第八章正弦交流电路.ppt

2003 国家教委规划教材 第八章正弦交流电路 教学目标 会用向量图分析和计算简单的交流电路 R L C串 并联电路 而以单一参数的交流电路为基础 掌握串 并联谐振电路的条件和特点以及谐振电路选择性和品质因数的辨证关系 理解交流电路中有功功率 无功功率 试在功率和功率因数的概念 了解电阻 电感和电容三个基本元件在交流电路中实际情况 本章目录 第一节纯电阻电路第二节纯电感电路第三节纯电容电路第四节电阻 电感 电容的串联电路第五节串联谐振电路第六节电阻 电感 电容的并联电路第七节电感线圈和电容器的并联电路第八节并联谐振电路第九节交流电路的功率第十节交流电路中的实际元件 根据欧姆定律 第一节纯电阻电路 1 频率相同 2 相位相同 3 有效值关系 电阻电路中电流 电压的关系 4 相量关系 电阻电路中电压 电流的波形图 例题 在纯电阻电路中 已知电阻为44 交流电压u 311sin 314t 30 V 求通过电阻的电流是多大 写出电流的解析式 解 电压的有效值为 所以 因此电流的解析式为 第二节纯电感电路 一 电感对交流电的阻碍作用观察电感对交变电流的阻碍作用现象 接通直流源时 电灯泡亮一些 接通交流源时电灯泡暗一些 分析 接交流电源时 由于变化的电流通过电感线圈时发生自感现象 产生阻碍电流变化的自感电动势 使得电路中的电流变得小而平缓 因此灯泡变暗 实验结论 电感对交变电流有阻碍作用 感抗 电感对交流电的阻碍作用 用符号XL表示 单位 二 扼流圈 低频扼流圈 高频扼流圈 铁芯 匝数多 L大 通直流 阻交流 铁氧体芯 匝数少 L小 通低频 阻高频 请同学们分析一下 低频扼流圈对高频交流电是否有显著的阻碍作用 高频扼流圈对低频交流电是否有显著的阻碍作用 思考与讨论 三 电流与电压的关系 纯电感电路 只有电感的电路叫做纯电感电路 纯电感电路的欧姆定律 电流 电压的关系 设 第三节纯电容电路 一 电容器对交流电的阻碍作用观察电容器对交变电流的阻碍作用 接直流电源时 灯不亮 直流电不能通过电容器 接交流电源时 灯泡亮了 交流电能够通过电容器 实验结论 电容器对交流电有阻碍作用 容抗 表示电容容对交流电阻碍作用的大小 用符号XC表示 单位 电容越大 交流电频率越高电容的阻碍作用越小 容抗越小 二 隔直电容和旁路电容 电容器的特性 通高频 阻低频 通交流 隔直流 隔直电容 旁路电容 三 电流与电压的关系 纯电容电路 只有电容的电路叫做纯电容电路 纯电感电路的欧姆定律 1 频率相同 2 相位相差90 u落后i90 电容电路中电流 电压的关系 总结 电感和电容对交变电流的影响 单一参数正弦交流电路的分析计算小结 电路参数 电路图 正方向 电压 电流关系 瞬时值 有效值 相量图 相量式 功率 有功功率 无功功率 R i u 设 则 u i同相 0 L i u C i u 设 则 设 则 u领先i90 u落后i90 0 0 基本关系 若 则 第四节电阻 电感 电容的串联电路 一 端电压与电流的相位关系 阻抗角 电压与电流的相位差 二 端电压和电流的大小关系 电压三角形 相量图中由 构成的三角形称为电压三角形 阻抗 Z 三角形 电抗 感抗和容抗之差叫做电抗 用X表示 阻抗三角形和电压三角形的关系 例1 在R L C串联电路中 已知电路端电压U 220V 电源频率为50Hz 电阻R 30 电感L 445mH 电容C 32 F 求 电路中的电流大小 端电压和电流之间的相位差 电阻 电感和电容两端的电压 解 先计算感抗 容抗和阻抗 端电压和电流之间的相位差是 电阻 电感和电容两端的电压分别是 所以 例2 为了降低小功率单相交流电电动机的转速 可以用降低电动机端电压的办法来解决 为此 在电路中串联一个电感线圈 称为电抗器 如图所示 如电动机电阻R 190 感抗X L 260 电源端电压U 220V 电源频率f 50Hz 要求串联电抗器后电动机两端的电压为U 180V 求电抗器的电感为多大 例3 在图的R C串联电路中 已知电压频率是800Hz 电容是0 046 F 需要输出电压U2落后于输入电压U一个30 的相位差 求电阻的数值应为多少 第五节串联谐振电路 串联谐振频率 谐振的概念 含有电感和电容的交流电路 电路两端电压和电路的电流同相 这时电路中就发生了谐振现象 串联谐振特征 3 和有效值相等 相位相反 互相抵消 对整个电路不起作用 因此电源电压 品质因数 Q 串联谐振时电感或电容上的电压和总电压的比值 收音机接收电路 三 串联谐振应用举例 四 谐振电路的选择性 第六节电阻 电感 电容的并联电路 其中 由相量图解得 RLC并联电路图 RLC并联电路相量图 理想情况 纯电感和纯电容并联 第七节电感线圈和电容器的并联电路 或 理想情况下并联谐振条件 当R L 同相时 即 0 电路产生并联谐振 第八节并联谐振电路 并联谐振的条件是XL XC 谐振频率 一 R L C并联谐振电路 并联谐振的特点 1 阻抗最大 呈电阻性 2 电路的总电流量小 3 谐振总电流和支路电流的相量关系如图 并联谐振各支路电流大于总电流 所以并联谐振又称其为电流谐振 品质因数 Q 并联谐振时支路的电流和总电流的比值 返回 二 电感线圈与电容器并联谐振 谐振时B 0 即 谐振角频率 谐振频率 谐振滤波器 利用谐振进行选频 滤波消除噪声 三 并联谐振的应用 第九节交流电路的功率 一 交流电路的功率 纯电阻电路的功率 瞬时功率 电压瞬时值和电流瞬时值的乘积 平均功率 就是瞬时功率在一个周期内的平均值 瞬时功率 纯电容电路的功率 无功功率 为了同电感的无功功率相比较 设电流 为参考正弦量 则 这样 得出的瞬时功率为 由此 电容元件的无功功率为 电容性无功功率为负值 电感性无功功率取正值 瞬时功率 P 0表明电感元件不消耗能量 只有电源与电感元件间的能量互换 用无功功率来衡量这种能量互换的规模 纯电感电路的功率 无功功率 电感元件的无功功率用来衡量电感与电源间能量互换的规模 规定电感元件的无功功率为瞬时功率的幅值 它并不等于单位时间内互换了多少能量 它的单位是乏 var 根据电压三角形 于是有功功率为 无功功率 功率因数 R L C串联电路的功率 视在功率 单位为 伏 安 V A 功率 电压 阻抗三角形 返回 有功功率 无功功率和视在功率的关系 二 功率因数 电路的有功功率与视在功率的比值叫做功率因数 三 功率因数的提高 提高功率因数的常用方法 并联电容 由相量图可以看出 并联电容后阻抗角减小了 功率因数提高了 电源与负载之间的能量互换减少了 这时电感性负载所需的无功功率大部分或全部由并联的电容供给 也就是说能量的互换主要或完全发生在电感性负载和并联的电容之间 例题3 有一电