7_7　交流电与三相交流电技术

正文,主编,1工作防护与事故预防2电工学基本概念3电工学基本电路4电场5磁场6配电技术7交流电与三相交流电技术8测量技术9电子学10电气设备,11保护措施12房屋技术13电机14计算机技术15自动化技术16材料、制造方法、环保与节能17职业与企业附录,7交流电与三相交流电技术,7.1交流电技术中的特性参数7.2交流电7.3交流回路中的线圈7.4交流电的功率7.5交流电路中的电容器7.6由线圈、电容器和有效电阻组成的电路7.7振荡回路7.8三相交流电3.38kvar7.9补偿7.10消除无线电干扰,7.1交流电技术中的特性参数,7.1.1周期与最大值7.1.2频率与周期7.1.3频率与波长7.1.4频率与极对数7.1.5交流电的时间变化,7.1.1周期与最大值,图7-1交流电压的测量,7.1.2频率与周期,解：用于工业、科学或医学的频率。,解：,B7-1.TIF,用于工业、科学或医学的频率。,7.1.3频率与波长,图7-2沿导线传播的交流电波形,7.1.4频率与极对数,图7-3交流电压的产生,7.1.4频率与极对数,图7-4一对磁极式隐极式发电机,7.1.4频率与极对数,图7-5两对磁极式隐极式发电机,7.1.4频率与极对数,图7-6交流电压类型,7.1.5交流电的时间变化,解：1.什么是频率？2.在欧洲的交流电网中有哪些频率？3.周期增加一倍时，频率如何变化？4.电磁波的最大传播速度为多少？5.当确定了隐极式发电机的极对数和转速后，如何计算其频率？6.什么是电压脉冲和电流脉冲？7.用什么仪器可以测量交流电压的时间量？8.具有频率1kHz(ti=tp)的矩形脉冲的脉冲时间为多长？,7.1.5交流电的时间变化,表7-2脉冲类型,7.1.5交流电的时间变化,图7-7尖形脉冲的发生,7.1.5交流电的时间变化,图7-8脉冲特性参数,解：,1.什么是频率？,2.在欧洲的交流电网中有哪些频率？,3.周期增加一倍时，频率如何变化？,4.电磁波的最大传播速度为多少？,5.当确定了隐极式发电机的极对数和转速后，如何计算其频率？,6.什么是电压脉冲和电流脉冲？,7.用什么仪器可以测量交流电压的时间量？,8.具有频率1kHz(ti=tp)的矩形脉冲的脉冲时间为多长？,7.2交流电,7.2.1正弦量的矢量图7.2.2角频率7.2.3正弦电压的产生7.2.4正弦交流电的最大值与有效值7.2.5非正弦电压与非正弦电流7.2.6相位差7.2.7有效电阻7.2.8阻抗,7.2.1正弦量的矢量图,1)矢量长度与交流电压的最大值和交流电流的最大值一致。2)旋转矢量每秒的转数等于交流电压和交流电流的频率。3)旋转矢量的旋转方向与时针的旋转方向相反(左旋方向是正向)。4)一个矢量的引出方向是时间轴方向。,7.2.1正弦量的矢量图,图7-9正弦电压的矢量图与波形,1)矢量长度与交流电压的最大值和交流电流的最大值一致。,2)旋转矢量每秒的转数等于交流电压和交流电流的频率。,3)旋转矢量的旋转方向与时针的旋转方向相反(左旋方向是正向)。,4)一个矢量的引出方向是时间轴方向。,7.2.2角频率,解：,7.2.2角频率,图7-10单位圆与弧度,解：,7.2.3正弦电压的产生,图7-11外极式发电机的工作原理,7.2.4正弦交流电的最大值与有效值,解：,7.2.4正弦交流电的最大值与有效值,图7-12正弦交流电的功率曲线,7.2.4正弦交流电的最大值与有效值,图7-13,解：,表7-3电压与电流的波,7.2.5非正弦电压与非正弦电流,图7-14直流量算术平均值,7.2.5非正弦电压与非正弦电流,图7-15相位差实验,7.2.6相位差,7.2.7有效电阻,7.2.8阻抗,解：,7.2.8阻抗,图7-16阻抗,解：,7.3交流回路中的线圈,7.3.1感抗7.3.2有效电阻和电感线圈的串联7.3.3电压三角形7.3.4阻抗三角形7.3.5有效电阻与电感线圈的并联7.3.6电流三角形和导纳三角形,7.3.1感抗,图7-17感抗的电路符号,7.3.1感抗,图7-18感抗与频率f的关系,7.3.1感抗,图7-19感抗(R=0)的电流与电压,7.3.2有效电阻和电感线圈的串联,确定矢量长度的规定比例：如电压4V1cm，电流。