《電工技術(shù)基礎(chǔ)》中文課件 項(xiàng)目2正弦交流電路的測(cè)試分析任務(wù)1

白熾燈電路元件參數(shù)的測(cè)試分析電工技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目2任務(wù)1任務(wù)導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)鏈接練習(xí)思考工作任務(wù)正弦交流電路的測(cè)試分析2任務(wù)導(dǎo)入蜘蛛依靠什么判斷網(wǎng)的振動(dòng)是由昆蟲引起的而不是由風(fēng)引起的？蜜蜂扇動(dòng)翅膀的聲音“嗡嗡”響，為什么蝴蝶翅膀扇動(dòng)時(shí)的聲音人們聽不到？家庭電路中的白熾燈使用交流電，交流電大小方向時(shí)刻在變化，為什么白熾燈看起來(lái)不會(huì)忽明忽暗，衡量交流電好壞的主要指標(biāo)有哪些，交流電大小和方向是按照什么樣的規(guī)律進(jìn)行變化的，這些時(shí)刻變化的電流和電壓如何用一個(gè)恒定不變的值去描述它們，更進(jìn)一步的講，這些時(shí)刻變化的量之間如何進(jìn)行運(yùn)算呢？返回學(xué)習(xí)目標(biāo)1理解正弦交流電的概念。23掌握使用交流電壓表、交流電流表、功率表測(cè)量交流電路及分析交流電路。能夠分析電阻、電容、電感等元件在交流電路中的阻抗性質(zhì)。返回4學(xué)會(huì)分析、計(jì)算元件參數(shù)。工作任務(wù)返回教師使用Multisim軟件按照左圖連接白熾燈實(shí)驗(yàn)電路。uS為實(shí)驗(yàn)用電源、R1為220V/2kΩ電阻、C1為450V/20μF電容，L1為3A/2H線繞電感，HL1、HL2、HL3為220V/25W白熾燈，當(dāng)uS為直流220V電源時(shí)，閉合開關(guān)S觀察三個(gè)燈的情況，并測(cè)量各元件兩端電壓；當(dāng)uS為工頻220V交流電源時(shí)，閉合開關(guān)S觀察三個(gè)燈的情況，并測(cè)量各元件兩端電壓，使用數(shù)字示波器一個(gè)通道測(cè)量A點(diǎn)和B點(diǎn)間波形，觀察工頻電的周期、頻率和最大值，使用兩個(gè)通道同時(shí)測(cè)量A、C和C、B兩點(diǎn)間波形，比較觀察波形變化趨勢(shì)是否一致，使用兩個(gè)通道同時(shí)測(cè)量A、D和D、B兩點(diǎn)間波形，比較觀察波形變化趨勢(shì)是否一致，使用兩個(gè)通道同時(shí)測(cè)量A、E和E、B兩點(diǎn)間波形，比較觀察波形變化趨勢(shì)是否一致。工作任務(wù)返回直流220V電源作用下，三個(gè)燈的變化情況選用串聯(lián)元件功率要合適，防止燒毀！工作任務(wù)返回交流220V電源作用下，三個(gè)燈的變化情況選用串聯(lián)元件功率要合適，防止燒毀！