课13简单正弦交流电路的分析ppt课件

1、电工电子技术根底电工电子技术根底 日常办公设备和生活中的用电器，大多接单相交流电源，日常办公设备和生活中的用电器，大多接单相交流电源，所谓单相交流电源，实践上就是取自于三相供电体系中的一所谓单相交流电源，实践上就是取自于三相供电体系中的一根火线和中线之间的电压。根火线和中线之间的电压。一、一、 日光灯电路的组成日光灯电路的组成 日光灯属于日常生活中广泛运用的一个典型单相用电器。日光灯属于日常生活中广泛运用的一个典型单相用电器。日光灯电路由日光灯管、镇流器、启辉器三部分及衔接导线日光灯电路由日光灯管、镇流器、启辉器三部分及衔接导线和单相电源共同组成。对日光灯电路的分析和计算，具有单和单相电源共同

2、组成。对日光灯电路的分析和计算，具有单相交流电路分析和计算的普遍意义。相交流电路分析和计算的普遍意义。 1、日光灯管、日光灯管 日光灯管由于本身的构日光灯管由于本身的构造，点燃时需造，点燃时需600800V高压，点燃后只需高压，点燃后只需100V左左右的电压即可。右的电压即可。2、镇流器、镇流器 电感镇流器的主体是铁心电感镇流器的主体是铁心线圈，其电感量的大小显然与线圈，其电感量的大小显然与线圈的匝数、铁心的尺寸均有线圈的匝数、铁心的尺寸均有关，假设要增大电感量，电感关，假设要增大电感量，电感镇流器的体积就会较大，相对镇流器的体积就会较大，相对功耗也较大。功耗也较大。 应能为日光灯的点燃提供所

3、需求的高压；应能为日光灯的点燃提供所需求的高压；应可以限制和稳定日光灯的任务电流；应可以限制和稳定日光灯的任务电流；在交流市电过零时，也能使日光灯正常任务；在交流市电过零时，也能使日光灯正常任务；日光灯点燃后正常任务时，应能控制日光灯的能量，使日光灯点燃后正常任务时，应能控制日光灯的能量，使灯电极被适当预热，并确保灯丝电极坚持正常任务温度。灯电极被适当预热，并确保灯丝电极坚持正常任务温度。镇流器的体积要小、任务寿命长且低功耗。镇流器的体积要小、任务寿命长且低功耗。日光灯电路对镇流器的要求：日光灯电路对镇流器的要求： 电工电子技术根底电工电子技术根底3、启辉器、启辉器 启辉器在外壳启辉器在外壳3

4、内装着一个充有氩氖混合惰性内装着一个充有氩氖混合惰性气体的玻璃泡气体的玻璃泡4也称辉光管，泡内有一个也称辉光管，泡内有一个固定电极静触极固定电极静触极2和一个动触极和一个动触极5组成的组成的自动开关。动触极自动开关。动触极5用双金属片制成倒用双金属片制成倒U型，型，受热后动触极膨胀，与静触极接通；冷却后受热后动触极膨胀，与静触极接通；冷却后自动收缩复位，与静触极脱离。两个触极间自动收缩复位，与静触极脱离。两个触极间并联一只的电容器并联一只的电容器1，其作用是消除火，其作用是消除火花对电信设备的影响，并与镇流器组成振荡花对电信设备的影响，并与镇流器组成振荡电路，延迟灯丝预热时间，有利于日光灯起电

5、路，延迟灯丝预热时间，有利于日光灯起辉。构造图中辉。构造图中6是与电路相衔接的插头。是与电路相衔接的插头。启辉器在日光灯点燃时，起自动开关作用。启辉器在日光灯点燃时，起自动开关作用。 电工电子技术根底电工电子技术根底二、日光灯电路的任务原理二、日光灯电路的任务原理电流断开瞬间，镇流器将产生很高的自感电动势与电源电压加在一电流断开瞬间，镇流器将产生很高的自感电动势与电源电压加在一同，加在灯管两端使灯管中的惰性气体导通，于是日光灯成为电流同，加在灯管两端使灯管中的惰性气体导通，于是日光灯成为电流的通路开场发光。日光灯点燃后，继续的交变电流经过镇流器线圈的通路开场发光。日光灯点燃后，继续的交变电流经

