电工与电子技术上册_第3章 电路的正弦稳态分析m.ppt

第3章电路的正弦稳态分析 3 1正弦量的相量表示法 3 3电阻 电容 电感元件组成的交流电路 3 5交流电路的功率和功率因数 3 6功率因数的提高 3 4阻抗的串联与并联 3 2基尔霍夫定律的相量形式 教学要求 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 熟练掌握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 了解瞬时功率 无功功率和视在功率的概念 4 了解正弦交流电路中串联与并联特性 5 了解提高功率因数的意义和方法 正弦交流电路 含有正弦电源 而且电路各部分所产生的电压和电流均按正弦规律变化的电路 正弦交流电路 稳态 分析 即确定不同参数和不同结构的各种正弦交流电路的电压与电流的关系和功率 交流电路具有用直流电路概念无法分析和理解的物理现象 必须建立 交流 的概念 特别是 相位 的概念 正弦量 随时间按正弦规律做周期变化的量 正弦交流电的优越性 便于产生 交流发电机 便于传输 变压器 正半周 负半周 3 1正弦量的相量表示法 3 1 1正弦交流电压 电流 1 频率与周期 周期T s 角频率 频率f 无线通信频率 30kHz 300GHz 电网频率 俄罗斯 中国50Hz 220V 美国 日本60Hz 110V 2 幅值与有效值 有效值 与交流热效应相等的直流 幅值 Im Um Em 则有 同理 3 初相位与相位差 相位 初相位 t 0时的相位 相位差 同频率两正弦量的初相位之差 如 u i t O 电压超前电流 不同频率的正弦量比较无意义 两同频率的正弦量之间的相位差为常数 与计时的选择起点无关 注意 3 1 2正弦量的相量表示法 瞬时值表达式 正弦量的表示方法 相量 波形图 旋转有向线段 指数式 极坐标式 有效值相量 幅值相量 相量只是表示正弦量 而不等于正弦量 只有正弦量才能用相量表示 非正弦量不能用相量表示 只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上 注意 可不画坐标轴 相量的两种表示形式 相量式 相量图 相量的书写方式 实际应用中 模多采用有效值 符号 3 2基尔霍夫定律的相量形式 3 2 1基尔霍夫电流定律 节点a 对于任一正弦交流电路中的任一节点 流过该节点电流相量的代数和恒等于零 即 KCL的相量形式可推广到任一闭合面 3 2 2基尔霍夫电压定律 对于任一正弦交流电路中的任一回路 沿着该回路的任一循行方向 各支路的电压降 电压升 相量的代数和恒等于零 即 回路I 电压与电流的关系 设 大小关系 相位差 根据欧姆定律 频率相同 3 3 1电阻元件的交流电路 相量式 3 3电阻 电容 电感元件组成的交流电路 功率关系 瞬时功率p 结论 电阻为耗能元件 且吸收功率随时间变化 设 平均功率 有功功率 P 电流与电压的关系 频率相同 电流超前电压90 则 3 3 2电容元件的交流电路 设 容抗 相量式 I U C 隔直通交 功率关系 瞬时功率 平均功率 C是非耗能元件 频率相同 U I L 电压超前电流90 电压与电流的关系 3 3 3电感元件的交流电路 设 则 感抗 通直阻交 功率关系 平均功率 瞬时功率 L是非耗能元件 设 3 4阻抗的串联与并联 2 4 1阻抗的串联 分压公式 注意 通式 2 4 2阻抗并联 注意 分流公式 通式 3 5交流电路的功率和功率因数 Z不是相量 用来衡量对电源的利用程度 功率因素 无功功率Q O var 视在功率S V A S反映了发电机等供电设备可能提供的最大有功功率 平均功率P 有功功率 W 求 1 电流的有效值I与瞬时值i 2 各元件电压的有效值与瞬时值 3 作相量图 4 有功功率P 无功功率Q和视在功率S 在RLC串联交流电路中 已知 例题 4 有功功率P 无功功率Q 视在功率S 3 6功率因数的提高 1 功率因数 2 增加线路和发电机绕组的功率损耗 输电线和发电机绕组的电阻 1 电源设备的容量不能充分利用 日常生活中多为感性负载 如电动机 日光灯 2 功率因数cos 低的原因 40W220V白炽灯 40W220V日光灯 常用电路的功率因数 3 功率因数的提高 保证加至负载的电压和负载的有功功率不变 1 提高功率因数的原则 2 提高功率因数的措施 4 并联电容值的计算 2 如将从0 95提高到1 试问还需并多大的电容C 1 如将功率因数提高到 需要并联多大的电容C 并求并联C前后线路的电流 一感性负载 其功率P 10kW 接在电压U 220V 50Hz的电源上 即 即 例题 并C前 可见 cos 1时再继续提高 则所需电容值很大 不经济 所以一般不必提高到1 并C后 3 7小结 正弦交流电的特性相量表示法和相量图相量形式的基尔霍夫定律电阻 电感 电容元件的电压与电流的约束关系电阻 电感 电容元件串联电路有功功率 无功功率 视在功率功率因数提高的方法 单一参数正弦交流电路的分析计算小结 电路参数 电路图 参考方向 阻抗 电压 电流关系 瞬时值