以水平表示公共的原始值：在串联电路中的原始值为电流I。电流矢量在X轴水平指向的右方。有效电阻R上的相位：电感线圈XL上的相位：总电压是由通过相互结合的(矢量加)电压矢量w和bL组成。矢量bL在矢量w的峰值平行地右移，在所形成的矩形的对角线与总电压的幅值一致。总电压u超前电流I，相位差是从电流矢量出发在电压矢量方向上来标注的。,7.3.2有效电阻和电感线圈的串联,图7-20实验：线圈中的相位差,7.3.2有效电阻和电感线圈的串联,图7-21线圈的等效电路,7.3.2有效电阻和电感线圈的串联,图7-22电压的矢量图,确定矢量长度的规定比例：如电压4V1cm，电流。,以水平表示公共的原始值：在串联电路中的原始值为电流I。电流矢量在X轴水平指向的右方。,有效电阻R上的相位：,电感线圈XL上的相位：,总电压是由通过相互结合的(矢量加)电压矢量w和bL组成。矢量bL在矢量w的峰值平行地右移，在所形成的矩形的对角线与总电压的幅值一致。,图7-23有关电阻与电感组成的串联电路,总电压是由通过相互结合的(矢量加)电压矢量w和bL组成。矢量bL在矢量w的峰值平行地右移，在所形成的矩形的对角线与总电压的幅值一致。,图7-24矢量的相加,总电压u超前电流I，相位差是从电流矢量出发在电压矢量方向上来标注的。,图7-25电压三角形,7.3.3电压三角形,图7-26阻抗,7.3.4阻抗三角形,解：,解：,图7-27RL低通滤波器,7.3.5有效电阻与电感线圈的并联,图7-28有效电阻与电感线圈的并联,7.3.6电流三角形和导纳三角形,图7-29有效值的矢量图,7.3.6电流三角形和导纳三角形,图7-30电流三角形,7.3.6电流三角形和导纳三角形,图7-31导纳三角形,7.4交流电的功率,7.4.1有功功率7.4.2视在功率7.4.3无功功率7.4.4感性负载的无功功率7.4.5功率因数7.4.6电感线圈的损耗功率,7.4.1有功功率,7.4.2视在功率,图7-32有效电阻的交流功率,7.4.2视在功率,图7-33有效功率和视在功率的测定,7.4.2视在功率,图7-34相位差为60时的交流电功率,7.4.3无功功率,7.4.4感性负载的无功功率,解：,7.4.4感性负载的无功功率,图7-35无功功率,7.4.4感性负载的无功功率,图7-36RL串联电路的功率,7.4.4感性负载的无功功率,图7-37并联电路的功率,解：,7.4.5功率因数,解：(见图7-38),7.4.5功率因数,图7-38电流三角形,解：(见图7-38),7.4.6电感线圈的损耗功率,1.与所属电压频率相比，功率有怎样的频率？2.与功率幅值相比，有效电阻的有功功率为多大？3.如何理解有功功率因数和无功功率因数？4.电感线圈功率损耗的原因是什么？5.电感线圈损耗分为哪几种？,7.4.6电感线圈的损耗功率,图7-39电感线圈的等效电路,1.与所属电压频率相比，功率有怎样的频率？,2.与功率幅值相比，有效电阻的有功功率为多大？,3.如何理解有功功率因数和无功功率因数？,4.电感线圈功率损耗的原因是什么？,5.电感线圈损耗分为哪几种？