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1、汽车电工与电子基础,主讲:张闽临 赣州华坚科技职业学校,1,（第二章 正弦交流电）,第二章 正弦交流电路,本章要求 1、理解正弦量的特征及其各种表示方法；2、理解电路基本定律的相量形式及阻抗；掌握计算正弦交流电路的相量分析法，会画相量图；3、掌握有功功率和功率因数的计算，了解有功功率、无功功率和视在功率的概念；4、了解正弦交流电路的频率特性；5、了解提高功率因数的意义和方法。,2,3,1、把正弦交流电与直流电作个比较？2、在我们的生活中那些电器用的是交流电。,观察与思考,2.1概述,交流电的概念 如果电流或电压每经过一定时间（T）就重复变化一次，则此种电流、电压称为周期性交流电流或电压。如正弦
2、波、方波、三角波、锯齿波等。,4,u,u,t,t,T,T,正弦交流电路,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：便于变压、传输；电器设备结构简单、成本低、使用维护方便；便于交流变直流；,5,2.2正弦交流电的基本物理量,描述变化周期的几种方法：1.周期T：变化一周所需的时间单位：秒，毫秒.2.频率f：每秒变化的次数单位：赫兹，千赫兹.周期与频率3.角频率：每秒变化的弧度单位：弧度/秒,6,小常识,*电网频率：中国50 Hz美国、日本60 Hz*有线通讯频率：300-5000 Hz*无线通讯频
3、率：30 kHz-3104 MHz,7,交流电的大小(幅度),1、最大值：在一个周期内所出现的最大瞬时值。下标用小写字母“m”，如“Um”。表达式：2、瞬时值：交流电某一时刻所对应的数值。电量用小写字母，如u、i等。表达式：u=Umsin（t+）,8,9,交流电的大小(幅度),表达式：4、平均值：指半个周期内的平均值。下标用小写字母“av”，如“Uav”。表达式：Uav=0.637Um,3、有效值：让一个交流电电流和一个直流电流分别通过相同阻值的电阻，如果在相同时间内产生的热量相等，那么就把这一直流电的数值叫有效值。电量必须大写字母，如U、I。,相位,u=Umsin(t+1)i=Imsin(t
4、+2)t=0 时的相位称为初相位或初相角。也可以把相位比作正弦交流电在某一瞬间所处的位置（或角度）,10,t,i,正弦波的相位角或相位,思考与讨论,类比跑步比赛，步幅与频率的关系。,11,两个同频率正弦量间的相位差(初相差),12,1,2,i1,i2,t,i,i1=Im1sin(314t+30)i2=Im2sin(314t+90)（两个同频率正弦量在任何瞬时的相位之差叫相位差，即90-30=60）,两种正弦信号的相位关系,13,相同相位1=2,i1,i2,i2,i1,1,1,2,2,2=1,相位领先i1 领先i2,正交关系i1 落后i2 90,t,i2,i1,i1,i2,相反相位=180,t,
5、t,t,14,交流电三要素的代数式例题：,最大值Um=311V,瞬时值u=155.5V,初相位或初相角=30,角频率=314,有效值U=220V,频率f=50Hz,2.3 正弦波的相量表示方法,一、波形图：二、解析法（瞬时值表达式）：三、相量表示法：,15,t,i,u=Umsin（t+）,I,U,0,0,相量表示法,概念：一个正弦量的瞬时值可以用一个旋转的有向线段在纵轴上的投影值来表示。正弦波的相量表示法。,16,Im,I0,t,正弦交流电,旋转表示,展开表示,0,2.4单一参数的正弦交流电路,、纯电阻电路根据欧姆定律 u=iR电阻电路中电流、电压的关系1.频率相同 2.相位相同 3.有效值关
6、系：u=iR4.相量关系：U=I=0,17,R,i,u,I,U,思考与讨论,类比酸碱度，说明电路的阻性、容性和感性。,18,纯电感电路,i=Imsin（t+0）u=Umsin（t+90）电感电路中电流、电压的关系1.频率相同2.相位相差90（u 领先i 90）,19,u,i,L,基本关系式：,3.有效值,20,90,t,i,u,U,I,90,U=ILXL=L=2 fL，XL为感抗，单位是“”,U领先I90,电感器,21,讨论,感抗（XL=L）是频率的函数，表示电感电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。UL=IXL频率f 一定时，感抗XL与电感L成正比，即L越大，XL 越大。电感L
