【最新】单相正弦交流电

第4章单相正弦交流电路 返回 1 PPT专业文档 4 1实训室认识 第4章单相正弦交流电路 返回 一 电工实训室电源的认识 电源的频率为50HZ 电压为220v的单想正弦交流电 简称交流电 通常将交流电的频率是50HZ 习惯上称为 工频 其周期为0 02S 角频率是314rad s 或100 rad s 2 PPT专业文档 1 交流电压表与电流表 4 1实训室认识 第4章单相正弦交流电路 返回 二 常用电工仪表及测电笔使用 3 PPT专业文档 2 兆欧表 4 1实训室认识 第4章单相正弦交流电路 3 钳形电流表 二 常用电工仪表及测电笔使用 4 PPT专业文档 4 单相调压器 4 1实训室认识 第4章单相正弦交流电路 5 电能表 二 常用电工仪表及测电笔使用 5 PPT专业文档 6 试电笔 4 1实训室认识 第4章单相正弦交流电路 二 常用电工仪表及测电笔使用 6 PPT专业文档 一 正弦交流电的基本概念 4 2正弦交流电路的基本物理量 第4章单相正弦交流电路 返回 1 正弦交流电的瞬时值表示交流电流 电压 电动势的瞬时值大小一般用小写字母i u e表示 如图4 12所示为正弦交流电流波形 电流瞬时值表达式为i Imsin t i 7 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 1 幅值和有效值幅值是交流电在某一瞬间的最大值 表示交流电的强度 用带下标的小写字母m表示 有效值是根据交流电流与直流电流热效应相等的原则规定的 即交流电流的有效值是热效应与它相等的直流电流的数值 有效值用大写字母I U等表示 幅值与有效值的关系为 一 正弦交流电的基本概念 4 2正弦交流电路的基本物理量 8 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 2 频率和周期交流电每秒内变化的次数称为频率 用f表示 单位是赫兹 Hz 交流电变化一次所需要的时间称为周期 用T表示 单位是秒 s 4 2正弦交流电路的基本物理量 一 正弦交流电的基本概念 1GHz 103MHz 106KHz 109Hz 9 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 4 2正弦交流电路的基本物理量 一 正弦交流电的基本概念 正弦量随时间变化的快慢还可以用角频率 rad s 来表示 角频率 指的是正弦量在1s时间内变化的角度 即 频率与周期的关系为 练一练 10 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 3 相位和初相 t i称为交流电的相位 它表示交流电随时间变化的进程 当t 0时 此时的相位为 i0 i称为交流电的初相 它表示计时开始时交流电所处的状态 一 正弦交流电的基本概念 4 2正弦交流电路的基本物理量 11 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 4 相位差在正弦交流电中 有时要比较两个同频率正弦量的相位 同频率的正弦量的相位之差称为相位差 通常用 表示 两个同频率的正弦量的相位差等于它们的初相之差 i1与i2的相位差为 t 1 t 2 1 2相位差的取值范围为 一 正弦交流电的基本概念 4 2正弦交流电路的基本物理量 12 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 1 解析式表示法 用正弦函数式表示随时间变化的关系的表示方法称为解析式表示法 正弦交流电的电流 电压和电动势的解析式分别为 练一练 二 正弦交流电的表示方法 4 2正弦交流电路的基本物理量 13 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 2 波形表示法 正弦交流电可以用与解析式相对应的波形表示 横坐标表示时间或者电角度 纵坐标表示交流电的瞬时值 从波形图中可以直观地反映出正弦交流电的最大值 周期和初相 下图所示为正弦交流电的波形表示法表示的图形 正弦交流电波形表示法表示的图形 二 正弦交流电的表示方法 4 2正弦交流电路的基本物理量 14 PPT专业文档 4 2正弦交流电路的基本物理量 第4章单相正弦交流电路 3 相量表示法 相量的本质是复数 用相量表示正弦量的基础就是用复数表示正弦量 设有一正弦电流量i Imsin t i 这个正弦电流量可以用直角坐标平面上的一个旋转矢量表示 为了与一般的复数有所区别 规定正弦量相量用上方加 的大写字母来表示 三 正弦交流电的表示方法 0 EUI X 15 PPT专业文档 利例1 已知u 30sin wt 30 v i 5sin wt 30 A e 60sin wt 60 v 作出他们矢量图 例2 已知u 220sin wt 30 v i 0 41sinwtA 作电压与电流的矢量图 第4章单相正弦交流电路 练一练 16 PPT专业文档 日常生活中所用的白炽灯 电饭锅和热水器等在交流电路中都可以看成是纯电阻元件 其交流电路如下图所示 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 第4章单相正弦交流电路 返回 纯电阻元件的交流电路波形图 一 纯电阻交流电路 17 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 1 电压与电流的关系若选择电流为参考正弦量 即电流的初相为0 则其瞬时值表达式为 电阻两端的电压为 由上式及波形图可知 电阻电路中u与i同频率同相位 