種表示方法；深刻理解相量的概念，牢固掌握單一參數(shù)上電壓、電流關(guān)系及功率的關(guān)系；初步掌握多參數(shù)組合的串、并聯(lián)正弦交流電路的分析與計(jì)算方法。前面兩章所接觸到的電壓和電流均為穩(wěn)恒直流電，其大小和方向均不隨時(shí)間變化，稱為穩(wěn)恒直流電，簡(jiǎn)稱直流電。直流電的波形圖如下圖所示：u、it0電子通訊技術(shù)中通常接觸到電壓和電流，通常其大小隨時(shí)間變化，方

2、向不隨時(shí)間變化，稱為脈動(dòng)直流電，如圖所示。3.1 正弦交流電路的基本概念電壓或電流的大小和方向均隨時(shí)間變化時(shí)，稱為交流電，最常見(jiàn)的交流電是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化正弦電壓和正弦電流。表達(dá)式為：u、it0正弦交流電解析式與波型圖波形圖為：3.1.1 正弦量的三要素1. 正弦交流電的周期、頻率和角頻率角頻率 正弦量單位時(shí)間內(nèi)變化的弧度數(shù)。角頻率與周期及頻率的關(guān)系：周期T 正弦量完整變化一周所需要的時(shí)間。頻率f 正弦量在單位時(shí)間內(nèi)變化的周數(shù)。周期與頻率的關(guān)系：3.1.1 正弦量的三要素2. 正弦量的瞬時(shí)值、最大值和有效值瞬時(shí)值 正弦量對(duì)應(yīng)第一時(shí)刻的數(shù)值，通常用解析式表示：如最大值 正弦量在一個(gè)周期內(nèi)振蕩

3、的正向最高點(diǎn)：ut03.1.1 正弦量的三要素指與交流電熱效應(yīng)相同的直流電數(shù)值。R ii t 時(shí)間內(nèi)在R上產(chǎn)生的熱量為Q例我們就把與交流電熱效應(yīng)相同的直流電流 I 的數(shù)值稱為 i 的有效值。有效值可以確切地反映交流電的作功能力。理論和實(shí)際都可以證明R II通過(guò)Rt 時(shí)間內(nèi)也產(chǎn)生Q熱量有效值正弦量解析式中隨時(shí)間變化的電角度(t+)稱為相位，相位是時(shí)間的函數(shù)，反應(yīng)了正弦量隨時(shí)間變化的整個(gè)進(jìn)程。相位t=0時(shí)的相角，初相確定了正弦量計(jì)時(shí)始的位置。3.1.1 正弦量的三要素3. 正弦交流電的相位和初相初相ut0例相位初相u、i 的相位差為： 顯然，相位差實(shí)際上等于兩個(gè)同頻率正弦量之間的初相之差。3.1.

4、2 相位差兩個(gè)同頻率正弦量之間相位的差值稱為它們的相位差3.1.2 相位差u1與u2反相，即相位差為180；tu4u2u1uu3超前u190，或說(shuō)u1滯后u390，二者為正交的相位關(guān)系。u1與u4同相，即相位差為零。介紹幾個(gè)有關(guān)相位差的概念：u3舉例已知工頻電壓有效值U220V，初相u60；工頻電流有效值I22A，初相i30。求其瞬時(shí)值表達(dá)式、波形圖及它們的相位差。 解工頻電角頻率為314rad/s，所以瞬時(shí)值表達(dá)式:波形圖:0u、itui相位差:歸納 正弦量的最大值(或有效值)反映了正弦量的大小及作功能力；角頻率(或頻率、周期)反映了正弦量隨時(shí)間變化的快慢程度；初相則確定了正弦量計(jì)時(shí)始的位置

5、。只要這三個(gè)要素確定之后，則正弦量無(wú)論是解析式還是波形圖，都是唯一和確切的。因此，我們把最大值（或有效值）、角頻率（或頻率、周期）及初相稱為正弦量的三要素。 檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果2、一個(gè)正弦電流的最大值為100mA，頻率為2KHz，這個(gè)電流達(dá)到零值后經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間可達(dá)50mA？3、已知u1=U1msin(t+60)V， u2=U2msin(2t+45)V，能否比較哪個(gè)超前哪個(gè)滯后？為什么？4、有一電容器，耐壓值為220V，問(wèn)能否用在有效值為180V的正弦交流電源上？為什么？41.7s1、何謂正弦量的三要素，三要素各反映了正弦量的哪些方面？5、一個(gè)正弦電壓的初相為30，在t=T/2時(shí)為-268V，試求它的

