电器技术基础及应用2.ppt

,正弦量的基本概念与正弦量的三要素,正弦交流电的有效值,正弦量的相量表示法,电阻R、电感L和电容C的正弦交流电路,RLC串联电路,三相电路,磁路与变压器,安全用电,2.1,2.2,2.3,2.5,2.7,2.4,2.6,2.8,2.1 正限量的基本概念与正弦量的三要素, 2.1 正弦量的基本概念与正弦量的三要素,2.1.1 瞬时值、振幅,正弦量瞬时值中的最大值, 叫振幅值, 也叫峰值。 大写字母带下 标“m” 表示, 如Um、Im等。,2.1 正限量的基本概念与正弦量的三要素,2.1.2 周期、频率和角频率,周期T：正弦量完整变化一周所需要的时间。 频率f：正弦量在单位时间内变化的周数。 周期与频率的关系： 角频率：表示正弦量在单位时间内变化的弧度数, 即,2.1 正弦量的基本概念与正弦量的三要素,2.1.3 相位、初相位和相位差,相位： 正弦量表达式中的角度 初相： t=0时的相位 相位差：两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的 初相之差。如,相位差为：,2.1 正弦量的基本概念与正弦量的三要素,2.1.3 相位、初相位和相位差,定义：让交流电流i和直流电流I分别通过两个阻值相等的电阻R，如果在相同的时间T内，两个电阻消耗的能量相等，则称该直流电流I的值为周期电流i的有效值。,a)交流电通过电阻 b)直流电通过电阻,2.2 正弦交流电的有效值,2.2 正弦交流电的有效值,根据有效值的定义有 交流电流的有效值为： 正弦电压、正弦电动势的有效值为：,2.2 正弦交流电的有效值,2.2 正弦交流电的有效值,工程上通常所说的交流电的大小一般均指有效值。在测量交流电 路的电压、电流时，仪表指示的数值一般是交流电的有效值；各种交流电气设备铭牌上的额定电压和额定电流也多是指它们的有效值。,电容器的耐压值为 250V, 问能否用在220V的单相交流电源上？ 解： 因为 220V的单相交流电源为正弦电压, 其振幅值为311 V, 大于其耐压值250V,电容可能被击穿, 所以不能接在220 V的单相电源上。 各种电器件和电气设备的绝缘水平（耐压值）, 要按最大值考虑。,2.2 正弦交流电的有效值,2.2 正弦交流电的有效值,例 2-1,正弦交流电的相量表示法是建立在数学中复数基础上的，即正弦量可以用一个复数来表示，复数的模代表正弦量的有效值，复数的幅角代表正弦量的初相位。 正弦交流电流的相量为 : 相量图为：,2.3 正弦量的相量表示法,2.3 正弦量的相量表示法,2.3.1 正弦量与相量的对应关系,设 ，其对应的相量表达形式分别为：,2.3 正弦量的相量表示法,2.3.2 正弦量相量常用表示方式,代数式 ： 指数式 ： 极坐标式 ：,2.4 电阻R、电感L和电容C 的正弦交流电路, 2.4 电阻R、电感L和电容C 的正弦交流电路,2.4.1 电阻元件的正弦交流电路,1.电阻元件上电压和电流的关系,电阻元件的正弦交流电路,设：,有,或,电阻元件上电压与电流的相量图,工程上都是计算瞬时功率的平均值, 即平均功率, 用大写字母 P 表示。 平均功率的单位为瓦（W），工程上也常用千瓦（kW）。 一般用电器上所标的功率，如白炽灯的功率为25W、电炉的功率为1000W、电阻的功率为1W等都是指平均功率。,2.4 电阻R、电感L和电容C 的正弦交流电路,2功率及能量转换,2.4 电阻R、电感L和电容C 的正弦交流电路,2.4.2 电感元件的正弦交流电路,1.电压与电流的关系,电感元件的正弦交流电路,设,有,电压和电流的相量关系为：,对应的相量图：,或,得,2.4 电阻R、电感L和电容C 的正弦交流电路,2功率及能量转换,电感元件上的瞬时功率：,电感元件的瞬时功率波形,电感元件一个周期内吸收的平均功率为零。,无功功率:,单位为“乏”（var）, 工程中也常用“千乏”（kvar）。