最新-正弦量的基本概念-课件

正弦量的基本概念1.正弦量瞬时值表达式：i(t)=Imcos(wt+)波形：周期T(period)和频率f(frequency):频率f：每秒重复变化的次数。周期T：重复变化一次所需的时间。单位：Hz，赫(兹)单位：s，秒正弦量为周期函数

f(t)=f(

t+kT)tiO/T正弦量的基本概念1.正弦量瞬时值表达式：i(t)=Imco1正弦电流电路激励和响应均为正弦量的电路（正弦稳态电路）称为正弦电路或交流电路。（1）正弦稳态电路在电力系统和电子技术领域占有十分重要的地位。研究正弦电路的意义：1）正弦函数是周期函数，其加、减、求导、积分运算后仍是同频率的正弦函数优点：2）正弦信号容易产生、传送和使用。正弦电流电路激励和响应均为正弦量的电路（正弦稳态电路）称为2（2）正弦信号是一种基本信号，任何变化规律复杂的信号可以分解为按正弦规律变化的分量。对正弦电路的分析研究具有重要的理论价值和实际意义。（2）正弦信号是一种基本信号，任何变化规律复杂的信号3幅值

(amplitude)

(振幅、最大值)Im(2)角频率(angularfrequency)ω2.正弦量的三要素单位：rad/s

，弧度/秒反映正弦量变化幅度的大小。相位变化的速度，反映正弦量变化快慢。反映正弦量的计时起点，常用角度表示。(3)初相位(initialphaseangle)i(t)=Imcos(wt+)tiO/TIm2t幅值(amplitude)(振幅、最大值)Im(2)4同一个正弦量，计时起点不同，初相位不同。ti0=－/2一般规定：||。=0=/2同一个正弦量，计时起点不同，初相位不同。ti0=－/25例已知正弦电流波形如图，＝103rad/s，（1）写出i(t)表达式；（2）求最大值发生的时间t1ti010050t1解由于最大值发生在计时起点右侧例已知正弦电流波形如图，＝103rad/s，（1）写出i(63.同频率正弦量的相位差(phasedifference)。j>0，u超前i，j

角，或i落后u，j

角(u比i先到达最大值)；

j<0，

i超前

uj

角，或u滞后

ij

角,i比

u先到达最大值。等于初相位之差规定：|

|(180°)。设u(t)=Umcos(wt+

u),i(t)=Imcos(wt+

i)则相位差：j=(wt+

u)-(wt+

i)=u-

itu,iu

iuijO3.同频率正弦量的相位差(phasedifferenc7j＝0，同相：j=(180o)

，反相：特殊相位关系：tu,iu

i0tu,iu

i0=p/2：u领先ip/2,不说u落后i3p/2；i落后up/2,不说i领先u3p/2。tu,iu

i0同样可比较两个电压或两个电流的相位差。j＝0，同相：j=(180o)，反相8例计算下列两正弦量的相位差。解不能比较相位差两个正弦量进行相位比较时应满足同频率、同函数、同符号，且在主值范围比较。例计算下列两正弦量的相位差。解不能比较相位差两个正弦量进行相94.周期性电流、电压的有效值周期性电流、电压的瞬时值随时间而变，为了衡量其平均效果工程上采用有效值来表示。周期电流、电压有效值(effectivevalue)定义R直流IR交流i电流有效值定义为有效值也称均方根值(root-meen-square)物理意义4.周期性电流、电压的有效值周期性电流、电压的瞬时10同样，可定义电压有效值：正弦电流、电压的有效值设

i(t)=Imcos(t+

)同样，可定义电压有效值：正弦电流、电压的有效值设i(t11同理，可得正弦电压有效值与最大值的关系：若一交流电压有效值为U=220V，则其最大值为Um311V；U=380V，

