4第四章 交流电路

本章主要介绍的内容有：正弦交流电路三相电路安全用电常识课题实习,第四章交流电路,第一节正弦交流电路,本节主要介绍的内容有：正弦交流电的三要素单相交流电路,正弦量变化一次所需的时间称为周期（T）。每秒内变化的次数称为频率（f）它的单位是赫兹（Hz）。频率是周期的倒数，即f=1/T,一、正弦交流电的三要素,1频率与周期,一个正弦量可以由频率（或周期）、幅值（或有效值）和初相位三个特征或要素来确定,正弦量变化的快慢除用周期和频率表示外，还可用角频率来表示。因为一周期内经历2rad，所在角频率为2/T=2f它的单位是弧度/秒（rad/s）。,正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母来表示，如i、u及e分别表示电流、电压及电动势的瞬时值。瞬时值中最大的值，称为幅值或最大值，用带下标m的大写字母来表示，如Im、Um及Em分别表示电流、电压及电动势的幅值。它的数学表达式为：i=Imsin(t),2幅值与有效值,正弦电流、电压和电动势的大小往往不是用它们的幅值，而是用有效值来计量的。有效值是通过电流的热效应来应来规定的，无论交流还是直流，只要它们在相等的时间内通过同一电阻并且两者产生的热效应相等，那么这个周期性变化的电流I的有效值在数值上等于这个电流。电流为正弦量时，有效值为I=正弦电压的有效值为I=,Im,2,Um,2,正弦量是随时间而周期性变化的，正弦量所取的计时起点不同，正弦量的初始值就不同，到达幅值或某一特定值所需的时间也就不同。正弦量可用下式表示为：其波形如图4-1-1所示。I=Imsin(t+)上式中的角度称为正弦量的相位角或相位，它反映出正弦量变化的进程。当相位角随时间连续变化时，正弦量的瞬时值随之连续变化，当t=0时的相位角称为初相位角或初相位。,3初相位,图4-1-2是一个线性电阻元件的交流电路。在电阻元件的交流电路中，电流和电压是同相的。电压和电流的参考方向是关联参考方向。两者的关系由欧姆定律确定，即u=iR,二、单相交流电路,1纯电阻交流电路,由此可知，在电阻元件电路中，电压幅值（或有效值）与电流幅值（或有效值）的比值，就是电阻R。知道了电压与电流的变化规律和相互关系后，便可计算出电路中的功率。在任意瞬间，电压瞬时值与电流瞬时值的乘积，称为瞬时功率，用小写字母p代表，即P=ui,（a）电路图（b）电压与电流的正弦波（c）电压与电流的相量图（d）功率波形,图4-1-3是一个线性电感元件的交流电路。,2纯电感的交流电路,（a）电路图（b）电压与电流的正弦波（c）电压与电流的相量图（d）功率波形,图4-1-4是一个线性电容元件的交流电路，电流i和电压u的参考方向如图中所示。,3纯电容的交流电路,（a）电路图（b）电压与电流的正弦波（c）电压与电流的相量图（d）功率波形,第二节三相电路,本节主要介绍的内容有：三相交流电源三相电路中负载的连接,三相交流电是由三相交流发电机产生的。如图4-2-1所示为三相交流发电机原理示意图。图中U1、V1、W1分别表示三个绕组的始端（首端），U2、V2、W2分别表示末端。每一个绕组（线圈组）叫做发电机的一相，在空间上彼此相隔120。,一、三相交流电源,1纯电阻交流电路,发电机三相绕组的接法通常如图4-2-2所示，即将三个末端连在一起，这一连接点称为中性点或零点，用N表示，这种连接法称为星形联接。从中性点引出的导线称为中性线或零线。从始端U1、V1、W1引出的三根导线称为相线或端线，俗称火线。在图4-2-3中，每相始端与末端间的电压，即相线与中性线间的电压，称为相电压，其有效值一般用UP，表示。而任意两始端间的电压，即两相线间的电压，称为线电压，其有效值一般用UI表示。相电压和线电压的参考方向如图中所示。