第3章-正弦交流電路的基本概念課件

1、深刻理解正弦量的三要素、相位差、有效值等概念與物理意義，并會求解計算。深刻理解正弦交流電路中電阻、電感和電容的伏安關系；了解參考正弦量的意義及應用；了解感抗頻率特性與容抗頻率特性。 本章學習要求 第3章 正弦交流電路的基本概念3.1 正弦量的三要素3.2 正弦交流電阻電路 3.3 正弦交流電感電路 3.4 正弦交流電容電路 本章大綱3.1 正弦量的三要素 在電路中，電壓、電流的大小和方向都不隨時間變化的電流稱為直流電，電壓、電流的大小和方向隨時間變化的電流稱為交流電。中圖（a）所示為穩(wěn)恒直流電流，圖（b）所示為波動直流電流，圖（c）所示為正弦交流電流，圖（d）所示為非正弦交流電流。 圖2-1

2、電流的變化曲線 正弦交流電在變化過程中任一瞬間所對應的數值稱為瞬時值，用小寫字母e、u、i表示。瞬時值中最大的數值稱為正弦交流電的幅值或最大值，用大寫字母加下標“m”（maximum）表示，如Em、Um、Im。在交流電路中，一般所講的電壓或電流的大小都是指有效值。例如最常見的供電電壓220V就是有效值。 交流電在任何瞬間的數值都不能代表整個交變量的大小，其大小只能用它的有效值來表示。交流電的有效值就是同它的熱效應相等的直流值，如對同一個電阻R，在相同的時間內，某交流電通過它所產生的熱量與另一直流電通過它所產生的熱量相等，則這一直流電的數值就是該交流電的有效值。有效值用大寫字母表示，如E、U、I

3、。 1 幅值與有效值正弦量完整變化一周所需的時間，稱為周期，用T表示，單位是秒（s）。每秒內變化的周數稱為頻率，用f表示，單位是赫茲，簡稱赫（Hz），常用的單位還有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。很多國家包括我國，都采用50Hz作為電力系統(tǒng)的供電頻率。有些國家如美國、日本等采用60Hz。這種供電頻率稱為工業(yè)頻率，簡稱工頻。2 周期和頻率交流電的有效值為I=正弦電壓有效值為U=0.707Um3 相位、初相位、 相位差相位在不同的時刻，對應不同的相位，就有不同的電流值。初相位在t=0時的相位稱為初相位，簡稱初相，它決定了正弦量的初始值。一般初相位用180180，或者來表示，如果不在這個范圍內，則應

4、通過恰當地轉化變成這個范圍內。當正弦波形的起始點在時間原點0的左側時，初相位為“+”；當正弦波形的起始點在時間原點0的右側時，初相位為“”；當正弦波形的起始點與時間原點0重合時，初相位為零。相位差2個同頻率的交流電的相位角之差稱為它們的相位差。事實上，2個交流電的相位差等于它們的初相差。3.2 正弦交電阻電路 由白熾燈、電烙鐵和電阻器等組成的交流電路都可近似看成是純電阻電路。在這些電路中，當外加電壓一定時，影響電流大小的主要因素是電阻R的值。設加在電阻兩端的電壓為 電阻電流仍可用歐姆定律來計算 1、電阻元件上電壓與電流的關系其中 2、電阻元件的功率在任一瞬間，電阻中電流瞬時值與同一瞬間電阻兩端

5、電壓瞬時值的乘積，稱為電阻吸收的瞬時功率 瞬時功率的曲線 由于電流和電壓同相，所以在任一瞬間功率的數值都是正值或等于零，這就說明電阻總是要消耗功率的，是耗能元件。 由于瞬時功率不便于計算，用處也不大，所以通常用電阻在交流電的一個周期內瞬時功率的平均值來表示功率的大小，叫做平均功率。例如電燈泡的功率為100W，就是指平均功率。平均功率用大寫字母P表示，單位仍是瓦（W）。 電壓、電流用有效值表示時，平均功率P的計算方法與直流電路相同，即3.3 正弦交流電感電路 電感的文字符號用L表示 圖形符號電感反映了電能轉換為磁能，即電流建立磁場的物理本質。磁通與電流i之間的方向符合右螺旋法則 當線圈中的電流發(fā)

6、生變化時，它產生的磁通也變化，根據電磁感應定律，在線圈兩端將有感應電動勢產生。規(guī)定感應電動勢的方向與電流的方向一致，即與eL的方向也符合右螺旋法則，則1、電感元件 電感的電壓u與電流i的伏安關系為積分關系為電感元件兩端的電壓與通過它的電流的變化率成正比。只有當電流變化時，電感元件兩端才有電壓。若電感元件中通過的電流是直流，電感元件兩端的電壓為零，所以電感元件對直流可視為短路。電感元件是一種儲能元件。當通過電感的電流上升時，電感將電能變?yōu)榇拍軆Υ嬖诖艌鲋?；當通過電感的電流減小時，電感將儲存的磁能變?yōu)殡娔茚尫沤o電源。因而當通過電感的電流發(fā)生變化時，電感只進行著電能與磁能的轉換，電感本身不消耗能量。

7、 2、正弦交流電感電路由電阻很小的電感線圈組成的交流電路，可近似地看成是純電感電路 設電感L中流過的電流為iL = ILm sint 其中ULm = LILm可得，當電壓一定時，L越大，電感中的電流越小，L具有阻止電流通過的性質，稱為感抗，用XL表示，即XL = L = 2fLXL的單位為歐（）。 3.4 正弦交流容電路 1、電容元件電容的文字符號用C表示圖形符號在電容元件兩端加上電壓u，電容即被充電并建立電場。設極板上所帶的電荷為q，則電容的定義為根據電流的定義得電容上電壓與電流的關系為 積分關系為 電容也是一種儲能元件。當其兩端電壓上升時，電容將電能儲存在電場中；當電壓減小時，電容將儲存的能量釋放給電源。電容通過其兩端電壓的變化進行能量的轉換。電容本身不消耗能量電容元件在任一瞬間的儲能可用下式計算 電容元件的電流與其兩端電壓的變化率成正比，只有電壓變化時，電容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，