,电容元件的正弦交流电路,电容元件的电压电流相量图,2.4 电阻R、电感L和电容C 的正弦交流电路,2.4.3 电容元件的正弦交流电路,1电压与电流的关系,电流和电压的相量式：,设,有,得,电容元件上的瞬时功率：,电容元件的电压电流和瞬时功率波形,2.4 电阻R、电感L和电容C 的正弦交流电路,2功率及能量转换,一个周期内吸收的平均功率为零。,无功功率:,单位为“乏”（var）, 工程中也常用“千乏”（kvar）。,RLC串联电路,2.5 RLC串联电路, 2.5 RLC串联电路,2.5.1 电压与电流的关系,2.5 RLC串联电路,2.5.1 电压与电流的关系,阻抗、电压、功率三角形,2.5 RLC串联电路,2.5.2 功率及其测量,称为功率因数，体现了电源的利用率。,已知日光灯的功率为100,现有100只功率因数为0.5的日光灯，接在额定电压为220V的工频交流电源上，试求电源供给它的有功功率、无功功率及电源的容量；若电源上接的是100只100的白炽灯，有何差异？ 解: (1)电源上接日光灯： 根据功率三角形 (2)电源上接白炽灯，由于白炽灯是纯电阻性负载：,2.5 RLC串联电路,2.5.2 功率及其测量,例2-7,2.5 RLC串联电路,2.5.3 RLC串联电路的谐振,1. 串联谐振的条件,条件是电路的电抗为零，即：,1)阻抗Z=R，外加电压U一定时，电流具有最大值Io =U/R，Io称为串联谐振电流。 2)电压与电流同相，电路呈现纯电阻性质。 3)因为XL=XCR，故UL=UCUR=U，即电感和电容上的电压远远高于电路的端电压。,2.5 RLC串联电路,2. 串联谐振电路的特点,提高日光灯电路功率因数接线图,2.5 RLC串联电路,2.5.3 功率因数的提高,在上述实验中，当电容为零时，总电路电流表的读数即为日光灯（等效为串联）电路电流 ，功率因数为 。当电容不为零时，功率因数为 。 实验结果发现，随着电容C的增大，总电流的值由大变小，功率因数逐渐增至最大即 。,2.5 RLC串联电路,2.5.3 功率因数的提高,a）电路图 b）相量图,从相量图中可以看出，并联电容前，功率因数为 ，并联电容后，功率因数变为 ，很明显，功率因数得到了提高。,三相交流发电机示意图,eW,三相绕组示意图,2.6 三相电路, 2.6 三相电路,2.6.1 对称三相电源,1. 三相交流电的产生,: 直流励磁的电磁铁,三相电动势瞬时表示式:,相量表示:,2.6 三相电路,1. 三相交流电的产生,EV,EU,.,.,120,相量图,三相交流电到达正最大值的顺序称为相序，供电系统的相序为 U-V-W- U,120,120,2.6 三相电路,2. 三相电源的联接,中性点,端线(相线、火线),中性线(零线、地线),三相电源的星形联接,相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压，分别用 表示。有效值用 Up 表示。 线电压：端线与端线间的电压,分别用 来表示，有效值常用Ul 表示。,2.6 三相电路,2. 三相电源的联接,30,线电压与相电压之间的相量关系,线电压与相电压的关系：,相电流：流过每相负载的电流； 线电流：流过端线的电流。,ZW,2.6 三相电路,2.6.2 三相负载的联接,1. 星形联接,若三相负载对称，即 ，按图示参考方向，三相电流分别为:,负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。 负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。,2.6 三相电路,1. 星形联接,，则：,2.6 三相电路,2. 三角形联接,线电流:,对于对称三相负载,相量图,2.6 三相电路,2. 