Um537V。（1）工程上说的正弦电压、电流一般指有效值，如设备铭牌额定值、电网的电压等级等。但绝缘水平、耐压值指的是最大值。因此，在考虑电器设备的耐压水平时应按最大值考虑。（2）测量中，交流测量仪表指示的电压、电流读数一般为有效值。（3）区分电压、电流的瞬时值、最大值、有效值的符号。注同理，可得正弦电压有效值与最大值的关系：若一交流电压有效值为12正弦量的相量表示1.问题的提出：电路方程是微分方程：两个正弦量的相加：如KCL、KVL方程运算。+_RuLCi正弦量的相量表示1.问题的提出：电路方程是微分方程：两个正13i1I1I2I3wwwi1+i2i3i2123角频率：有效值：初相位：因同频的正弦量相加仍得到同频的正弦量，所以，只要确定初相位和有效值(或最大值)就行了。因此，tu,ii1

i20i3正弦量复数实际是变换的思想i1I1I2I3wwwi1+i2i3i21214复数A的表示形式AbReIma0A=a+jbAbReIma0|A|2.复数及运算复数A的表示形式AbReIma0A=a+jbAbReIma15两种表示法的关系：A=a+jbA=|A|ejq

=|A|q

直角坐标表示极坐标表示或复数运算则A1±A2=(a1±a2)+j(b1±b2)(1)加减运算——采用代数形式若A1=a1+jb1，A2=a2+jb2A1A2ReIm0AbReIma0|A|图解法两种表示法的关系：A=a+jbA=|A|ejq=|A|16(2)乘除运算——采用极坐标形式若A1=|A1|1，A2=|A2|2除法：模相除，角相减。例1.乘法：模相乘，角相加。则:解(2)乘除运算——采用极坐标形式若A1=|A17例2.(3)旋转因子：复数

ejq

=cosq+jsinq=1∠qA•ejq

相当于A逆时针旋转一个角度q，而模不变。故把ejq

称为旋转因子。解AReIm0A•ejq例2.(3)旋转因子：复数ejq=cosq+j18故+j,–j,-1

都可以看成旋转因子。几种不同值时的旋转因子ReIm0故+j,–j,-1都可以看成旋转因子。几种不同值时19造一个复函数对A(t)取实部：对于任意一个正弦时间函数都有唯一与其对应的复数函数A(t)还可以写成复常数无物理意义是一个正弦量有物理意义3.正弦量的相量表示A(t)包含了三要素：I、、w，复常数包含了I

,。造一个复函数对A(t)取实部：对于任意一个正弦时间函数都有唯20称为正弦量i(t)对应的相量。相量的模表示正弦量的有效值相量的幅角表示正弦量的初相位同样可以建立正弦电压与相量的对应关系：已知例1试用相量表示i,u.解称为正弦量i(t)对应的相量。相量的21在复平面上用向量表示相量的图例2试写出电流的瞬时值表达式。解相量图q在复平面上用向量表示相量的图例2试写出电流的瞬时值表达式。解224.相量法的应用(1)同频率正弦量的加减故同频正弦量相加减运算变成对应相量的相加减运算。i1i2=i3可得其相量关系为：4.相量法的应用(1)同频率正弦量的加减故同频正弦量相加23例也可借助相量图计算ReImReIm首尾相接例也可借助相量图计算ReImReIm首尾相接242.正弦量的微分，积分运算微分运算:积分运算:2.正弦量的微分，积分运算微分运算:积分运算:25例Ri(t)u(t)L+-C用相量运算：相量法的优点：（1）把时域问题变为复数问题；（2）把微积分方程的运算变为复数方程运算；（3）可以把直流电路的分析方法直接用于交流电路；例Ri(t)u(t)L+-C用相量运算：相量法的优点：（1）26注①正弦量相量时域频域②相量法只适用于激励为同频正弦量的非时变线性电路。③相量法用来分析正弦稳态电路。N线性N线性w1w2非线性w不适用正弦波形图相量图注①正弦量相量时域频域②相量法只适用于激励为同27电路定理的相量形式1.电阻元件VCR的相量形式时域形式：相量形式：相量模型uR(t)i(t)R+-有效值关系相位关系R+-相量关系：UR=RIu=

iURu电路定理的相量形式1.电阻元件VCR的相量形式时域形式：相28瞬时功率：波形图及相量图：

itOuRpRURI瞬时功率以2交变。始终大于零，表明电阻始终吸收功率同相位u=i瞬时功率：波形图及相量图：itOuRpRURI瞬时功率29时域形式：i(t)uL(t)L+-相量形式：相量模型jL+-相量关系：有效值关系：