,2三相电源的连接方法,三相电路中负载的连接方法有两种，即星形联接和三角形联接。图4-2-4是三相四线制电路，设线电压为380V。照明负载（220V，单相负载）比较均匀地分配在各相之中，接在相线与中性线之间，三相电动机接在三根相线上。,二、三相电路中负载的连接,1星形联接（1）三相四线制,在三相电压对称的情况下，若负载也对称，那么负载相电流也是对称的，此时中性线中没有电流通过，这时中性线就不需要了，这就是如图4-2-5所示的三相三线制电路。因为生产上的三相负（通常所见的是三相电动机）一般都是对称的，所以三相三线制电路的应用极为广泛。,（2）三相三线制,在负载三角形联接的三相电路可用图4-2-6所示的电路来表示。,2三角形联接,因为各相负载都直接接在电源的线电压上，所以负载的相电压与电源的线电压相等。因此，不论负载对称与否，其相电压总是对称的。,三角形联接,如图4-2-7所示。,第三节安全用电常识,本节主要介绍的内容有：发电、输电概述电流对人体的危害触电形式接地和接零,发电厂按其所利用的能源种类，可分为水力、火力、风力、核能、太阳能、沼气等多种。目前，世界各国建造最多的，主要是水力发电厂和火力发电厂。近年来，核电站也发展很快。如图4-3-1所示为一个发电、输电和配电线路的例子。,一、发电、输电概述,中央变电所接受送来的电能，然后分配到各车间，再由车间变电所或配电箱（配电屏）将电能分配给各用电设备。从车间变电所或配电箱（配电屏）到用电设备的低压配电线路的连接方式主要有放射式和树干式两种，如图4-3-2所示。,人体接触或接近带电体所引起的人体局部受伤或死亡的现象称为触电。根据人体受到伤害的程度不同，触电可分为电伤和电击两种。1电伤电伤是指在电弧作用下或熔断丝熔断时飞溅的金属沫对人体外部的伤害，如烧伤、金属溅伤等。2电击电击是指电流通过人体，使内部器官组织受到损伤，是最危险的触电事故。3安全电压和人体电阻人体电阻主要集中在皮肤，一般在40-80k，皮肤干燥时电阻较大，而皮肤潮湿、有汗或皮肤破损时人体电阻可下降到几十至几百欧姆。,二、电流对人体的危害,三、触电形式,1接触正常带电体,（1）电源中性点接地的单相触电如图4-3-3（a）所示。这时人体处于相电压之下，危险性较大。如果人体与地面的绝缘较好，危险性可以大大减小。（2）电源中性点不接地的单相触电如图4-3-4（b）所示。这种触电也有危险。乍看起来，似乎电源中性点不接地时，不能构成电流通过人体的回路。其实不然，要考虑到导线与地面间的绝缘可能不良，甚至有一相接地，在这种情况下人体中就有电流通过。（3）两相触电这种情况最为危险，因为人体处于线电压之下，如图4-3-5，但这种情况较少。,2接触正常情况下应不带电的金属体,电气设备的外壳本来是不带电的，由于绝缘体损坏等原因会使外壳带电。人体触及这些设备时，相当于单相触电。大多数触电事故属于这一种，如图4-3-6所示。,四、接地和接零,1保护接地,将电动机、变压器、铁壳开关等电气设备的金属外壳用电阻很小的导线同搭铁线可靠的联接起来。适用于中性点不搭铁的低压系统中。如图4-3-7。,2保护接零,将电气设备的金属外壳接到零线（或称中性线）上。适用于中性点搭铁的低压系统中，如图4-3-8所示为电动机的保护接零电路。,3安全用电常识,（1）在任何情况下都不得用手来鉴定导体是否带电。（2）更换熔断器时应先切断电源，不得带电操作。（3）拆开或断裂的暴露在外部的带电接头，必须及时用绝缘物包好并悬挂到人身不会碰到的高处，防止有人触及。（4）工厂车间内一般只允许使用36V的照明灯；在特别潮湿的场所只允许使用12V以下的照明灯。（5）遇有人触电时，应迅速切断电源；或尽快用干燥绝缘体（如棍棒）打断电线或拔开触电者，切勿直接用手去拉触电者。当触电者脱离电源后，根据具体情况，耐心救治。,第四节课题实习参观汽修企业的供电方式和设备,