城市轨道交通电工电子技术 第2版 课件 项目二 正弦交流电路

项目二正弦交流电路课题一正弦交流电的基础知识学习导入正弦交流电是广泛使用的电能形式，在生产和使用上具有一系列的优点。大小和方向都随时间作周期性变化的电压、电流和电动势，在一个周期内的数学平均值称为交流电。当交流电的变化规律是时间的正弦函数，则称为正弦交流电。学习目标1、知识目标理解正弦交流电的基本物理量。掌握纯电阻、纯电感、纯电容电路的特点。理解串联谐振和并联谐振的特征。掌握三相交流电路的特点。学习目标2、能力目标能测量正弦交流电路的性能。能对三相交流电路的进行分析计算。一、正弦交流电的产生二、正弦量的三要素1.振幅

振幅感应电动势的最大值。交流发电机产生的电动势按正弦规律变化，可以向外电路输送正弦交流电。二、正弦量的三要素2.角频率

单位时间内电角度的变化量叫做角频率，用字母ω表示，其单位是弧度每秒，符号为rad/s。完成一次周期性变化所需用的时间叫做周期，用T表示，其单位是秒（s）。交流电在单位时间内完成周期性变化的次数叫做频率，用字母f表示，其单位是赫兹，符号为Hz。二、正弦量的三要素

3.初相位

010203三、同频率正弦量的相位差相位是表示正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量，它不仅决定瞬时值的大小和方向，还能反映正弦交流电的变化趋势。初相规定不得超过±180°。010203三、同频率正弦量的相位差两个同频率正弦交流电，任意瞬间的相位之差就叫做相位差。010203三、同频率正弦量的相位差1.同相和反相若两个同频率正弦量的相位差为零，即它们的初相相同，称为同相。若两个同频率正弦量的相位差为±180。则称反相。010203三、同频率正弦量的相位差2.正交若两个同频率正弦量的相位差为±90。，则称它们为正交。010203三、同频率正弦量的相位差3.超前和滞后当相位差大于零，称为超前。当相位差小于零，称为滞后。四、交流电的有效值

有效值和最大值是从不同角度反映交流电强弱的物理量。通常所说的交流电的电流、电压、电动势的值，如不作特殊说明都是指有效值。在选择电器的耐压时，必须考虑电压的最大值。谢谢观赏！项目二正弦交流电路课题二

正弦交流电路的分析和运算学习导入为分析复杂电路，我们必须先掌握单一参数电路中电压和电流的关系，因为其他电路都可看成是单一参数元件电路的组合。一、电阻元件及其交流电路1.电压电流关系1）瞬时关系

一、电阻元件及其交流电路1.电压电流关系2）相量关系2.功率1）瞬时功率2）平均功率

3.电路特点从电压、电流瞬时值关系来看，具有欧姆定律的即时对应关系，因此，电阻元件称为即时电路元件。从能量关系上看，电阻元件上的电压、电流在相位上具有同相关系，同相关系的电压、电流在元件上产生有功功率（平均功率）P。由于电阻元件的瞬时功率在一个周期内的平均值总是大于或等于零，说明电阻元件只向电路吸取能量，从能量的观点得出电阻元件是耗能元件。