U=wLI相位关系：u=i+90°

2.电感元件VCR的相量形式时域形式：i(t)uL(t)L+-相量形式：相量模型jL30感抗的物理意义：(1)表示限制电流的能力；(2)感抗和频率成正比；wXL相量表达式:XL=L=2fL，称为感抗，单位为(欧姆)BL=1/L=1/2fL，

感纳，单位为S感抗和感纳:感抗的物理意义：(1)表示限制电流的能力；(2)感抗和频31功率：t

iOuLpL2瞬时功率以2交变，有正有负，一周期内刚好互相抵消波形图及相量图：电压超前电流900i功率：tiOuLpL2瞬时功率以2交变，有正有负，32时域形式：相量形式：相量模型iC(t)u(t)C+-+-相量关系：3.电容元件VCR的相量形式有效值关系：

IC=wCU相位关系：i=

u+90°

时域形式：相量形式：相量模型iC(t)u(t)C+-+-相量33XC=1/wC，

称为容抗，单位为

(欧姆)BC=wC，

称为容纳，单位为S

频率和容抗成反比,0，|XC|

直流开路(隔直)w，|XC|0高频短路(旁路作用)w|XC|容抗与容纳：相量表达式:XC=1/wC，称为容抗，单位为(欧姆)频率和容34功率：t

iCOupC2瞬时功率以2交变，有正有负，一周期内刚好互相抵消u波形图及相量图：电流超前电压900功率：tiCOupC2瞬时功率以2交变，有正有负，354.基尔霍夫定律的相量形式同频率的正弦量加减可以用对应的相量形式来进行计算。因此，在正弦电流电路中，KCL和KVL可用相应的相量形式表示：上式表明：流入某一节点的所有正弦电流用相量表示时仍满足KCL；而任一回路所有支路正弦电压用相量表示时仍满足KVL。4.基尔霍夫定律的相量形式同频率的正弦量加减可以用对应的相36例1试判断下列表达式的正、误：L例1试判断下列表达式的正、误：L37例2A1A2A0Z1Z2已知电流表读数：A1＝8AA2＝6AA0＝?A0＝I0max=?A0＝I0min=?解A0＝A1A2＝?例2A1A2A0Z1Z2已知电流表读数：A1＝8AA2＝6A38例3+_15Wu4H0.02Fi解相量模型j20W-j15W+_15W例3+_15Wu4H0.02Fi解相量模型j20W-j15W39例4+_5WuS0.2Fi解相量模型+_5W-j5W例4+_5WuS0.2Fi解相量模型+_5W-j5W40例5j40WjXL30WCBA解例5j40WjXL30WCBA解41例6图示电路I1=I2=5A，U＝50V，总电压与总电流同相位，求I、R、XC、XL。-jXC+_R-jXLUC+-解也可以画相量图计算令等式两边实部等于实部，虚部等于虚部例6图示电路I1=I2=5A，U＝50V，总电压与总电流同相42-jXC+_R-jXLUC+--jXC+_R-jXLUC+-43正弦量的基本概念1.正弦量瞬时值表达式：i(t)=Imcos(wt+)波形：周期T(period)和频率f(frequency):频率f：每秒重复变化的次数。周期T：重复变化一次所需的时间。单位：Hz，赫(兹)单位：s，秒正弦量为周期函数

f(t)=f(

t+kT)tiO/T正弦量的基本概念1.正弦量瞬时值表达式：i(t)=Imco44正弦电流电路激励和响应均为正弦量的电路（正弦稳态电路）称为正弦电路或交流电路。（1）正弦稳态电路在电力系统和电子技术领域占有十分重要的地位。研究正弦电路的意义：1）正弦函数是周期函数，其加、减、求导、积分运算后仍是同频率的正弦函数优点：2）正弦信号容易产生、传送和使用。正弦电流电路激励和响应均为正弦量的电路（正弦稳态电路）称为45（2）正弦信号是一种基本信号，任何变化规律复杂的信号可以分解为按正弦规律变化的分量。对正弦电路的分析研究具有重要的理论价值和实际意义。（2）正弦信号是一种基本信号，任何变化规律复杂的信号46幅值

