表征正弦交流电的物理量PPT专业课件.ppt

第七章,正弦交流电的基本概念,1,.,第七章正弦交流电的基本概念,教学重点1了解正弦交流电的产生。2掌握表征正弦交流电的三要素：振幅、角频率、初相位。3理解交流电的周期、频率、有效值、相位与相位差等概念。4掌握正弦交流电流、电压的表示法(解析式、波形图、相量图等)。,教学难点1.理解相位差的概念。2.掌握正弦量的相量图。,2,.,学时分配,3,.,第七章正弦交流电的基本概念,第一节交流电的产生,第二节表征交流电的物理量,第三节交流电的表示法,本章小结,4,.,第一节交流电的产生,一、交流电的产生,二、正弦交流电,5,.,如果电流的大小及方向都随时间做周期性变化，并且在一个周期内的平均值为零的电流称为交流电。,一、交流电的产生,6,.,二、正弦交流电,大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势，在某一时刻t的瞬时值可用三角函数式(解析式)来表示，即,i(t)=Imsin(ti0)u(t)=Umsin(tu0)e(t)=Emsin(te0),7,.,i(t)=Imsin(ti0)u(t)=Umsin(tu0)e(t)=Emsin(te0),式中，Im、Um、Em分别叫做交流电流、电压、电动势的振幅(也叫做峰值或最大值)，电流的单位为安培(A)，电压和电动势的单位为伏特(V)；叫做交流电的角频率，单位为弧度/秒(rad/s)，它表征正弦交流电流每秒内变化的电角度；i0、u0、e0分别叫做电流、电压、电动势的初相位或初相，单位为弧度rad或度()，它表示初始时刻(t=0时)正弦交流电所处的电角度。,振幅、角频率、初相这三个参数叫做正弦交流电的三要素。任何正弦量都具备三要素。,8,.,第二节表征交流电的物理量,9,.,【复习回顾】,1.什么是正弦交流电？,这种大小和方向都随时间做正弦周期性变化，并且在一个周期内的平均值为零的电流称为正弦交流电。,2.写出交流电电流、电压和电动势的解析式。,i=Imsin(t0)u=Umsin(t0)e=Emsin(t0),10,.,T,交流电的瞬时值和最大值,Im,最大值,瞬时值,Im,瞬时值：交流电任一瞬间的值；用i、u、e表示。,最大值（幅值）：交流电在一个周期内所达到的最大值；用大写字母下标加m，Im、Um、Em。,11,.,【实例导入】,交流设备铭牌,12,.,第二节表征交流电的物理量,一、周期与频率,二、最大值和有效值,三、相位和相位差,13,.,阅读思考：,一、周期和频率,（1）什么叫交流电的周期？,（2）什么叫交流电的频率？,（3）周期与频率的关系是什么？,（4）什么叫交流电的角频率？它与周期、频率的关系是什么？,14,.,一、周期与频率-描述正弦量变化快慢的物理量,T,1、交流电的周期：,交流电完成一次周期性变化所需的时间。用T表示，单位：s(秒).,2、频率：交流电在1秒内完成周期性变化的次数。用f表示，单位：HZ（赫兹）。,3、周期与频率的关系：,我国市电的周期是0.02s,我国市电的频率是50Hz,4角频率,=2f=2/T,交流电每秒所变化的角度，称为交流电的角频率。用w表示，单位：rad/s(弧度/秒）,5.角频率与频率、周期之间的关系为：,一、周期与频率-描述正弦量变化快慢的物理量,思考：已知工频电流的频率为50Hz，计算它的周期、角频率分别为多少？,二、最大值和有效值-描述交流电大小的物理量,1.交流电的最大值（峰值）（Em，Im，Um）,是指交流电在一个周期内所能达到的最大数值。,电容器接入电路之前，要知道电路交流电压的最大值，电容器所能承受的电压必须要高于电路电压的最大值，否则可能被击穿。,T,Im,Im,将电容器（8V，500F）接在学生电源上充电，接8V电压时电容器正常工作，接16V电压时，几分钟后闻到烧臭味，后听到爆炸声。,有效值是指与交流电热效应相同的直流电数值。根据电流的热效应确定的。,在t时间内产生的热量为Q,例,在t时间内产生的热量也为Q,2、有效值,。,让交流电和直流电通过相同的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，就把这个直流电的数值I（或U）叫做这一交流电的有效值。有效值用U、I或E表示。,注：1）通常所说照明电路的电压是220V，便是指有效值。2）各种使用交流电的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值均为有效值。3）交流电流表和交流电压表测量的数值，也都是有效值。4）以后提到交流电的数值，凡没有特别说明的，都是指有效值。,3、正弦交流电的有效值和最大值之间具有特定的数量关系，即：,最大值是有效值的倍。,第二节表征交流电的物理量（二）,【回顾旧识】,1）周期T：变化一周所需的时间（s）,3）角频率：,（rad/s）,一、周期与频率-描述正弦交流电变化快慢的物理量,2）频率f：每秒完成周期性变化的次数；（Hz）,二、最大值和有效值-描述交流电大小的物理量,2.