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1、单元二 正弦交流电,一、正弦交流电的基本概念,二、电容器与电感器,四、RLC串联电路,五、三相正弦交流电路,单元小结,三、单相正弦交流电路,返回,2,学习目标完成本单元学习后，你应能：1.了解单相交流电路中的基本概念；2.理解正弦交流电的三要素；3.了解正弦交流电的周期、频率、角频率之间的关系；4.正确描述电容器与电感器的概念和特性；5.掌握正弦交流电路中RLC串联电路的特点；6.了解三相电源的概念。建议学时：10学时,目录页,前一页,3,一、正弦交流电的基本概念,1.正弦交流电的概念2.正弦交流电的三要素,目录页,前一页,4,1.正弦交流电的概念交流电是指大小和方向都随时间作周期性变化的交变
2、电动势、电压、电流的总称。正弦交流电是指按正弦规律变化的交流电。,目录页,前一页,5,2.正弦交流电的三要素1）最大值2）频率（周期、角频率）3）初相位4）有效值,目录页,前一页,6,正弦交流电的电流波形图,目录页,前一页,7,1）最大值 正弦交流电中最大的瞬时值称为最大值，也称振幅或峰值。,目录页,前一页,8,2）频率（周期、角频率）正弦交流电循环变化一周的时间称为周期。单位时间内包含的周期数称为频率。频率和周期互为倒数。,目录页,前一页,9,3）初相位 相位表示正弦量在某一时刻所处的状态的物理量。相位是决定正弦交流电在某一时刻所处的状态，初相位则确定正弦交流电在计时起点 t=0时的初始值。
3、,目录页,前一页,10,例题2-1：正弦交流电的电流振幅值Im=20A、频率f=50Hz，初相位i=/4。求：当t=0时，电流i的瞬时值是多少？,目录页,前一页,11,做一做当 t=2ms时，电流i的瞬时值是多少？,目录页,前一页,12,相位差：相位差指的是两个同频率正弦交流电的相位之差，即为相位差。两个同频率的正弦交流电的相位差就是它们的初相位之差。初相位不同，反映它们随时间变化的步调不一致。,目录页,前一页,13,同频率交流电相位差关系 a）超前或滞后；b）同相；c）反向,目录页,前一页,14,4）有效值 交流电的有效值是根据电流的热效应规定的，交流电流通过电阻时和直流电流通过电阻时一样，
4、都会产生热量。若在数值相等的两个电阻中，分别通入交流电流与直流电流，在相同时间内，如果这两个电阻产生的热效应相等，则这个直流电流的数值就是该交流电流的有效值。,15,二、电容器与电感器,1.电容器2.电感器3.电容器与电感器的应用,目录页,前一页,16,电容器1）电容器的结构与类型2）电容器的电容量3）电容器的主要特性,目录页,前一页,17,1）电容器的结构与类型 任何两块金属导体，中间用电介质（绝缘体）隔开，便组成了一个电容器。电容器的种类很多，按结构可分为固定电容器、微调电容器及可变电容器三类。,目录页,前一页,18,常见电容器的图形符号 a）微调电容器；b）可变电容器；c）一般电容器；d
5、）电解电容器,目录页,前一页,19,2）电容器的电容量 电容器存储电荷的能力称为电容器的电容量，简称电容。电容的大小等于电容器两极板加单位电压时所存储的电荷量。,目录页,前一页,20,3）电容器的主要特性（1）电容器的充放电规律。（2）电容器的工作特性。,目录页,前一页,21,（1）电容器的充放电规律电容器充放电实验电路 a）实验电路；b）充电；c）放电,目录页,前一页,22,电容器的充放电规律为：电容器充电的过程就是极板上电荷不断积累的过程。电容器充电与放电的快慢，取决于充放电电路中电阻与电容的乘积，而与电压的大小无关。,目录页,前一页,23,（2）电容器的工作特性。电容器接在直流电路中，只
6、有在接换电路时，由于电容器充电或放电，电路中才有电流通过（电荷的移动）。电容器接在交流电路中，随着交流电的不断变化，电容器将不断反复充放电，电路中形成不断变化的电流（电荷不停地来回移动）。电容器在电路中工作时，它只是实现能量的转换，并不消耗能量。,目录页,前一页,24,2.电感器1）电感器的结构与类型2）电感器的电感量3）电感器的主要特性,目录页,前一页,25,1）电感器的结构与类型 电感线圈是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁芯、铁芯介质上绕制成的一组串联的同轴线圈。将电感线圈加上散热元件、外壳及接线柱就制成了电感器。电感器的分类：（1）按结构分类；（2）按接线结构分类；（3）按工作频
7、率分类；（4）按用途分类。,目录页,前一页,26,常用电感器图形符号a）一般电感；b）带磁芯电感；c）带铁芯电感,目录页,前一页,27,2）电感器的电感量 电感器的电感线圈产生磁场的能力，称为该线圈的电感量（又称为自感系数），简称电感。电感器电感线圈的电感越大，则它储存的磁场能量也就越多。,目录页,前一页,28,3）电感器的主要特性（1）自感与互感。（2）工作特性。,目录页,前一页,29,（1）自感与互感。对于接在电路中的电感线圈，当电感线圈中的电流发生变化时，电感线圈会对电流的变化起阻碍作用，即电感线圈会产生感应电动势，这称为自感。如果是两个相邻电感线圈，当其中一个电感线圈的电流发生变化时，