6、过镇流器线圈仍会产生自感电动势，来妨碍电流变化，这时镇流器起着降压限流仍会产生自感电动势，来妨碍电流变化，这时镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常任务。的作用，保证日光灯正常任务。开封锁合后，电源电压加在启辉器的两极开封锁合后，电源电压加在启辉器的两极之间，使氖气放电发出辉光，辉光产生的之间，使氖气放电发出辉光，辉光产生的热量使热量使U型动触片膨胀伸长，跟静触片接型动触片膨胀伸长，跟静触片接通，于是镇流器线圈和灯管中的灯丝就有通，于是镇流器线圈和灯管中的灯丝就有电流经过。电路接通后，起动器中的氖气电流经过。电路接通后，起动器中的氖气停顿放电，停顿放电，U型片冷却收缩，动静触头分型片冷却收缩

7、，动静触头分别，电路自动断开。别，电路自动断开。三、日光灯的优缺陷及运用本卷须知三、日光灯的优缺陷及运用本卷须知 比白炽灯省电。由于日光灯的发光效率高，可达比白炽灯省电。由于日光灯的发光效率高，可达65流瓦以上。而流瓦以上。而60瓦的钨丝白炽灯的发光效率只需瓦的钨丝白炽灯的发光效率只需1013流瓦；流瓦；日光灯的发光颜色比白炽灯更接近日光，光色好，且发光柔和；日光灯的发光颜色比白炽灯更接近日光，光色好，且发光柔和；日光灯寿命较长，普通有效寿命是日光灯寿命较长，普通有效寿命是3000小时。小时。 1、日光灯的优点、日光灯的优点 日光灯的附件多，缺点时机较多；日光灯的附件多，缺点时机较多；日光灯的

8、价钱比钨丝白炽灯贵；日光灯的价钱比钨丝白炽灯贵；日光灯的功率不能做得很大；日光灯的功率不能做得很大；由于日光灯是低压气体放电发光，所以在正常任务时存在由于日光灯是低压气体放电发光，所以在正常任务时存在“频闪景象。频闪景象。“频闪易呵斥察看运动物体的抖动觉得，使眼睛疲劳而影响视力，因此频闪易呵斥察看运动物体的抖动觉得，使眼睛疲劳而影响视力，因此普通灯光球场都不用日光灯作为球场照明。普通灯光球场都不用日光灯作为球场照明。 2、日光灯的缺陷、日光灯的缺陷 日光灯在运用时要防止频繁启动日光灯在运用时要防止频繁启动 目光灯寿命普通不少于目光灯寿命普通不少于3000小时，其条件是每启动一次延续点燃小时，其

9、条件是每启动一次延续点燃3小时。小时。随着每启动一次延续点燃时间的长短，灯管的寿命也相对延伸或缩短。随着每启动一次延续点燃时间的长短，灯管的寿命也相对延伸或缩短。电源电压的高、低会影响日光灯的运用寿命电源电压的高、低会影响日光灯的运用寿命当电源电压高于日光灯正常任务电压时，就会呵斥流过灯管的电流增当电源电压高于日光灯正常任务电压时，就会呵斥流过灯管的电流增大，由此加速灯丝的损耗，缩短了灯管的寿命。同时，电压偏高还会大，由此加速灯丝的损耗，缩短了灯管的寿命。同时，电压偏高还会使镇流器过热，呵斥绝缘物外溢或绝缘损坏而发生短路事故。使镇流器过热，呵斥绝缘物外溢或绝缘损坏而发生短路事故。 正常电压下，