(amplitude)

(振幅、最大值)Im(2)角频率(angularfrequency)ω2.正弦量的三要素单位：rad/s

，弧度/秒反映正弦量变化幅度的大小。相位变化的速度，反映正弦量变化快慢。反映正弦量的计时起点，常用角度表示。(3)初相位(initialphaseangle)i(t)=Imcos(wt+)tiO/TIm2t幅值(amplitude)(振幅、最大值)Im(2)47同一个正弦量，计时起点不同，初相位不同。ti0=－/2一般规定：||。=0=/2同一个正弦量，计时起点不同，初相位不同。ti0=－/248例已知正弦电流波形如图，＝103rad/s，（1）写出i(t)表达式；（2）求最大值发生的时间t1ti010050t1解由于最大值发生在计时起点右侧例已知正弦电流波形如图，＝103rad/s，（1）写出i(493.同频率正弦量的相位差(phasedifference)。j>0，u超前i，j

角，或i落后u，j

角(u比i先到达最大值)；

j<0，

i超前

uj

角，或u滞后

ij

角,i比

u先到达最大值。等于初相位之差规定：|

|(180°)。设u(t)=Umcos(wt+

u),i(t)=Imcos(wt+

i)则相位差：j=(wt+

u)-(wt+

i)=u-

itu,iu

iuijO3.同频率正弦量的相位差(phasedifferenc50j＝0，同相：j=(180o)

，反相：特殊相位关系：tu,iu

i0tu,iu

i0=p/2：u领先ip/2,不说u落后i3p/2；i落后up/2,不说i领先u3p/2。tu,iu

i0同样可比较两个电压或两个电流的相位差。j＝0，同相：j=(180o)，反相51例计算下列两正弦量的相位差。解不能比较相位差两个正弦量进行相位比较时应满足同频率、同函数、同符号，且在主值范围比较。例计算下列两正弦量的相位差。解不能比较相位差两个正弦量进行相524.周期性电流、电压的有效值周期性电流、电压的瞬时值随时间而变，为了衡量其平均效果工程上采用有效值来表示。周期电流、电压有效值(effectivevalue)定义R直流IR交流i电流有效值定义为有效值也称均方根值(root-meen-square)物理意义4.周期性电流、电压的有效值周期性电流、电压的瞬时53同样，可定义电压有效值：正弦电流、电压的有效值设

i(t)=Imcos(t+

)同样，可定义电压有效值：正弦电流、电压的有效值设i(t54同理，可得正弦电压有效值与最大值的关系：若一交流电压有效值为U=220V，则其最大值为Um311V；U=380V，

Um537V。（1）工程上说的正弦电压、电流一般指有效值，如设备铭牌额定值、电网的电压等级等。但绝缘水平、耐压值指的是最大值。因此，在考虑电器设备的耐压水平时应按最大值考虑。（2）测量中，交流测量仪表指示的电压、电流读数一般为有效值。（3）区分电压、电流的瞬时值、最大值、有效值的符号。注同理，可得正弦电压有效值与最大值的关系：若一交流电压有效值为55正弦量的相量表示1.问题的提出：电路方程是微分方程：两个正弦量的相加：如KCL、KVL方程运算。+_RuLCi正弦量的相量表示1.问题的提出：电路方程是微分方程：两个正56i1I1I2I3wwwi1+i2i3i2123角频率：有效值：初相位：因同频的正弦量相加仍得到同频的正弦量，所以，只要确定初相位和有效值(或最大值)就行了。因此，tu,ii1

i20i3正弦量复数实际是变换的思想i1I1I2I3wwwi1+i2i3i21257复数A的表示形式AbReIma0A=a+jbAbReIma0|A|2.复数及运算复数A的表示形式AbReIma0A=a+jbAbReIma58两种表示法的关系：A=a+jbA=|A|ejq

