M3-电工基础-第3章-交流电路PPT课件

1、1 第三章第三章 交流电路交流电路 2 3 4 tIi sin m I Im m 2 T i t O 5 npf 60 np f 6 t O f T 1 7 f T 2 2 8 )(sin m0 tUu设正弦量设正弦量: 1 u 1 tu0 x y O m U 0 u t O 0 9 1.1.峰值：正、负最大值称之为峰值。峰值：正、负最大值称之为峰值。 2.2.峰峰值：在正峰值与负峰值之间的总值峰峰值：在正峰值与负峰值之间的总值 3.3.瞬时值：任一时刻的正弦值称为瞬时值。瞬时值：任一时刻的正弦值称为瞬时值。 4.4.有效值：能够产生同样电能的直流量。有效值：能够产生同样电能的直流量。 插入图

2、3.1-6 10 例1： 一个应急发电机内由8个磁极，发电机转速为 750r/min,额定输出电压是220v。计算： 1.发电机发出的交流电的频率；2.角频率；3.周期； 4.峰值电压。 解： V U U UU s f T sradf Hz s s npf eff p peff 311 707. 0 707. 0)4 02. 0 1 )3 3145014. 322)2 50 1 50 min 60min 7504 min 1 7504) 1 11 不同波形有效值与最大值之间的关系 插入表3.1-1 12 R U P RIP IUP eff eff effeff 2 2 电阻上的电阻上的 有功功

3、率有功功率 13 )sin( 1m tUu 如：如： )()( 21 tt 21 若若0 21 u i u i t O )sin( 2 tIi m 1 2 14 90 21 90 0 21 0 21 180 21 ui t u i O ui t u i 90 O ui t u i O t u i ui O 15 图3.1-11和3.1-12 16 u t u t 17 18 设设 tUusin m R U I 根据欧姆定律根据欧姆定律: iRu t R U2 R tU R u isin sin m tI2tIsinsin m 0 iu 相位差相位差 ： I U 相量图相量图 R i u + _

4、 相量式：相量式： 0II RIUU 0 19 iup 瞬时功率瞬时功率 p：将任意时刻的功率称为瞬时功率。将任意时刻的功率称为瞬时功率。 等于等于瞬时电压与瞬时电流的乘积瞬时电压与瞬时电流的乘积 。 tIU 2 mm sin )2cos(1 2 1 mm tIU 结论结论: （耗能元件）（耗能元件）, ,且随时间变化。且随时间变化。0p tUu tIi sin2 sin2 p i t u O t p O i u 20 TT tiu T tp T P 00 d 1 d 1 UIttUI T T 0 )dcos2(1 1 ttIU T T d)2cos(1 2 11 0 mm IUP 单位单位:

5、瓦（瓦（W） 2 RI P R U 2 R i u + _ p p t O 21 )90(sin2 tLI 基本基本关系式：关系式： U =I L 90 iu 相位差相位差 90 t i Leu L d d 设：设： tIisin2 i u + - eL + - L t tI Lu d )sind( m )90(sin2tU u t u i i O 22 )90(sin2tLIu tIisin2 L U I L XIU 则则: : 电感电感L具有通直阻交的作用具有通直阻交的作用 f = 0, XL =0，电感，电感L视为视为短路短路 LfLXL2 fLXL2 L IU f XL 23 LfLX

6、 L 2 L X )(jj L XILIU fL U I 2 U I 相量图相量图 90IU 超前超前 )90(sin2tLIu tIisin2根据：根据： 0II 9090LIUU L I U I U j90 则：则： L XI, fO 24 0d)(2sin d 1 o o ttUI T 1 tp T P T T )90(sinsin mm ttIUuip tUI2sin t IU ttIU2sin 2 cossin mm mm )90(sin2tLIu tIisin2 25 p 0 分析：分析：瞬时功率瞬时功率 ：uiptUI2sin u i + - u i + - u i + - u

7、i + - + p 0 p 0 p 0 p XC 时时， 0 ，u 超前超前 i 呈呈感性感性 当当 XL XC 时时 ， 0 感性感性) XL XC 由电压三角形可得由电压三角形可得: cosUU R sinUU x U R U CL UU X U C U I R U ( 0 容性容性) XL 0 感性感性) XL XC 由电压三角形可得由电压三角形可得: cosUU R sinUU x U R U CL UU X U C U I R U ( 0 容性容性) XL XC C U L U CL UU U R jXL -jXC R U + _ L U + _ C U + _ U + _ I 45

