电工电子第3章

第3章正弦交流电实用汽车电工电子技术知识目标技能目标1.理解正弦交流电的基本概念及正弦交流电的三要素。2.了解正弦交流电的周期、频率、角频率之间的关系以及最大值和有效值、相位和相位差之间的关系。3.理解正弦交流电的三种表示法。4.了解单一参数单相交流电路的电压、电流大小及相位关系。1.练习使用交流电压表、万用表交流电压挡。2.认识汽车用交流发电机。交流电的概念

如果电流或电压的大小和方向都随时间改变，称为交流电。其变化为周期性重复，则称为周期性交流电流或电压。如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。TutuTt

如果在电路中电动势的大小与方向均随时间按正弦规律变化，由此产生的电流、电压大小和方向也是正弦的，这样的电路称为正弦交流电路。

正弦交流电的优越性：便于传输；有利于电气设备的运行；电路具有典型性

.....正弦交流电路实际方向和参考方向一致实际方向和参考方向相反

参考方向:正半周的真实方向正半周实际方向和参考方向一致负半周实际方向和参考方向相反正弦电压和电流＋－3.1正弦交流电的基本知识设正弦交流电流：角频率：决定正弦量的变化快慢幅值：决定正弦量的大小幅值、角频率、初相角成为正弦量的三要素。初相角：决定正弦量的起始位置Im2TiO3.1.1正弦交流电的三要素正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母表示，如

i、u、e

等。瞬时值中的最大的值称为幅值或最大值，用带下标m的大写字母表示，如Im、Um、Em等。有效值是用电流的热效应来规定的。设一交流电流和一直流电流I流过相同的电阻R，如果在交流电的一个周期内交流电和直流电产生的热量相等，则交流电流的有效值就等于这个直流电的电流I。瞬时值、最大值、有效值根据热效应相等有交流直流由可得正弦电流的有效值：正弦电压和电动势的有效值：

有效值都用大写字母表示！

在工程应用中常用有效值表示交流电的幅度。一般所讲的正弦交流电的大小，如交流电压380V或220V，指的都是有效值。则我国和大多数国家采用50Hz的电力标准，有些国家（美国、日本等）采用60Hz。小常识

频率是周期的倒数:=1/T

正弦量变化的快慢还可用角频率来表示：2.周期、频率、角频率单位是rad/s（弧度每秒）

正弦量变化一次所需要的时间称为周期（T），单位为s。每秒内变化的次数称为频率（

f），单位是Hz（赫兹）。相位：初相角：

0相位角

表示正弦量的变化进程，也称相位。初相角

t=0时的相位，也称初相。相位：初相角：

初相角给出了观察正弦波的起点或参考点。说明3.初相角则和的相位差为

正弦交流电路中电压和电流的频率是相同的，但初相不一定相同，设电路中电压和电流为3.1.2相位差

两个同频率的正弦量的相位之差或初相位之差称为相位差。当

时，比

超前角，

比

滞后角。O下面图中是三个正弦电流波形。

与

同相，

与

反相。反相:相位相反，相位差为180°。同相、反相的概念同相:相位相同，相位差为零。②不同频率的正弦量比较无意义。注意:tO①两同频率的正弦量之间的相位差为常数，与计时的选择起点无关。总结

描述正弦量的三个特征量：幅值、频率、初相位★波形图：★

旋转矢量法：正弦量用旋转有向线段表示。3.2正弦交流电的表示方法★解析式：=Umsin(ωt+φ0

)ω若:有向线段长度

=ω有向线段以速度

按逆时针方向旋转有向线段与横轴夹角

=初相位u0xyOO则：该旋转有向线段每一瞬时在纵轴上的投影即表示相应时刻正弦量的瞬时值。设正弦量:电压相量比电流相量超前角1.只有正弦周期量才能用相量表示。2.只有同频率的正弦量才能画在一张相量图上。注意

把表示各个正弦量的有向线段画在一起就是相量图，它可以形象地表示出各正弦量的大小和相位关系。相量图3.3单相正弦交流电路1.电压与电流的关系设②大小关系：③相位关系：u、i

相位相同根据欧姆定律:①频率相同相位差：相量图3.3.1纯电阻电路Ru+_2.功率关系(1)瞬时功率

p：瞬时电压与瞬时电流的乘积。小写piωtuOωtpOiu结论:

（耗能元件）,且随时间变化。大写(2)平均功率(有功功率)P：瞬时功率在一个周期内的平均值。单位:W（瓦）PppωtO注意：通常铭牌数据或测量的功率均指有功功率。Ru+_

基本关系式：①频率相同②U=IL

相位差1.电压与电流的关系3.3.2

纯电感电路设：+-eL+-LuωtuiiO③电压超前电流90或则:感抗(Ω)电感L具有通直阻交的作用。直流：f=0,XL

=0，电感L视为短路定义：有效值:交流：fXL(1)瞬时功率(2)平均功率L是非耗能元件2.功率关系储能p<0+p>0分析：瞬时功率：ui+-ui+-ui+-ui+-+p>0p<0放能储能放能电感L是储能元件。po结论：纯电感不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐)。可逆的能量转换过程iuo用以衡量电感电路中能量交换的规模。用瞬时功率达到的最大值表征，即单位：var(3)无功功率Q

无功功率是否与频率有关？思考题电流与电压的变化率成正比。

基本关系式：1.电流与电压的关系①频率相同②I=UC

③电流超前电压90相位差则3.3.3

纯电容电路uiC+_设：iuiu或则:容抗（Ω）定义：有效值所以，电容C具有隔直通交的作用。XC直流：XC

，电容C视为开路交流：f2.功率关系(1)瞬时功率uiC+_

(2)平均功率Ｐ由C是非耗能元件瞬时功率：ui+-ui+-ui+-ui+-+p>0充电p<0放电+p>0充电p<0放电po电容C是储能元件。结论：纯电容不消耗能量，只和电源进行能量交换（能量的吞吐)。uiou,i同理，无功功率等于瞬时功率达到的最大值。(3)无功功率Q单位：var为了同电感电路的无功功率相比较，这里也设则：

电容性无功功率为负值，电感性无功功率取正值。电路参数电路图（正方向）复数阻抗电压、电流关系瞬时值有效值相量图相量式功率有功功率Riu设则u、i

同相0LiuCiu设则设则u领先i90°u落后i90°00基本关系无功功率单一参数正弦交流电路电压电流关系对照表3.4三相正弦交流电路3.4.1三相交流电三相交流电是由三相交流发电机产生的。

三相交流发电机示意图工作原理：动磁生电(尾端)+eAeBeCXABYCZ(首端)++––

–

三相绕组示意图定子转子ZAXYNSC-+B•••铁心（作为导磁路经）三相绕组匝数相同空间排列互差120:直流励磁的电磁铁定子转子三相交流发电机结构当磁极转子以角速度ω作顺时针等速旋转时，三个绕阻中就产生频率相同、振幅相等、相位互差120o的三相对称电动势。相量图波形图e0eAeBeC2120°240°360°EBEA..120°120°120°EC.三相电动势瞬时表示式三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。最大值相等频率相同相位互差120°称为对称三相电动势三个正弦交流电动势满足以下特征：供电系统三相交流电的正相序为U

V

W供电系统三相交流电的逆相序为U

WV对称三相电动势的瞬时值之和为03.4.2.三相电源的连接1.三相电源的星形（Y）连接中性线(零线、地线)中性点端线(相线、火线)在低压系统,中性点通常接地，所以也称地线。相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压：端线与端线间的电压、Up–+–++