=|A|q

直角坐标表示极坐标表示或复数运算则A1±A2=(a1±a2)+j(b1±b2)(1)加减运算——采用代数形式若A1=a1+jb1，A2=a2+jb2A1A2ReIm0AbReIma0|A|图解法两种表示法的关系：A=a+jbA=|A|ejq=|A|59(2)乘除运算——采用极坐标形式若A1=|A1|1，A2=|A2|2除法：模相除，角相减。例1.乘法：模相乘，角相加。则:解(2)乘除运算——采用极坐标形式若A1=|A60例2.(3)旋转因子：复数

ejq

=cosq+jsinq=1∠qA•ejq

相当于A逆时针旋转一个角度q，而模不变。故把ejq

称为旋转因子。解AReIm0A•ejq例2.(3)旋转因子：复数ejq=cosq+j61故+j,–j,-1

都可以看成旋转因子。几种不同值时的旋转因子ReIm0故+j,–j,-1都可以看成旋转因子。几种不同值时62造一个复函数对A(t)取实部：对于任意一个正弦时间函数都有唯一与其对应的复数函数A(t)还可以写成复常数无物理意义是一个正弦量有物理意义3.正弦量的相量表示A(t)包含了三要素：I、、w，复常数包含了I

,。造一个复函数对A(t)取实部：对于任意一个正弦时间函数都有唯63称为正弦量i(t)对应的相量。相量的模表示正弦量的有效值相量的幅角表示正弦量的初相位同样可以建立正弦电压与相量的对应关系：已知例1试用相量表示i,u.解称为正弦量i(t)对应的相量。相量的64在复平面上用向量表示相量的图例2试写出电流的瞬时值表达式。解相量图q在复平面上用向量表示相量的图例2试写出电流的瞬时值表达式。解654.相量法的应用(1)同频率正弦量的加减故同频正弦量相加减运算变成对应相量的相加减运算。i1i2=i3可得其相量关系为：4.相量法的应用(1)同频率正弦量的加减故同频正弦量相加66例也可借助相量图计算ReImReIm首尾相接例也可借助相量图计算ReImReIm首尾相接672.正弦量的微分，积分运算微分运算:积分运算:2.正弦量的微分，积分运算微分运算:积分运算:68例Ri(t)u(t)L+-C用相量运算：相量法的优点：（1）把时域问题变为复数问题；（2）把微积分方程的运算变为复数方程运算；（3）可以把直流电路的分析方法直接用于交流电路；例Ri(t)u(t)L+-C用相量运算：相量法的优点：（1）69注①正弦量相量时域频域②相量法只适用于激励为同频正弦量的非时变线性电路。③相量法用来分析正弦稳态电路。N线性N线性w1w2非线性w不适用正弦波形图相量图注①正弦量相量时域频域②相量法只适用于激励为同70电路定理的相量形式1.电阻元件VCR的相量形式时域形式：相量形式：相量模型uR(t)i(t)R+-有效值关系相位关系R+-相量关系：UR=RIu=

iURu电路定理的相量形式1.电阻元件VCR的相量形式时域形式：相71瞬时功率：波形图及相量图：

itOuRpRURI瞬时功率以2交变。始终大于零，表明电阻始终吸收功率同相位u=i瞬时功率：波形图及相量图：itOuRpRURI瞬时功率72时域形式：i(t)uL(t)L+-相量形式：相量模型jL+-相量关系：有效值关系：

U=wLI相位关系：u=i+90°

2.电感元件VCR的相量形式时域形式：i(t)uL(t)L+-相量形式：相量模型jL73感抗的物理意义：(1)表示限制电流的能力；(2)感抗和频率成正比；wXL相量表达式:XL=L=2fL，称为感抗，单位为(欧姆)BL=1/L=1/2fL，

感纳，单位为S感抗和感纳:感抗的物理意义：(1)表示限制电流的能力；(2)感抗和频74功率：t

iOuLpL2瞬时功率以2交变，有正有负，一周期内刚好互相抵消波形图及相量图：电压超前电流900