交流电的最大值（峰值）（Em，Im，Um）,是指交流电在一个周期内所能达到的最大数值。,T,Im,Im,1.瞬时值（u、i、e）,交流电随时间按正弦规律变化，对应各个时刻的数值称为瞬时值，瞬时值是用正弦解析式表示的，即：,二、最大值和有效值-描述交流电大小的物理量,3、有效值：（I、U、E）,耐压为220V的电容器，能否用在有效值为180V的正弦交流电源上？,不能！因为接入电路中的电容器所能承受的电压要高于交流电压的最大值。180V的正弦交流电，其最大值255V180V!,正弦交流电流瞬时表达式：,？,【导入】,阅读.思考,1、什么是相位、初相位？2、什么是相位差？3、两个正弦量的相位关系有哪些？4、正弦交流电的三要素是什么？,正弦交流电的相位、相位差,决定正弦交流电在变化过程中瞬时值的大小和方向。,初相确定了正弦量的初始位置，初相规定不得超过180（-）。,(1)相位,(2)初相位：,正弦量与纵轴相交处若在正半周，初相为正。,正弦量与纵轴相交处若在负半周，初相为负。,瞬时值,t=0时的相位。,从坐标原点到最近一个正弦波的起点之间的距离。,u、i的相位差为：,显然，两个同频率正弦量之间的相位之差，实际上等于它们的初相位之差。,已知,(3)相位差：两个同频率交流电的相位之差。,，求,电压与电流之间的相位差。,注意,1）相位差为两者初相之差，不随时间而改变；2）不同频率的正弦量之间不存在相位差的概念。3)相位差不得超过180(）!,练习：,计算下列两正弦量的相位差。,不能比较相位差,不同频率的正弦量之间不存在相位差的概念,相位差不得超过180，超过范围的，2n,正弦交流电的相位、相位差,1、相位,2、初相位：,瞬时值,t=0时的相位。,1）初相确定了正弦量的初始位置(起点）；2）初相规定不得超过180（-）。,t=0时的瞬时值为初始值。,正弦交流电的相位、相位差,2、初相位：,正弦量与纵轴相交处若在正半周，初相为正。,正弦量与纵轴相交处若在负半周，初相为负。,t=0时的相位。,判断正负,方法二：如果初相是正值，曲线的起点就在坐标原点的左边；如果初相是负值，曲线的起点就在坐标原点的右边。,从坐标原点到最近一个正弦波的起点之间的距离就是初相的大小。,判断大小：,(3)相位差：两个同频率交流电的相位之差。,注意,1）相位差为两者初相之差，不随时间而改变；2）不同频率的正弦量之间不存在相位差的概念。3)相位差不得超过180(）!超过范围的，2n。,（4）两个正弦量的相位关系,同相：两个频率相同的交流电相位相同，相位差0。,它们的变化步调相同，同时到达零和正、负最大值。,反相：两个频率相同的交流电，相位差为180。,变化步调相反，一个到达正的最大值，另一个恰好到达负的最大值。,同相,反相,电流超前电压,超前：两个频率相同的交流电，相位差0时，称第一个正弦量比第二个正弦量超前；,（4）两个正弦量的相位关系,滞后：180V!,u1与u2反相，即相位差为180；,u1与u4同相，即相位差为零。,正弦量：,例：,第三节交流电的表示法,一、解析式表示法,二、波形图表示法,三、相量图表示法,43,.,一、解析式表示法,i(t)=Imsin(ti0)u(t)=Umsin(tu0)e(t)=Emsin(te0),例如已知某正弦交流电流的最大值是2A，频率为100Hz，设初相位为60，则该电流的瞬时表达式为,i(t)=Imsin(ti0)=2sin(2ft60)=2sin(628t60)A,二、波形图表示法,图7-2正弦交流电的波形图举例,三、相量图表示法,正弦量可以用最大值相量或有效值相量表示，但通常用有效值相量表示。,图7-3正弦量的振幅相量图举例,1.振幅相量表示法最大值相量表示法是用正弦量的最大值做为相量的模(大小)、用初相角做为相量的幅角，例如有三个正弦量为e=60sin(t60)Vu=30sin(t30)Vi=5sin(t30)A则它们的最大值相量图如图7-3所示。,2有效值相量表示法,有效值相量表示法是用正弦量的有效值做为相量的模(长度大小)、仍用初相角做为相量的幅角，例如,则它们的有效值相量图如图7-4所示。,图7-4正弦量的有效值相量图举例,本章小结,一、正弦流电的主要参数,二、交流电的表示法,48,.,本章介绍了交流电的基本概念以及交流电的表示法。,一、正弦交流电的主要参数,大小及方向均随时间按正弦规律做周期性变化的电流、电压、电动势叫做正弦交流电流、电压、电动势。,1周期与频率,交流电完成一次循环变化所用的时间叫做周期；周期的倒数叫做频率；角频率与频率之间的关系为=2f,正弦交流电的有效值等于振幅(最大值)的0.707倍，即,2有效值,3正弦交流电的三要素,正弦交流电的最大值、角频率、初相这三个参数叫做三要素。也可以把正弦交流电的有效值、频率、初相这三个参数叫做三要素。,4相位差,两个正弦量的相位差为12=0102，存在超前、滞后、同相、反相、正交等关系。,3相量图表示法,