三角形联接,三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形，而照明负载一般都联结成星形（具有中性线）。 三相负载的联接原则： 应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。 负载的额定电压 = 电源的线电压，应作 联结; 负载的额定电压 = 电源线电压，应作 Y 联结。,2.6 三相电路,2. 三角形联接,负载的星形联接实验接线图,实验表明，当中线联通时，不管负载是否对称，各灯泡亮度相同，各相负载端电压相等。当中线断开后，若负载对称，灯泡的亮度相同，且各相负载端电压相等；若负载不对称，那么灯泡的亮度明显不同，各相负载端电压有的过高，有的过低。,2.6 三相电路,3.中线的作用,为防止中线断开，中线上不允许接熔断器和开关。,无论负载为 Y 或联结，每相有功功率都应为 Pp= Up Ip cos,当负载对称时： P = 3Up Ipcos,对称负载Y联结时：,对称负载 联结时：,2.6 三相电路,2.6.3 三相电路的功率,所以 同理,三相对称负载作三角形联结，Ul =220V，当S1、 S2 均闭合时，各电流表读数均为17.3A，三相功率P = 4.5 kW，试求: 1) 每相负载的电阻和感抗； 2) S1合、S2断开时, 各电流表读数和有功功率P。,2.6 三相电路,2.6.3 三相电路的功率,例 2-6-1,解: 1),2.6 三相电路,2.6.3 三相电路的功率,例 2-6-1,2),因为开关s均闭合时, 每相有功功率 P =1.5 kW。 当 S1合、S2断时， 、 的相电压和相电流不变，则 、 不变。,含有铁、钴、镍及其合金的材料称为铁磁材料。铁磁材料的高导磁性使磁力线主要在铁心中通过，从而形成的磁通路径，称为磁路。电气设备的基本构造就是由电路和磁路组成的。,2.7 磁路与变压器, 2.7 磁路与变压器,2.7.1,1.磁路,由线圈自身电流的变化所引起的感应现象称自感现象。 而互感是线圈中的感应电动势是由另一个线圈电流引起的现象，由互感产生的感应电动势称为互感电动势。,互感现象,2.7 磁路与变压器,2.自感与互感,闭合开关S，并调节电阻R，使线圈ab中的电流由零逐步增大到某一定值，这时检流计的指针会发生偏转。,在这两组端钮中，瞬时极性始终相同的端钮叫同极性端，又称同名端。 1)同极性端的测定,毫安表的指针正偏1和3是同极性端；反偏1和4是同极性端。,U13=U12U34时1和3是同极性端； U13=U12U34时1和4是同极性端。,2)同极性端的标记,2.7 磁路与变压器,2.自感与互感,变压器的结构与电路符号,2.7 磁路与变压器,2.7.2 变压器,1.变压器的基本结构及工作原理,单相变压器的原理图,1）电压变换关系,2）电流变换关系,3）阻抗变换,当变压器工作时，其输入电阻为实际负载电阻的 倍,电压变化率反映电压 的变化程度。通常希望 的变动愈小愈好，一般变压器的电压变化率约在5%左右。,2.7 磁路与变压器,2.实际变压器的外特性,1通过人体的电流越大，对人体的影响也越大。 2交流电对人体的损害作用比直流电大。 3电流持续时间与损伤程度有密切关系。 4通过人体的电流途径不同时，对人体的伤害情况也不同。,2.8 安全用电, 2.8 安全用电,2.8.1 电流对人体的伤害,1使用安全电压 2绝缘保护 3保护接地或保护接零 电气设备的保护接地和保护接零是为了防止人体接触绝缘损坏的电气设备所引起的触电事故而采取的有效措施。 4安装漏电保护器,2.8 安全用电,2.8.2 防止触电的保护措施,保护接地,保护接零,本章要点及小结,1.正弦交流电是随时间按正弦规律变化的 周期性函数，包括三要素。,2.正弦量可以用三角函数式、波形图、 相量等几种不同的形式表示。,3.单一参数正弦交流电路是理想化的电路。,正弦交流电路,4