7、 一定时，感抗XL 与频率f 成正比。,22,电感电路中的功率,1.瞬时功率pP=ui=Umsin(t+90)Imsint=UIsin2t,23,0,1/,1/,2,P,i,u,24,2.平均功率,+,+,_,_,P0,P0,P0,P0,储存能量,释放能量,储存能量,释放能量,结论：以上为可逆的能量转换过程（能量的吞吐），纯电感不消耗能量。P=0,t,P,P,I,3.无功功率Q,Q 的定义：电感瞬时功率所能达到的最大值。（或指能量的交换规模）P=ui=UIsin2t,25,Q 的单位：乏、千乏(var、kvar),“无功”的含义是“交换”而不是“消耗”,思考与讨论,例举有功率、无功率的电器和电
8、路（指各种家电）。,26,纯电容电路,基本关系式:,27,u,i,C,电容电路中电流、电压的关系,1.频率相同2.相位相差90（u 落后i 90）,28,90,i,u,i,u,90,I领先U90,t,29,3.有效值,讨论,容抗 是频率的函数，表示电容电路中电压、电流有效值之间的关系，且只对正弦波有效。频率f 一定时，容抗XC与电容量C成反比，即C越大，XC 越小。电容C 一定时，容抗XC 与频率f 成反比。,30,电容电路中的功率,1.瞬时功率p,31,i,u,P,放电,放电,充电,充电,P0,P0,P0,P0,i,i,i,i,u,u,u,u,释放能量,储存能量,32,2.平均功率P,P,P
9、,i,u,t,iuP,0,纯电容电路中没有电能消耗：P=0,3.无功功率Q,瞬时功率达到的最大值（吞吐规模）,33,（电容性无功取负值）,小结,1.单一参数电路中的基本关系电路参数R 基本关系：电路参数L 基本关系：电路参数C 基本关系：,34,U=RI,电阻、电感、电容串联电路,电流与电压的关系,35,UL,UR,U,I,UR,设：i=Imsint,电阻端电压为：,电感端电压为：,UL,阻抗角,36,2.5电感和电容的交流电路,u,L,U,UL,I,UC,i,C,R,37,阻抗、电压及功率三角形关系,Z,R,XLXc,U=ZI,UR=RI,P=URI,S=UI,UL-UC=（XL-Xc）I,
10、Q=（UL-Uc）I,阻抗三角形,电压三角形,功率三角形,38,观察与思考,1、为什么变压器和电动机不是纯电感电路？会发热消耗功率。,39,在两磁极中放一个线圈以的速度顺时针旋转而产生感应电流。根据右手定则可知，线圈中产生感应电动势，其方向由AX。,39,N,S,O,A,S,Y,Y,O,O,t,Em,90,180,360,270,单相发电机原理图,单相电动势的产生,40,40,三相交流电路又称多相制电路，由三个大小相等，频率相同，相位互差120的正弦单相交流电组成。三相交流电具有的优点：1、发电机体积小，省材料；2、发电机结构简单，使用和维护方便，振动小；3、适合大功率远距离输电，可节约25%
11、的材料。,3.5三相交流电动势的产生,41,41,三相交流电动势的产生,S,N,定子,转子,Y,C,B,Z,X,A,定子中放三个线圈：,A XB YC Z,首端,未端,三线圈空间位置各差120转子装有磁极并以的速度旋转。三个线圈中便产生三个单相电动势。,三相发电机原理图,42,相电动势的表示式,三角函数式,42,三相电动势的特征：大小相等，频率相同，相位互差120。,43,43,三相对称电动势,eA,eB,eC,120,240,360,t,e,120,120,120,eA,eB,eC,波形图,矢量图,44,3.5.3 三相交流电源的连接,一、星形接法（Y）,44,A,C,B,X,Z,Y,A,B
12、,C,N,UA,-UAB,UC,-UCA,UB,-UBC,30,三相四线 制供电,火线（相线）:A B C中线（零线）：N,-UB,45,二、三角接法,三相三线制特点：线电压Ul=相电压Up,45,eA,eC,eB,A,B,C,uCA,uBC,uAB,A,B,C,X,Y,Z,UAB=UAX=380VUCA=UCY=380VUBC=UBZ=380V,46,46,5.4 三相负载星形接法:,ZA,ZB,ZC,ZA,ZB,ZC,iA,iC,iB,iA,iC,iB,iN,A,N,A,C,B,C,B,三相不对称负载的星形联结,三相对称负载 的星形联结,47,47,三相负载星形接实际电路:,A,B,N,C,FU,三相不对称负载的星形联结,三相对称负载 的星形联结,三相负荷（如电动机）,单相负荷（如照明、家电）,48,48,ZA,ZB,ZC,A,N,C,B,UBN,UCN,UAN,UAB,UAC,UCB,相电压:UAN=UBN=UCN=220V线电压：UAB=UAC=UCB=380V,5.5相电压与线电压：,结束,49,电话：,