8、另一个电感线圈将产生电动势来阻止电流的变化，这称为互感。,目录页,前一页,30,（2）工作特性。电感线圈接在直流电路中，当线圈的电流增大或减小时，电感线圈会阻碍电流的变化，但一定时间之后，阻碍作用将会消失。电感线圈接在交流电路中，随着交流电的不断变化，电感线圈将会反复不断地起阻碍作用，交流电的频率越高，阻碍作用就会越明显。与电容器一样，电感器在电路中工作时也是实现能量的转换，实质上也是一种储能元件，它所存储的是磁场能量。,目录页,前一页,31,3.电容器与电感器的应用1）电容器的应用2）电感器的应用,目录页,前一页,32,1）电容器的应用 电容器具有通交流、隔直流的作用。小容量的电容，通常在高
9、频电路中使用；大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。电容器在汽车上也有使用。,目录页,前一页,33,2）电感器的应用 由于电感器的电感线圈具有阻流的作用，电感器可用来变压、筛选信号、过滤噪声、稳定电流、抑制电磁波干扰等。,目录页,前一页,34,三、单相正弦交流电路,1.纯电阻电流2.纯电感电路3.纯电容电路,目录页,前一页,35,1.纯电阻电路（1）电流和电压的有效值（最大值或瞬时值）满足欧姆定律。（2）电路的功率。,目录页,前一页,36,纯电阻电路 a）电路图；b）波形图,目录页,前一页,37,2.纯电感电路（1）电压与电流的有效值（或最大值）满足欧姆定律。（2）电感上的电压相位超前电流相位
10、90。（3）纯电感电路不消耗功率。,目录页,前一页,38,纯电感电路a）电路图；b）波形图,目录页,前一页,39,小提示 在一个周期内，电感吸收的电能等于它释放的磁场能，它不消耗能量，只是在电路中起能量交换作用。电感平均功率为零。,目录页,前一页,40,例题2-2：在电压为220V，频率为50Hz的电源上接电感L=0.127H的纯电感。试求线圈的感抗XL，线圈中电流的有效值I及无功功率QL？,目录页,前一页,41,3.纯电容电路（1）电压与电流的有效值（或最大值）满足欧姆定律。（2）电容上的电压相位滞后电流相位90。（3）纯电容电路不消耗功率。,目录页,前一页,42,纯电容电路a）电路图；b）
11、波形图,目录页,前一页,43,四、RLC串联电路,1.R、L、C串联电路电压和电流的关系2.R、L、C串联电路功率的关系,目录页,前一页,44,1.R、L、C串联电路电压和电流的关系RLC串联电路,目录页,前一页,45,根据各元件的特点，用向量表示电压与电流的关系,目录页,前一页,46,根据以上分析可以画出阻抗三角形，如图所示。,目录页,前一页,47,根据以上分析和各元件特点，可以画出电压向量图。,目录页,前一页,48,由图上几何关系可得：,目录页,前一页,49,综上所述，可画出RLC串联电路的电压、电流波形图，如图所示。,目录页,前一页,50,在RLC串联电路中，各参数值不同，使电路呈现不同
12、的情况和性质。（1）当XLXC时，0，则电路呈电感性质，类似于RL串联电路，这时总电压超前电流角。（2）当XLXC时，0，则电路呈电容性质，类似于RC电路，这时总电压滞后电流角。（3）当XL=XC时，=0，此时Z=R，则电路呈纯电阻性质，类似于R元件电路，这时总电压和电流同相，它又称为串联谐振电路。,51,例题2-3：如图所示的RLC串联电路，已知，U=U2，R=4，XL=3，求XC（XC0），并判断此电路的性质？,目录页,前一页,52,向量图,目录页,前一页,53,2.R、L、C串联电路功率的关系利用有功功率P=I2R和无功功率Q=I2X的关系式，可以讨论这些功率之间的关系。,目录页,前一页
13、,54,根据功率是标量的特征和上式，可以作出如图所示的总功率、有功功率和无功功率的三角形关系图。,目录页,前一页,55,一个电源实际输出的有功功率与电源所接负载的特性有关。电源接负载的目的是为了实现能量的转换。要提高电源设备的利用率，必须提高电路的功率因数。,目录页,前一页,56,五、三相正弦交流电路,1.三相交流电源的产生2.三相电源的连接,目录页,前一页,57,1.三相交流电源的产生三相交流电是由三相交流发电机产生的。三相交流发电机主要由定子和转子构成。,目录页,前一页,58,三相交流发电机结构、波形和矢量图 a）三相交流发电机结构图；b）电动势波形图；c）电动势矢量图,目录页,前一页,59,2.三相电源的连接1）三相电源的星形（Y）连接2）三相电源的三角形连接,目录页,前一页,60,1）三相电源的星形（Y）连接发电机绕组的星形连接a）电路图；b）等效电路,目录页,前一页,61,2）三相电源的三角形连接,目录页,前一页,62,单元小结,1.交流电的概念2.正弦交流电的三要素3.单相正弦交流电路4.三相正弦交流电路,目录页,前一页,63,64,