二、电感元件的交流电路1.电压电流关系1）瞬时关系二、电感元件的交流电路1.电压电流关系2）相量关系二、电感元件的交流电路1.电压电流关系2.功率1)瞬时功率为二、电感元件的交流电路1.电压电流关系2.功率2)平均功率为二、电感元件的交流电路电感元件交流电路中，u比i超前；电压有效值等于电流有效值与感抗的乘积；平均功率为零，但存在着电源与电感元件之间的能量交换，所以瞬时功率不为零。为了衡量这种能量交换的规模，取瞬时功率的最大值，即电压和电流有效值的乘积，称为无功功率用大写字母Q表示。010203三、电容元件交流电路1.电压电流关系1）瞬时关系010203三、电容元件交流电路1.电压电流关系2）相量关系010203三、电容元件交流电路2.功率1）瞬时功率010203三、电容元件交流电路2）平均功率010203三、电容元件交流电路从电压、电流瞬时值关系式来看，电感元件和电容元件属于动态元件。无论是电感元件还是电容元件，它们的瞬时功率在一个周期内的平均值为零，说明这两种理想电路元件是不耗能的，但它们始终与电源之间进行着能量交换，我们把这种只交换不消耗的能量称为无功功率。由于电感元件和电容元件只向电源吸取无功功率，即它们只进行能量的吞吐而不耗能，我们把它们称作储能元件。例2-2-1把一个100Ω的电阻元件接到频率为50Hz，电压有效值为10V的正弦电源上，问电流是多少？如保持电压值不变，而电源频率改变为5000Hz，这时电流将为多少？例2-2-2若把上题中的，100Ω的电阻元件改为25μF的电容元件，这时电流又将如何变化？解：当f=50Hz时谢谢观赏！项目二正弦交流电路课题三RLC串联电路学习导入前面讨论了单一参数元件的正弦交流电路，实际电路中往往同时包含多种元件。本节以电阻、电感和电容串联的正弦交流电路为例，讨论电压、电流的关系及功率的问题。一、RLC串联电路设各元件电压的参考方向均与电流关联，用相量表示电压与电流之间的关系，则为二、RLC串联电路端电压与电流的大小关系010203三、功率谢谢观赏！项目二正弦交流电路课题四电路中的谐振学习导入在含有电感和电容元件的正弦交流电路中，电路两端的电压和电流一般是不同相的。若改变电路的参数，使它们同相，这时，电路中就会发生谐振现象。一、谐振二、串联谐振的条件010203三、串联谐振的频率、电路的固有频率对于给定的R、L、C串联电路，当电源角频率等于电路的固有频率时，电路发生谐振。若电源频率ω一定，要使电路谐振，可以通过改变电路参数L或C，以改变电路的固有频率ω0使ω=ω0时电路谐振。调节L或C使电路发生谐振的过程称为谐振。有谐振条件可知，调节L或C使电路谐振，电感元件与电容元件的关系为：四、串联谐振的特征1.串联谐振时的阻抗2.谐振时的电流2.并联谐振时电路的端电压若并联谐振电路外接电流源，则谐振时电路的端口电压为由于谐振时电路的阻抗接近最大值，因而在电流源激励下电路两端的电压最大。电感和电容支路的电流分别为：并联谐振时，在Q远大于1的条件下，电容支路电流和电感支路电流的大小近似相等，是总电流I0的Q倍，所以并联谐振又称为电流谐振。谢谢观赏！项目二正弦交流电路课题五三相交流电源学习导入目前，在世界各国的电力系统中，发电和输配电一般都是采用三相制。对称的三相交流电源是指由三个频率相同、幅值相等、相位互差120°的正弦电压源按一定方式连接起来的供电体系。一、三相交流电动势的产生010203二、三相四线制电源的Y形连接1.相电压UP与线电压UL2.相电压与线电压参考方向的规定3.相电压与线电压之间的关系二、三相四线制电源的Y形连接二、三相四线制电源的Y形连接3.相电压与线电压之间的关系3.相电压与线电压之间的关系4.三相四线制电源的Y形连接的特点1）对称三相电动势有效值相等，频率相同，各相之间的相位差为120◦2）三相四线制的相电压和线电压都是对称的。3）线电压是相电压的倍，线电压的相位超前相应的相电压。三相电源的Δ形联结，是把3个绕组（电压源）依次首（始端）尾（末端）相联，接成一个闭合回路，然后从3个连接点引出3根端线，这种接法只有三线制。对称三相电源接成∆形联结时，在三相绕组的闭合回路中同时作用着三个电压源，由于回路中的总电压为零，不会产生环流。但有若有一相绕组接反，回路中总电压不为零，回路中将会产生很大的环流，致使三相电源设备烧毁。因此，使用时应该加以注意。谢谢观赏！项目二正弦交流电路课题六三相负载学习导入按对供电电源的要求不同，负载可分为单相负载和三相负载。单相负载只需单相电源即可工作。三相负载则必须接在三相电路中才能工作。三相负载的连接方式有星形连接和三角形连接两种。一、Y形联结将三相负载的末端连结在一起（三相负载中性点）接电源中性线（工作零线），另一端分别连接电源三根火线的连接方法叫做三相负载的Y联结。因三相对称交流电任意时刻三相电流的代数和为零，故三相负载对称中的电流必为三相对称交流电，故三相负载对称的三个相电流的代数和必为零，三相负载的末端连结在一起后不必接电源中性线。三相负载Y联接的特点：1)负载端的线电压＝电源线电压。2)负载的相电压＝电源相电压。3)三相负载星形连接时，线电流＝相电流。4)电源的线电压是相电压的倍，负载的线电压是相电压的倍，线电压超前相电压。0102032.Δ联结2.∆联结1.特点2.注意事项谢谢观赏！项目二正弦交流电路课题七三相负载的功率学习导入三相交流电路可看作是三个单相交流电路的组合。因此，单相交流电路的功率计算可直接应用到三相交流电路中。一、不对称三相电路的有功功率二、对称三相负载的功率在电源相同的情况下，Δ形联结的总有功功率是Y形联结的3倍。因三相负载都有一定的功率，故要采用正确的联结方式。如果三相负载的正确的联结方式是星形联结，但错联结成三角形联结，三相负载将很快烧毁；如果三相负载的正确的联结方式是三角形星形联结，但错联结成星形联结联结，三相负载将不能正常工作甚至烧毁。二、注意事项例2-6-1已知三相电源线电