8、 由相量图可求得由相量图可求得: R XX XXRZ CL CL arctan )( 22 ZI XRI XXRI UUUU CL CLR )( )( 22 22 2 2 由阻抗三角形：由阻抗三角形： cosZR sinZX U R U CL UU X U Z R CL XXX 46 U ZZ Z U 21 2 2 Z U I 分压公式：分压公式： 21 ZZZ 对于阻抗模一般对于阻抗模一般 21ZZZ 注意：注意： IZZ IZIZUUU )( 21 2121 U ZZ Z U 21 1 1 + U Z - I + U 1 U 2 U 1 Z 2 Z + - - + - I 通式通式: kk

9、k XRZZj 47 21 21 Z U Z U III I ZZ Z I 21 1 2 21 21 ZZ ZZ Z Z U I 对于阻抗模一般对于阻抗模一般 21 111 ZZZ 21 111 ZZZ + U 1 Z - I 2 Z 1 I 2 I + U Z - I I ZZ Z I 21 2 1 通式通式: k 11 ZZ 48 例题：见教材。 49 22 QPSUI S P S Q P Q tg cos sin sin cos UIQ UIP R CL XX Z R U U CL UU S Q P 50 t It Uiupsin)(sin mm )(sin sin m m t Uu t

10、 Ii 设：设： R L C R u + _ L u + _ C u + _ u + _ i =UmIm1/2cos-1/2cos(2t+ ) =UIcos -UIcos(2 t+ ) 51 cosUIP 所所以以 cos )d(2coscos 1 d 1 0 0 UI ttUIUI T tp T P T T 单位单位: W 总电压总电压 总电流总电流 u 与与 i 的夹角的夹角 coscos 称为功率称为功率 因数，用来衡因数，用来衡 量对电源的利量对电源的利 用程度。用程度。 52 单位：单位：var sinUIQ 总电压总电压 总电流总电流 u 与与 i 的夹角的夹角 根据电压三角形可得

11、：根据电压三角形可得： RIIUUIP R 2 cos 电阻消耗电阻消耗 的电能的电能 )()( 2 CLCLCL XXIIUUIUIUQ 根据电压三角形可得：根据电压三角形可得： U R U X U 电感和电电感和电 容与电源容与电源 之间的能之间的能 量互换量互换 53 电路中总电压与总电流有效值的乘积。电路中总电压与总电流有效值的乘积。 2 IZUIS单位：单位：VA 注：注： SNUN IN 称为发电机、变压器称为发电机、变压器 等供电设备等供电设备 的容量，可用来衡量发电机、变压器可能提供的最的容量，可用来衡量发电机、变压器可能提供的最 大有功功率。大有功功率。 22 QPS QPS

12、 54 插入图3.2-20和3.2-21 55 56 IU 、同相同相 由定义，谐振时：由定义，谐振时： 或：或： C L o o 1 0arctan R XX CL 即即 谐振条件：谐振条件： CL XX 2.串联谐振电路串联谐振电路 R L C R u + _ L u + _ C u + _ u + _ i 根据谐振条件：根据谐振条件： C L o o 1 57 LC 1 0 LC f 2 1 0 或或 或：或： Cf Lf 0 0 2 1 2 可得可得为：为： RCR L U U U U Q CL 0 0 1 令：令： 表征串联谐振电路的谐振质量表征串联谐振电路的谐振质量Q 58 )1-

13、( )( 22 CLR U Z U I 0 I Q大大 Q小小 0 I分析：分析： R L Q 0 谐振电流谐振电流 R U I 0 f 0 f 0 Z IZ , R 0 I 59 : 0 f谐振频率谐振频率 : 2 f 下限截止频率下限截止频率: 1 f Q大大 选择性越好，抗干扰能力选择性越好，抗干扰能力 越强。越强。 Q小小 0 I f = 21 当电流下降到当电流下降到0.707Io时所对应的上下限频率之时所对应的上下限频率之 差，称差，称通频带通频带。即：即： 0 0.707 I 1 f 2 f 0 I 0 f f 60 令：令： 是个没有单位的比值。是个没有单位的比值。Q f f