10、灯管与镇流器一定要配套运用，以使日光灯能任务在正常电压下，灯管与镇流器一定要配套运用，以使日光灯能任务在最正确形状，否那么会使流过灯管的电流不正常，呵斥不用要的损失，最正确形状，否那么会使流过灯管的电流不正常，呵斥不用要的损失，或呵斥启动困难。或呵斥启动困难。3、日光灯运用本卷须知、日光灯运用本卷须知 电工电子技术根底电工电子技术根底四、日光灯电路及其分析计算四、日光灯电路及其分析计算图示镇流器等效电路中，电阻、电感中经过的电图示镇流器等效电路中，电阻、电感中经过的电流是一样的。由单一元件电路的分析可知，电阻流是一样的。由单一元件电路的分析可知，电阻元件上的电压与电流同相，而电感元件上的电压元

11、件上的电压与电流同相，而电感元件上的电压总是超前电流总是超前电流90，相量图可表示为：，相量图可表示为：1、镇流器的等效电路及其分析、镇流器的等效电路及其分析 相量图中的总电压电源电压显然超前电相量图中的总电压电源电压显然超前电流一个流一个角。角。由相量图可导出几个三角形：由相量图可导出几个三角形：UURUL电压三角形电压三角形RXL阻抗三角形阻抗三角形I2=功率三角形功率三角形SP QL电压三角形各条边是带箭头的，因此是相量图，相量图中各个线段的长电压三角形各条边是带箭头的，因此是相量图，相量图中各个线段的长度反映了对应相量的数值大小，线段的箭头方向那么反映了它们之间的度反映了对应相量的数值

12、大小，线段的箭头方向那么反映了它们之间的相位关系。假设让电压三角形的各条边同除以电流相量，我们又可得到相位关系。假设让电压三角形的各条边同除以电流相量，我们又可得到阻抗三角形；将电压三角形的各条边同乘以电流相量，还可得到功率三阻抗三角形；将电压三角形的各条边同乘以电流相量，还可得到功率三角形。三个三角形为类似三角形，分别阐明了角形。三个三角形为类似三角形，分别阐明了RL串联电路中，各正弦串联电路中，各正弦量、各参量及各功率之间的相位关系或数量关系。量、各参量及各功率之间的相位关系或数量关系。电工电子技术根底电工电子技术根底由于上述三个三角形都是直角三角形，所以根据直角三角形的勾股弦定理，由于上

13、述三个三角形都是直角三角形，所以根据直角三角形的勾股弦定理，可得出各电压、阻抗及功率之间的数量关系如下：可得出各电压、阻抗及功率之间的数量关系如下：电阻、感抗构成的阻抗三角形中，斜边电阻、感抗构成的阻抗三角形中，斜边z称为阻抗，阻抗反映了称为阻抗，阻抗反映了RL串串联电路中对电流总的妨碍作用。联电路中对电流总的妨碍作用。 22RLUUU2L2XRz2L2QPS123电工电子技术根底电工电子技术根底2、多参数组合串联电路的功率、多参数组合串联电路的功率 察看三个三角形可看出：同相位的电压和电流构成了有功功率察看三个三角形可看出：同相位的电压和电流构成了有功功率P，显然，显然这是由电阻元件耗能的电

14、特性决议的。这是由电阻元件耗能的电特性决议的。IUUIPRcos P的单位是瓦特。有功功率的能量转换过程是不可逆的。的单位是瓦特。有功功率的能量转换过程是不可逆的。由几个三角形还可看出：正交关系的电压和电流构成的是无功功率由几个三角形还可看出：正交关系的电压和电流构成的是无功功率Q，电感元件的电感元件的QL为正；电容元件的为正；电容元件的QC为负。为负。IUUIQQQXCLsin Q的单位是乏。无功功率的能量转换过程可逆。的单位是乏。无功功率的能量转换过程可逆。 视在功率是电路中的总功率，它包含了有功功率和无功功率。视在功率是电路中的总功率，它包含了有功功率和无功功率。22QPUIS S的单位

15、是伏安。视在功率表征电源或设备的总容量。的单位是伏安。视在功率表征电源或设备的总容量。2siniI t 设：设：)90(sin)1(2)90(sin)(2sin2tCItLItIRu那那么么根据根据KVL可得：可得：CLRuuuutiCtiLiRd1dd为同频率正为同频率正弦量弦量RLCRu+_Lu+_Cu+_u+_i五、五、RLC串联串联电路详细分析电路详细分析CLCLXXRIXIXIRIUj)j()(jCLRUUUU0II设设)j(CCXIU )(jLLXIU 那那么么 RIUR总电压与总电流总电压与总电流的相量关系式的相量关系式RjXL-jXCRU+_LU+_CU+_U+_ICLXX R