工作任務(wù)返回電阻元件的“直流電阻”和“交流電阻”有區(qū)別嗎？電容的“直流電阻”和“交流電阻”一樣嗎？直流電路中電容阻值認(rèn)為無(wú)窮大，交流電路中有一個(gè)確定的非無(wú)窮大的值。電感的“直流電阻”和“交流電阻”一樣嗎？直流電路中電感阻值認(rèn)為為零，交流電路中有一個(gè)確定的非零的值。工作任務(wù)返回電阻電容電感交流電反應(yīng)工作任務(wù)返回基本元件電阻電容電感直流和交流電路中阻值一樣直流阻值無(wú)窮大交流阻值非無(wú)窮大直流阻值為零交流阻值非為零工作任務(wù)返回交流220V電源作用下，三個(gè)燈的變化情況選用串聯(lián)元件功率要合適，防止燒毀！工作任務(wù)返回交流220V電源作用下，三個(gè)燈的變化情況三角函數(shù)波形圖，還熟悉嗎？波峰即幅值返回幅值、角頻率和初相位是正弦交流電的三要素。在直流電作用下電容的容抗為無(wú)窮大，電感的感抗為零，在交流電作用下電容的容抗和頻率成反比，電感的感抗和頻率成正比。工作任務(wù)【總結(jié)與提升】在交流電路中，純電感兩端的電壓相位超前流過電感的電流相位90°，純電容兩端的電壓相位滯后流過電容電流相位90°，分析研究交流電路時(shí)刻要關(guān)注相位變化對(duì)交流電路影響。感壓超流90°，容壓滯后流90°。返回電阻：R，單位：Ω感抗：XL，單位：Ω容抗：XC，單位：Ω工作任務(wù)【總結(jié)與提升】感正容反感壓超流；容流超壓。返回工作任務(wù)【總結(jié)與提升】闖哥第二定律：感正壓超流90度；容反流超壓90度。知識(shí)鏈接---2.1交流電基本概念與交流電的運(yùn)算1．正弦量概念2.1.1正弦交流電路基本概念返回隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電流（電壓、電動(dòng)勢(shì)）統(tǒng)稱為正弦電量，或稱為正弦交流電，有時(shí)又簡(jiǎn)稱為交流電（AC）。幅值（也稱為振幅或者最大值）、角頻率、初相位為正弦量的三要素。2．周期、頻率、角頻率2.1.1正弦交流電路基本概念返回周期指正弦電量變化一周所需的時(shí)間，用大寫字母T表示，單位為秒（s）。頻率指正弦電量單位時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)，用小寫字母f表示，單位為赫茲（Hz），頻率和周期互為倒數(shù)。角頻率，它表示在單位時(shí)間內(nèi)正弦電量變化的弧度數(shù)，它是反映正弦電量變化快慢的物理量，其單位是弧度/秒（rad/s）。2．周期、頻率、角頻率2.1.1正弦交流電路基本概念返回我國(guó)工業(yè)和民用電的頻率為f=50Hz（稱為工頻），其周期T=1/50s=0.02s，角頻率為：100πrad/s。3．相位、初相位、相位差2.1.1正弦交流電路基本概念返回把正弦電量在任意瞬間的電角度（