14、Q 0 61 62 C + 1U + 2 U R RC f g 2 1 63 + 1U + 2 UR L R f g 2 64 C R + 1U + 2 U RC f g 2 1 65 + 1U + 2 U R L R f g 2 66 67 R2 R1 C1 C2 + 1U + 2 U 68 R2 R1 C1 C2 + 1U + 2 U 69 1.对称三相电压及其特点：对称三相电压及其特点： 70 + eAeBeC X AB Y C Z + + + _ _ ee AX 定子定子 转子转子 Z A X Y N S C - + B 71 铁心铁心（作为导磁路经）（作为导磁路经） 三相绕组三相绕组

15、 : 直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁 定子定子 转子转子 发电机结构发电机结构 tEe sin mA )120sin( mB tEe )120sin( mC tEe EEE 0 A ) 2 3 j 2 1 (120 B EEE ) 2 3 j 2 1 (120 C EEE 72 e 0 eAeBeC 2 120 240 360 t EB EA . . 120 120 120 EC . tEe sin mA )120sin( mB tEe )120sin( mC tEe EEE 0 A 120 B EE 120 C EE 73 对称三相电动势的瞬时值之和为对称三相电动势的瞬时值之和为 0 0

16、CBA eee即：即： 0 CBA EEE 或或 三个正弦交流电动势满足以下特征三个正弦交流电动势满足以下特征 74 BAAB UUU CBBC UUU ACCA UUU 由相量图可得由相量图可得 30 B U AB U A U C U B U A X Y Z N B C eA + eC + eB + C U + + B U + A U AB U + + BC U + CA U 303 AAB UU 303 P U 30 L U 2.对称三相电路（星形联接）：对称三相电路（星形联接）： 75 中性点中性点 CBA UUU 、 CABCAB UUU 、 、Up C U + + B U + A U

17、 、Ul X Y Z N B C A eA + eC + eB + AB U + + BC U + CA U 76 p 相电压相电压线电压线电压 时时结结结论：电源结论：电源形联形联 UUl 且且超超线线电电压压形形联联结结时时结结论论：电电源源,3,Y P UUl 。三三相相线线电电压压也也是是对对称称的的前前相相应应的的相相电电压压 ,30 + + + B A C AB U CA U BC U BC U 90903303 LPBBC UUUU 1501503303 LPCCA UUUU 77 相量图相量图 I BC I AB I U BC U AB U CA 30 A I CA I I B

18、 I C + + + B A C AB U CA U BC U BC U 78 79 C 三相四线制三相四线制 380/220380/220伏伏 额定相电压为额定相电压为 220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电压为额定线电压为 380伏的三相负载伏的三相负载 80 N I CBA III 、 a I + ZB ZC ZA A U B U C U + + A I B I C I N 电源中性点电源中性点N 负载中性点负载中性点 81 PL 3UU PL II Y 联结时：联结时： CBAN IIII C C C B B B A A A Z U I Z U I Z U I A I B I C I

19、 N I a I + ZB ZC ZA A U B U C U + + 82 负载对称时负载对称时,中性线无电流中性线无电流, 可省掉中性线。可省掉中性线。 0 CBAN IIII 中线电流中线电流 CBA ZZZ 因因为为三三相相电电压压对对称称，且且 所以负载对称时，所以负载对称时，三相电流也对称。三相电流也对称。 P 3 L UU 负负载载对对称称无无中中性性线线时时 负载对称时，负载对称时， 只需计算一相电只需计算一相电 流，其它两相电流，其它两相电 流可根据对称性流可根据对称性 直接写出。直接写出。 A I B I C I N I + ZB ZC ZA A U B U C U + +

20、 A15010 A9010 A3010 C B A I I I 可可知知： 如如： 83 例例1 1： N + + + B I C I A I N I A U B U C U N RA RB RC A C B 若若RA=RB= RC = 5 ，求线电流及中性线电，求线电流及中性线电 若若RA=5 , RB=10 , RC=20 ,求线电流及求线电流及 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电 源线电压源线电压 。 负载为负载为V)30314sin(2380 AB tu 电灯组，电灯组， 流流 IN ; 中性线电流中性线电流 IN 。 84 中性线电流中性

