交流电的基础知识(精选PPT)

第二节交流电的基础知识 第十二章交直流电的基础知识 1 各种形式的交流电 简谐波 尖脉冲 矩形波 调幅波 锯齿波 调频波 交流电 电源电动势随时间作周期性变化 2 正弦交流电概念 1交流电 大小和方向随时间作有规律变化的电压和电流称为交流电 又称交变电流 2正弦交流电是随时间按照正弦函数规律变化的交流电 3由于交流电的大小和方向都是随时间不断变化的 也就是说 每一瞬间电压 电动势 和电流的数值都不相同 所以在分析和计算交流电路时 必须标明它的正方向 3 一 单相正弦交流电的基本概念 1 正弦交流电 1 正弦交流电的产生 正弦交流电由交流发电机产生的 2 正弦交流电的三要素 最大值 频率 初相角 4 电动势电压电流 表达式各部分的含义 电动势瞬时值 2 正弦交流量的瞬时表达式 5 6 为正弦电流的最大值 3 正弦波特征量之一 最大值 有效值 7 有效值 交流电与直流电在灯泡上消耗的电能等值 表示符号 必须用大写 E U I表示 有效值概念 若一个交流电流i和一个直流电流 在相同的时间内通过同一电阻产生的热量相等 则我们称直流电流 为交流电i的有效值 8 有效值与最大值的关系 9 符号说明 瞬时值 小写 u i 有效值 大写 U I 最大值 大写 下标 10 若购得一台耐压为300V的电器 是否可用于220V的线路上 该用电器最高耐压低于电源电压的最大值 所以不能用 11 描述变化周期的几种方法1 周期T 变化一周所需的时间单位 秒 毫秒 3 角频率 每秒变化的弧度单位 弧度 秒 2 频率f 每秒变化的次数单位 赫兹 千赫兹 角频率 单位时间内交流电所经历的电角度 反映交流电变化快慢的物理量 正弦波特征量之二 角频率 12 1 周期 T 正弦交流电从零 最大 零 负最大 零 这样循环变化一周所需的时间叫周期 周期表明交流电变化的快慢 我国交流电的周期为 T 0 02秒 变化一周所需要的时间称之为周期 13 2 频率 F 1 定义 正弦交流电在1秒钟内完成周期变化的次数叫频率 周期为 T 0 02秒 14 单位 弧度 秒 f 50HZ 3 电角速度 角频率 每秒变化的弧度 15 1 相位 又称相位角 表示正弦量进程的物理量 上解析式中 t 称为正弦量的相位 它表明周期运动中处于什么状态和位置的一个量 用电度角 或 相位一般是指两个同频率波形 过零点的时间差 例 2 初相位 式中 为正弦量的初相角 也就是t 0时的相位角 正弦波特征量之三 初相位 16 17 t 3 相位差 同频率正弦量的相位之差称相位差 不随时间变化的常数 18 同相位 相位落后 两种正弦信号的相位关系 19 1 2 2 1 2 1 2 0 1 2 0 u和i正交 1超前 2 2滞后 1 20 t 三相交流电路 三相电压初相位各差1200 21 幅度 已知 频率 初相位 例 三要素计算 22 二 交流电路的功率和功率因数 电阻元件在交直流电路中都是限制电流的 从电源取用能量 在这里就是电阻元件从电源取用电能而转换为热能 这是一种不可逆的能量转换过程 定义为有功功率 电感元件和电容元件都是储能元件 它们与电源间进行能量互换 是工作所需 但这对电源来说 也是一种负担 对储能元件本身说 没有消耗能量 故将往返于电源与储能元件之间的功率命名为无功功率 23 1 有功功率和功率因数 有功功率是电路中负载实际消耗的功率 P UIcos 有功功率P的单位是瓦特 W 上式表明 有功功率等于电路端电压有效值U和流过负载的电流有效值I的乘积 再乘以cos 式中cos 称为功率因数 其值取决于电路中用电器的性质 24 2 无功功率 无功功率是与电源交换的功率 Q UIsin 对于感性电路 0 则sin 0 无功功率Q为正值 对于电容性电路 0 则sin 0 无功功率Q为负值 当Q 0时 为吸收无功功率 当Q 0时 则为发出功率 无功功率Q的单位是 乏 var 25 3 视在功率 在交流电路中 端电压与电流的有效值乘积称为视在功率 用S表示 即S UI视在功率的单位为伏安 VA 或千伏安 KVA 视在功率S通常用来表示电气设备的容量 容量说明了电气设备可能转换的最大功率 电源设备如变压器 发电机等所发出的有功功率与负载的功率因数有关 不是一个常数 因此电源设备通常只用视在功率表示其容量 而不是用有功功率表示 26 有功功率P 无功功率Q 视在功率S之间存在如下关系 P UIcos Scos Q UIsin Ssin S UI 显然 S P Q构成一个直角三角形 如上图所示 此三角形成为功率直角三角形 它与同电路的电压三角形 阻抗三角形相似 有功功率P的单位是瓦特 W 无功功率Q的单位是乏尔 var 视在功率S的单位是伏安 VA 27 a 三个是相似三角形 如下图b 电压三角两边除以 得阻抗三角 电压三角两边乘以 得功率三角 c 阻抗三角的R X Z不是矢量 其三边不能画成矢量图 Z和R间的夹角为阻抗角 A 有功功率的计算 B 无功功率的计算 C 视在功率的计算 功率关系 电压三角形 阻抗三角形和功率三角形 特点 28 实际生产和生活中 大多数电气设备和用电器都是感性的 因此要向电源吸取一定的无功功率 造成线路功率因数较低的现象 功率因数低不仅造成电力能源的浪费 还能增加线路上的功率损耗 为了避免此类现象造成的影响 电力系统要设法提高线路的功率因数 提高功率因数的意义是什么 如何提高 电路的功率因数决定于负载的性质 只有电阻性负载 例如白炽灯 电阻炉等 的功率因数才等于1 其它负载的功率因数均小于1 4 功率因数的提高 29 1 提高功率因数的