其有效值及相量关系分别为 纯电阻交流电路欧姆定律的相量形式 电流和电压的波形 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 一 纯电阻交流电路 18 PPT专业文档 例 将一个电阻值为110 的电阻丝接到 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 一 纯电阻交流电路 第4章单相正弦交流电路 19 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 2 纯电阻交流电路中的功率纯电阻交流电路的功率等于电压的瞬时值和电流瞬时值的乘积 用字母p表示 表达式为 由于瞬时功率时刻在变动 不便于计算 通常取瞬时功率在一个周期内的平均值来衡量电阻上消耗的电功率 称为平均功率 用P表示 表达式为 由电阻元件的波形图可知 P为正值 说明电阻是吸收功率的元件 它把电能转换成其他有用的能量消耗掉 所以电阻又称为耗能元件 交流电路中的平均功率又称为有功功率 功率的波形 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 一 纯电阻交流电路 20 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 在生产和生活中所接触到的将电能转换成动能的设备 如搅拌机 粉碎机 电风扇和洗衣机以及改变电压大小的变压器等 在交流电路中起主要作用的是电感元件 暂时忽略导线电阻 其交流电路如下图所示 纯电感交流电路电路图 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 二 纯电感交流电路 21 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 1 电压与电流的关系若仍选择电流为参考正弦量 即电流i的初相为0 则电感元件两端的电压为 对于纯电感电路 u与i频率相同 相位却不同 u超前i为90 其波形右图 电压与电流有效值的关系为 电流和电压的波形 式中 XL称为感抗 单位也是欧姆 它表示电感对电流阻碍作用大小的物理量 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 二 纯电感交流电路 22 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 2 纯电感交流电路中的功率电感的瞬时功率为 由上式可知 电感上瞬时功率p的频率是u或i频率的两倍 并按正弦规律变化 见上图 虽然电感不消耗功率 但作为负载的电感与电源之间存在着能量交换 交换的能量用无功功率QL 单位为乏var 来计量 大小为 频率波形图 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 二 纯电感交流电路 23 PPT专业文档 纯电容元件交流电路如右图所示 纯电容交流电路 1 电压与电流的关系 若选择电压为参考正弦量 即电压的初相为0 电压u的瞬时值表达式为 则电容上流过的电流为 对于电容电路 u与i也是同频率不同相位 i超前u为90 其波形见右图 电压与电流有效值的关系和容抗 单位为欧姆 分别为 电压和电流关系 第4章单相正弦交流电路 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 三 纯电容交流电路 24 PPT专业文档 第4章单相正弦交流电路 2 纯电容交流电路中的功率将电路中电压和电流的瞬时值表达式直接相乘 即可求得电容的瞬时功率 其表达式为 由上式可知 电容上瞬时功率p的频率是u或i频率的两倍 并按正弦规律变化 见上图 电容的平均功率为零 电容与电源之间交换的能量用无功功率QC 单位为乏var 来计量 大小为 频率波形图 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 三 纯电容交流电路 25 PPT专业文档 总结 4 3纯电阻 纯电感 纯电容电路 26 PPT专业文档 一 电压与电流的关系 4 4RL串联电路 第4章单相正弦交流电路 返回 RL串联电路图 图中 电流处处相等 如果电源电压为正弦量 则通过电阻和电感的电流也为正弦量 设图中正弦交流电路中的电流为 电阻两端的电压为 电感两端的电压为 27 PPT专业文档 正弦交流电路的分析方法是以相量为工具 则上式写成相量形式为 第4章单相正弦交流电路 RL串联电路的相量图 画出RL串联电路的相量图 如下图所示 4 4RL串联电路 一 电压与电流的关系 28 PPT专业文档 一 电压与电流的关系 第4章单相正弦交流电路 将上述两式代入电路中的总电压公式中 可得 在RL串联电路中 电阻和电感的电流与电压的关系分别为 式中 Z为复阻抗 表示RL串联电路对交流电呈现的阻抗作用 阻抗的大小取决于电路参数R L和电源频率 将电压三角形的三边同除以电流即可得到阻抗三角形 如下图所示 阻抗三角形 4 4RL串联电路 29 PPT专业文档 二 电路中的功率 第4章单相正弦交流电路 功率三角形 4 4RL串联电路 30 PPT专业文档 4 5功率因数 第4章单相正弦交流电路 在交流电路中 用电器的有功功率为P UIcos 功率因数是指电路中感抗与容抗初相差的余弦值 即 cos cos 取决于负载的性质和参数 功率因数低会产生如下问题 1 发电设备的容量未能充分利用 2 功率因数低 输电线路的损耗大 因此 功率因数的提高有着重要的经济意义 1 功