）稱為相位。正弦電量在任意瞬間的變化狀態(tài)是由該瞬間的電角度決定的。當(dāng)t=0時(shí)，相位角為ψ，稱為初相位，簡(jiǎn)稱初相。相位差就是兩個(gè)同頻率的正弦量的相位之差，用字母φ表示。相位差φ=0°表示兩個(gè)正弦量同相，若相位差φ=180°表示兩個(gè)正弦量反相。2.1.1正弦交流電路基本概念返回同相反相3．相位、初相位、相位差3．相位、初相位、相位差2.1.1正弦交流電路基本概念返回【例題】?jī)蓚€(gè)同頻率的正弦電壓和電流分別為：

，

，求它們之間的相位差，并說明哪個(gè)超前。因此，相位差為：所以電壓超前電流40?。3．相位、初相位、相位差2.1.1正弦交流電路基本概念返回【例題】?jī)蓚€(gè)同頻率的正弦電壓和電流分別為：

，

，求它們之間的相位差，并說明哪個(gè)超前。解：求相位差要求兩個(gè)正弦量的函數(shù)形式必須一致，所以首先要將電流i改寫成正弦函數(shù)形式：因此，相位差為：所以電流超前電壓50?。4．瞬時(shí)值、最大值、有效值2.1.1正弦交流電路基本概念返回正弦電量的瞬時(shí)值是隨時(shí)間變化的量。通常以小寫字母e、u、i分別表示電動(dòng)勢(shì)、電壓和電流的瞬時(shí)值。正弦電量瞬時(shí)值中的最大值稱為正弦量的最大值或幅值。最大值一般用大寫字母加下標(biāo)m來(lái)表示，如Em、Um、Im等。4．瞬時(shí)值、最大值、有效值2.1.1正弦交流電路基本概念返回直流電流和交流電流分別通過阻值完全相同的電阻，如果在一定時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)電阻產(chǎn)生的熱量相等，這個(gè)直流電流的值就是交流電流的有效值。通常用E、U、I分別表示交流電的電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的有效值。正弦電壓的有效值和最大值之間的關(guān)系為：2.1.1正弦交流電路基本概念返回交流基本概念三要素三兄弟三姐妹幅值、角頻率、初相位瞬時(shí)值萬(wàn)用表直流檔測(cè)平均值，交流檔有效值。2.1.1正弦交流電路基本概念返回Ti

t

0

Im??????2.1.1正弦交流電路基本概念返回

ti2i10φ??2.1.2正弦量相量表示法返回1．復(fù)數(shù)概念與運(yùn)算用相量表示正弦量，其基礎(chǔ)是用復(fù)數(shù)表示正弦量。一個(gè)復(fù)數(shù)是由實(shí)部和虛部組成的。復(fù)數(shù)有多種表示形式，常見的有代數(shù)形式、指數(shù)形式、三角函數(shù)形式和極坐標(biāo)形式。這個(gè)圖還熟悉嗎數(shù)學(xué)中復(fù)數(shù)虛部用i，因電工學(xué)中i表示電流，所以用j代替了i。2.1.2正弦量相量表示法返回復(fù)數(shù)在直角坐標(biāo)系上代數(shù)形式為：復(fù)數(shù)的極坐標(biāo)形式：

復(fù)數(shù)的三角形式：

r是復(fù)數(shù)的模，ψ是輻角，三角形式和代數(shù)形式之間相互變換關(guān)系為：復(fù)數(shù)的三角形式：

復(fù)數(shù)的極坐標(biāo)形式：

復(fù)數(shù)的指數(shù)形式：

1．復(fù)數(shù)概念與運(yùn)算2.1.2正弦量相量表示法返回復(fù)數(shù)的代數(shù)形式：

復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算應(yīng)用代數(shù)形式較為方便；復(fù)數(shù)的乘除運(yùn)算應(yīng)用指數(shù)或極坐標(biāo)形式較為方便。2.1.2正弦量相量表示法返回復(fù)數(shù)的加減運(yùn)算應(yīng)用代數(shù)形式或三角函數(shù)形式較為方便；復(fù)數(shù)的乘除運(yùn)算應(yīng)用指數(shù)或極坐標(biāo)形式較為方便?！纠?-1-4】已知復(fù)數(shù)

，

，求復(fù)數(shù)運(yùn)算：A+B，A-B，A·B，A/B。解：2.1.2正弦量相量表示法返回為什么要用復(fù)數(shù)表示正弦交流量？三要素表示變成兩要素表示！成功實(shí)現(xiàn)降維，降低計(jì)算量！2.1.2正弦量相量表示法返回為什么可以降維？？因?yàn)殡娋W(wǎng)頻率相同，所以可以把正弦交流量看成旋轉(zhuǎn)矢量??！旋轉(zhuǎn)矢量的起始位置就是交流電初始值，旋轉(zhuǎn)角速度就是交流電角頻率??！2.1.2正弦量相量表示法返回復(fù)數(shù)是數(shù)學(xué)通用語(yǔ)言如何使用電工通用的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)呢？？2．相量與相量圖2.1.2正弦量相量表示法返回相量：用正弦量起始位置復(fù)數(shù)對(duì)應(yīng)矢量來(lái)表示正弦量。正弦量有幅值相量和有效值相量?jī)煞N形式。