6、有效值。 約等于379Vi =u R3.2.1 電阻元件1、電阻元件上的電壓、電流關(guān)系 iR u電壓、電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為： 由兩式可推出，電阻元件上電壓、電流的相位上存在同相關(guān)系；數(shù)量上符合歐姆定律，即：3.2 單一參數(shù)的正弦交流電路I =U R2. 功率 （1）瞬時(shí)功率 p瞬時(shí)功率用小寫(xiě)！則結(jié)論：1. p隨時(shí)間變化； 2. p0,為耗能元件。uip=UI-UIcos2 ttUIUIcos2 tuip2.平均功率（有功功率）P (一個(gè)周期內(nèi)的平均值) 由可得P = UI求：“220V、100W”和“220V、40W”燈泡的電阻？平均功率用大寫(xiě)！ 解顯然，電阻負(fù)載在相同電壓下工作，功率與其阻值

7、成反比。 平均功率代表了電路實(shí)際消耗的功率，因此也稱之為有功功率。例安(A)韋伯(Wb)亨利(H)自感系數(shù)L=iN 在圖示 u、i 、e 假定參考方向的前提下，當(dāng)通過(guò)線圈的磁通或 i 發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為: L稱為自感系數(shù)或電感。線圈匝數(shù)越多，電感越大；線圈單位電流中產(chǎn)生的磁通越大，電感也越大。3.2.2 電感元件1、自感系數(shù)和電磁感應(yīng) L+uieL+ui2. 電感元件上的電壓、電流關(guān)系 設(shè)通過(guò)L中的電流為 則L兩端的電壓為 由式可推出L上電壓與電流之間在相位上存在90的正交關(guān)系，且電壓超前電流。電壓電流之間的數(shù)量關(guān)系：ULm=ImL=ImXL其中XL是電感電抗，簡(jiǎn)稱感抗，單位是

8、歐姆。 由于L上u、i 為動(dòng)態(tài)關(guān)系，因此L 是動(dòng)態(tài)元件。L+ui電感元件的電壓電流有效值關(guān)系為 XL=2f L=L，雖然式中感抗和電阻類(lèi)似，等于元件上電壓與電流的比值，但它與電阻有所不同，電阻反映了元件上耗能的電特性，而感抗則是表征了電感元件對(duì)正弦交流電流的阻礙作用，這種阻礙作用不消耗電能，只能推遲正弦交流電流通過(guò)電感元件的時(shí)間。感抗與哪些因素有關(guān)？XL與頻率成正比；與電感量L成正比。直流情況下感抗為多大？直流下頻率f =0，所以XL=0。L 相當(dāng)于短路。3. 電感元件的功率 u（1）瞬時(shí)功率 p則ip=ULIsin2 ttu i 同相,吸收電能;儲(chǔ)存磁能;p 0u i 反相,送出能量;釋放磁

9、能;p 0u i 反相,送出能量;釋放磁能;p 0u i 反相,送出能量;電容放電;p 0u i 反相,送出能量;電容放電;p 0電容元件和電感元件相同，只有能量交換而不耗能，因此也是儲(chǔ)能元件。結(jié)論：p為正弦波，頻率為ui 的2倍；在一個(gè)周期內(nèi)，C充電吸收的電能等于它放電發(fā)出的電能。電容元件也不耗能?。?）有功功率P=0，無(wú)功功率 QL反映了電感元件與電源之間能量交換的規(guī)模。（3） 無(wú)功功率QC（單位為乏爾Var）問(wèn)題與討論1. 電容元件在直流、高頻電路中如何？2. 電感元件和電容元件有什么異同？直流時(shí)C相當(dāng)于開(kāi)路，高頻時(shí)C相當(dāng)于短路。 L和C上都存在相位正交關(guān)系，所不同的是L上電壓超前電流，C上電流超前電壓，二者具有對(duì)偶關(guān)系： L和C都是儲(chǔ)能元件；直流情況下C相當(dāng)開(kāi)路；L相當(dāng)于短路。想想 練練1.電阻元件在交流電路中電壓與電流的相位差是多少？ 判斷下列表達(dá)式的正誤。2.純電感元件在交流電路中電壓與電流的相位差是多少？ 感抗與頻率有何關(guān)系？判斷下列表達(dá)式的正誤。3.純電容元件在交流電路中電壓與電流的相位差是多少？ 容抗與頻率有何關(guān)系？判斷下列表達(dá)式的正