16、Zj由上面的推导可知由上面的推导可知RLC串联电路的阻抗串联电路的阻抗 Z 为：为：引入一个参量来描画二端网络端口的电压、电流间关系：引入一个参量来描画二端网络端口的电压、电流间关系：UZI 由此可知：阻抗由此可知：阻抗 Z 的模反映了的模反映了 u、i 的大小关系，辐角阻的大小关系，辐角阻抗角反映了抗角反映了 u、i 间的相位差。间的相位差。阻抗：阻抗：二端网络端口复数二端网络端口复数方式的欧姆定律方式的欧姆定律 uuiiUUUZZIII 22)(CLXXRIUZ 阻抗模：阻抗模：arctanLCuiXXR 阻抗角：阻抗角：RCL /1arctan 电路参数与电路性质的关系：电路参数与电路性

17、质的关系：CLXX RZZj当当 XL XC 时，时， 0 ，u 超前超前 i 呈感性呈感性当当 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:cosUURsinUUxURUCLUU XUCUIRU( 0 容性容性)XL XC CULUCLUUU RjXL-jXCRU+_LU+_CU+_U+_I由相量图可求得由相量图可求得: 22()arctanLCLCZRXXXXR ZIXRIXXRIUUUUCLCLR )()(222222 由阻抗三角形：由阻抗三角形：cosZR sinZX URUCLUU XUZRCLXXXt It Uiupsin)(sinmmt UIt

18、 IU2sinsinsincos2mm储能元件上储能元件上的瞬时功率的瞬时功率耗能元件上耗能元件上的瞬时功率的瞬时功率)(sinsinmmt Uut Ii设：设：RLCRu+_Lu+_Cu+_u+_i为阻抗角为阻抗角电工电子技术根底电工电子技术根底 cosUIP 所所以以单位单位: W总电压总电压总电流总电流u 与与 i 的夹角的夹角cos 称为功率因称为功率因数，用来衡量对电数，用来衡量对电源的利用程度。源的利用程度。根据电压三角形可得：根据电压三角形可得：RIIUUIPR2cosURU XU单位：单位：varsinUIQ 总电压总电压总电流总电流u 与与 i 的夹角的夹角)()(2CLCL

19、CLXXIIUUIUIUQ根据电压三角形可得：根据电压三角形可得：电感和电容与电源电感和电容与电源之间的能量互换之间的能量互换 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。2IZUIS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 等供电等供电设备的容量，可用来衡量发电机、变压器能够提供设备的容量，可用来衡量发电机、变压器能够提供的最大有功功率。的最大有功功率。22QPS QPS阻抗三角形、电压三角形、功率三角形SQP22)(CLXXRZ sincosZXZR2)(CL2RUUUUsincosUUUUXR22QPSsincosSQ

20、SPRUUCLUU将电压三角形的有效值同除将电压三角形的有效值同除 I 得到阻抗三角形得到阻抗三角形将电压三角形的有效值同乘将电压三角形的有效值同乘 I 得到功率三角形得到功率三角形RCLXX Z 在含有在含有L和和C的电路中，出现总电压与电流同相的阻性电路时，称的电路中，出现总电压与电流同相的阻性电路时，称电路发生了谐振。电路发生了谐振。 电路发生谐振时，情况比较特殊。由于谐振时电抗为零，在电路发生谐振时，情况比较特殊。由于谐振时电抗为零，在RLC串联电路中将使电路总阻抗最小纯电阻，在电压一定时总电流将串联电路中将使电路总阻抗最小纯电阻，在电压一定时总电流将到达最大值串联谐振又称为电压谐振；