同頻率的正弦量之間的相位差等于初相之差，其相量才能畫在同一復(fù)平面上，稱為相量圖。2．相量與相量圖2.1.2正弦量相量表示法返回相量的加減運(yùn)算滿足數(shù)學(xué)上矢量的平行四邊形法則，應(yīng)注意的是減一個(gè)相量可以看成加一個(gè)相量的反相相量。2．相量與相量圖2.1.2正弦量相量表示法返回【例2-1-5-P71】寫出下列正弦量的相量形式：解：有效值相量如下：

思考：請(qǐng)同學(xué)們寫出幅值相量形式？

2.1.2正弦量相量表示法返回在運(yùn)用相量法對(duì)正弦交流電進(jìn)行計(jì)算中應(yīng)注意：（1）只有正弦量才能運(yùn)用相量表示，非正弦量不可以；（2）畫在一張相量圖上的必須是同頻率的正弦量；（3）通常設(shè)直角坐標(biāo)軸的水平正方向?yàn)榻嵌葏⒖挤较?，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為正，反之為負(fù)；（4）用相量表示正弦交流電后，它們的加減乘除運(yùn)算與復(fù)數(shù)運(yùn)算方式一致。2.1.2正弦量相量表示法返回2

+j-j2O+j2-3=290°=2-90°=3180°=20°2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回阻性感性容性怎么理解？正弦交流電通過不同元件時(shí)電壓和電流的相位不是一直同相位的原因是什么呢？？2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回

R

1．純電阻元件的交流電路

1．純電阻元件的交流電路

1）電壓與電流關(guān)系2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回流過電阻元件的電流和其兩端的電壓是同頻率的正弦量。電壓和電流的關(guān)系如下：

時(shí)域形式

相量形式

（1）數(shù)值關(guān)系

（2）相量關(guān)系

電壓和電流同相位

1．純電阻元件的交流電路2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回pi

uO

pOiu1．純電阻元件的交流電路2）功率2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回電阻瞬時(shí)功率是隨時(shí)間變化的，瞬時(shí)功率p≥0，所以電阻元件是耗能元件。工程上所說的功率指的是瞬時(shí)功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，稱為平均功率，用大寫字母P表示，平均功率又稱有功功率。電阻有功功率：1．純電阻元件的交流電路2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回【例2-1-7】有一個(gè)阻值R=2kΩ的電阻絲，通過電阻絲的電流為

，求電阻絲兩端的電壓uR、UR及其消耗的功率PR。解：電流有效值：電壓有效值：有功功率：2．純電感元件的交流電路1）電壓與電流關(guān)系2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回?cái)嗦菲鳛槭裁床惶l？總結(jié)返回基本元件電阻電感電容直流和交流電路中阻值一樣感正壓超流90度容反流超壓90度2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回當(dāng)電路中的負(fù)載是電阻很小的線圈時(shí)，此時(shí)的電路即為純電感電路。i

L+

u

-

i

uOui2．純電感元件的交流電路1）電壓與電流關(guān)系2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回電感元件中電流與其兩端的電壓都是同頻率的正弦量。電壓和電流的關(guān)系如下：

時(shí)域形式

相量形式

（1）數(shù)值關(guān)系

（2）相量關(guān)系

電壓相位超前電流90°。2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回pi

uO

pOiup<0+p>0+p>0p<02．純電感元件的交流電路2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回總結(jié)返回基本元件電阻電容電感直流和交流電路中阻值一樣容反流超壓90度感正壓超流90度2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回2．純電容元件的交流電路2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回電容是一個(gè)儲(chǔ)能元件，具有充放電特性。iωtuOiui

C+

u

-

2．純電容元件的交流電路1）電壓與電流關(guān)系2.1.3單一參數(shù)的交流電路返回電容元件中電流與其兩端的電