21、线电流 0 CBAN IIII 解：解： 已知：已知：V30380 AB U N + + + B I C I A I N I A U B U C U N RA RB RC A C B V0220 A U A044A 5 0220 A A A R U I (1) 线电流线电流 三相对称三相对称 A12044 B I A12044 C I 85 (2) 三相负载不对称三相负载不对称（RA=5 、RB=10 、RC=20 ） 分别计算各线电流分别计算各线电流 中性线电流中性线电流 A12011A 20 120220 C C C R U I A12022A 10 120220 B B B R U I

22、A1929 A12011A12022A044 CBAN IIII A044A 5 0220 A A A R U I 86 可见：可见： 1. 不对称三相负载做星形联结且无中性线时不对称三相负载做星形联结且无中性线时, 三相三相 负载的相电压不对称。负载的相电压不对称。 2. 照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电 方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。方式，且中性线上不允许接刀闸和熔断器。 87 负载三角形联结的三相电路负载三角形联结的三相电路 CBA III 、 AB I BC I CA I ZAB ZBC ZCA A C B + + + CA

23、U AB U BC U BC I AB I CA I A I B I C I 88 (2) 相电流相电流 AB AB AB Z U I BC BC BC Z U I CA A CA Z U I C (1) 负载相电压负载相电压=电源线电压电源线电压 即即: UP = UL 即即 ZAB ZBC ZCA A C B + + + CA U AB U BC U BC I AB I CA I A I B I C I 相电流：相电流： CABCAB III 、 线电流：线电流： CBA III 、 89 相量图相量图 I BC I AB I U BC U AB U CA 30 负载对称时负载对称时, A

24、 I CA I I B I C (3) 线电流线电流 。3030且落后相应的相电流且落后相应的相电流 (相电流),(相电流),3 3线电流线电流 联接时联接时对称负载对称负载 : :结论结论 P IIl 由相量图可求得由相量图可求得 CAABA III ABBCB III BCCAC III Z U IIII P PCABCAB R X arctan CABCAB l IIII CBA PP 330cos2IIIl 90 负载的额定电压负载的额定电压 = 电源的线电压电源的线电压 应作应作 联结联结 负载的额定电压负载的额定电压 = 电源线电压电源线电压 3 1 应作应作 Y 联结联结 91

25、ll IIUU 3 1 , pp 对称负载对称负载 联结时：联结时： PPPP cos3cos3 llI UIUP 同理同理 pppp sin3 sin3 llI UIUQ ll IIUU pp , 3 1 对称负载对称负载Y联结时：联结时： 相电压与相相电压与相 电流的相位差电流的相位差 当负载当负载对称对称时：时：P = 3Up Ipcos p LLPP 22 3 3 IUIUQPS 所以所以 92 正误判断正误判断 Z U I l l BA AB A ZZ U I BA AB A ZZ U I Z U Il P P 3II l P UUl P 3UU l Z U I P P A I B

26、I C I N I a I + ZB ZC ZA A U B U C U + + 93 A AB 3 Z U I A Wcos23 20 220 3803 P Wcos53 20 220 3803 P Wcos53 20 220 2203 P 正误判断正误判断 A AB A 3 30 Z U I A AB A 3 30 Z U I 5320 V30380 AB Z U 三相负载对称三相负载对称 已知：已知： 94 有一三相电动机有一三相电动机, 每相的等效电阻每相的等效电阻R = 29 , 等效等效 感抗感抗XL=21.8 , 试求下列两种情况下电动机的相电流、试求下列两种情况下电动机的相电流、 线电流以及从电源输入的功率，并比较所得的结果：线电流以及从电源输入的功率，并比较所得的结果： (1) 绕组联成星形接于绕组联成星形接于UL =380 V的三相电源上的三相电源上; (2) 绕组联成三角形接于绕组联成三角形接于UL=220 V的三相电源上。的三相电源上。 例例1: 解解: (1)A1 . 6A 8 .2129 220 22 P P Z U I W 8 .2129 29 1 . 63803cos3 22 LL IUP Wk2 . 38 . 01 . 63803 95 Wk2 . 3W8 . 05 .102203c