21、在到达最大值串联谐振又称为电压谐振；在L和和C两端将出现过电压两端将出现过电压QU情况等等。而在情况等等。而在RLC并联电路中将使电路总阻抗最大纯电并联电路中将使电路总阻抗最大纯电阻，在电压一定时总电流到达最小值并联谐振又称为电流谐振；阻，在电压一定时总电流到达最小值并联谐振又称为电流谐振；在在L和和C两端将出现过电流两端将出现过电流QI情况等等。情况等等。 电力系统中的电压普通为电力系统中的电压普通为380V和和220V，假设谐振发生出现过电压，假设谐振发生出现过电压时，极易损坏电器，因此应防止谐振的发生。串、并联谐振景象被广时，极易损坏电器，因此应防止谐振的发生。串、并联谐振景象被广泛运用

22、在电子技术中。泛运用在电子技术中。RLC串、并联电路谐振的特点交流电路交流电路中的三种中的三种功率，单功率，单位上有什位上有什么不同？么不同？有功功率、无有功功率、无功功率和视在功功率和视在功率及三者之功率及三者之间的数量关系间的数量关系如何？如何？阻抗三角形和功阻抗三角形和功率三角形是相量率三角形是相量图吗？电压三角图吗？电压三角形呢？他能正确形呢？他能正确画出这几个三角画出这几个三角形吗？形吗？ 在含有在含有L和和C的电路中出现电压、电流同相位的景象，称为什么？的电路中出现电压、电流同相位的景象，称为什么？此时此时RLC串联电路中的阻抗如何？电压一定时电流如何？串联电路中的阻抗如何？电压一

23、定时电流如何？L和和C两端有两端有无电压？多大？无电压？多大？例例1：知知:)V20314(sin2220 tuF40127mH,30CLR求求:(1)电流的有效值电流的有效值I与瞬时值与瞬时值 i ;(2) 各部分电压的各部分电压的有效值与瞬时值；有效值与瞬时值；(3) 作相量图；作相量图；(4)有功功率有功功率P、无功功率无功功率Q和视在功率和视在功率S。在在RLC串联交流电路中，串联交流电路中，解：解：,40101273143 LXL,801040314116- CXC,5080)(4030)(2222 CLXXRZ(1)4.4AA50220 ZUI)A73314(sin244ti.-5

24、33080-40arctanarctanRXXCL-53 ,73uii (2)V73314(sin2132tuR132V30V4.4 IRUR)V163314(sin2176tuL176VV404.4 LLIXU)V17314(sin2352tuC352V804.4CCIXU53ULUCULCUU IRU经过计算可看出：经过计算可看出：CLRUUUUCLRUUUU而是而是(3) 相量图相量图(4)580.8W)W53(cos4.4220cos UIP或或580.8W2RIIUPR(4)-774.4var)var53(sin4.4220sin UIQ或或-774.4var)()(2CLCLXXI

25、IU-UQ呈容性呈容性5350j40)30()( j CLXXRZA734.4A53-5020220 ZUIV7313230V734.4 RIURV163176V7340j4.4j LLXIUV17-352V7380j4.4j CCXIUV20220 U解：解：知知: :F1. 0,2k CR在在RC串联交流电路中，串联交流电路中，解：解：3.2kk100.15003.142116- CXC,k3.77k3.222222 CXRZ输入电压输入电压11V,500HzUf (1)求输出电压求输出电压U2，并讨论输入和输出电压之间的大小，并讨论输入和输出电压之间的大小和相位关系和相位关系 (2)当将

26、电容当将电容C 改为改为 时时,求求(1)中各项；中各项；(3)当将频率改为当将频率改为4000Hz时时,再求再求(1)中各项。中各项。20FRC1U+_+_I2U方法方法1：(1)0.27mAmA3.7711 ZUI-5823.2-arctanarctanRXC0.54V2V0.272 IRU54%12UU2U1U比比 超前超前58V011 U解：设解：设V580.54V583.772V013.22212 jUZRU0.54VVcos581cos12 UU12UUI58-5823.2-arctanarctanRXCR1610205003.142116- CXC,k222 CXRZ0arctanRXC1Vcos112 UUU 1UCUI2UV011 U解：设解：设3004100.140003.142116- CXC,k2.0422 CXRZ-11.3arctanRXC0.98Vcos12UU31 .