,7.5交流电路中的电容器,7.5.1容抗7.5.2有效电阻与电容器的串联电路7.5.3有效电阻与电容器的并联电路7.5.4电容器的功率损耗,7.5.1容抗,解：,7.5.1容抗,图7-40电容器相移实验,7.5.1容抗,图7-41容抗的电流与电压,7.5.1容抗,图7-42容抗与频率f的关系曲线,解：,7.5.2有效电阻与电容器的串联电路,解：(1)RC高通滤波器图7-44所示的RC电路称为RC高通滤波器。(2)RC低通滤波器图7-45所示的具有输入电压U1和输出电压U2的RC低通滤波器，也是一个与频率有关的电压分配器。,7.5.2有效电阻与电容器的串联电路,图7-43有效电阻R与电容器C的串联电路,解：,(1)RC高通滤波器图7-44所示的RC电路称为RC高通滤波器。,图7-44交流电压与直流电压的隔断,(2)RC低通滤波器图7-45所示的具有输入电压U1和输出电压U2的RC低通滤波器，也是一个与频率有关的电压分配器。,解：,(2)RC低通滤波器图7-45所示的具有输入电压U1和输出电压U2的RC低通滤波器，也是一个与频率有关的电压分配器。,图7-45RC低通滤波器,(2)RC低通滤波器图7-45所示的具有输入电压U1和输出电压U2的RC低通滤波器，也是一个与频率有关的电压分配器。,图7-46RC低通滤波器电压三角形,(2)RC低通滤波器图7-45所示的具有输入电压U1和输出电压U2的RC低通滤波器，也是一个与频率有关的电压分配器。,图7-47直流电压与交流电压的分离,解：,7.5.3有效电阻与电容器的并联电路,图7-48R与的并联电路,7.5.3有效电阻与电容器的并联电路,图7-49电导三角形,7.5.3有效电阻与电容器的并联电路,图7-50功率三角形,7.5.4电容器的功率损耗,图7-51有损耗的电容器,7.6由线圈、电容器和有效电阻组成的电路,7.6.1由线圈、电容器和有效电阻组成的串联电路7.6.2由线圈、电容器和有效电阻组成的并联电路,7.6.1由线圈、电容器和有效电阻组成的串联电路,解：解：,7.6.1由线圈、电容器和有效电阻组成的串联电路,图7-52由R、和组的串联电路,7.6.1由线圈、电容器和有效电阻组成的串联电路,图7-53R、和组成的串联电路的阻抗矢量图,解：,解：,7.6.2由线圈、电容器和有效电阻组成的并联电路,解：1.在把R、XL及XC组成串联和并联时有什么样的矢量图？2.为什么在串联R、XL和XC的电路中容抗电压与感抗电压的矢量是反向的？3.在由R、XL、XC组成的并联电路中，当容抗电流和感抗电流大小相等时，电路总电压与电路总电流之间的相位差为多大？,7.6.2由线圈、电容器和有效电阻组成的并联电路,图7-54R、和组成的并联电路,7.6.2由线圈、电容器和有效电阻组成的并联电路,图7-55由R、组成的并联电路的矢量图(容感占优势),解：,1.在把R、XL及XC组成串联和并联时有什么样的矢量图？,2.为什么在串联R、XL和XC的电路中容抗电压与感抗电压的矢量是反向的？,3.在由R、XL、XC组成的并联电路中，当容抗电流和感抗电流大小相等时，电路总电压与电路总电流之间的相位差为多大？,7.7振荡回路,7.7.1谐振7.7.2串联振荡回路7.7.3并联振荡回路,7.7振荡回路,图7-56缓慢振荡的振荡电路的电流测量,7.7振荡回路,图7-57振荡回路中的电场与磁场,7.7振荡回路,图7-58振荡的衰减,7.7振荡回路,图7-59起振过程,7.7.1谐振,7.7.2串联振荡回路,图7-60串联振荡回路中的谐振,7.7.2串联振荡回路,图7-61串联振荡回路的矢量图,7.7.2串联振荡回路,图7-62串联振荡回路等效接线图,7.7.2串联振荡回路,图7-63串联振荡回路的谐振曲线,7.7.3并联振荡回路,解：1.构成一个振荡回路的要素是什么？2.什么叫振荡回路的谐振？3.振荡回路发生谐振的条件是什么？4.在计算串联振荡回路和并联振荡回路的谐振率频时使用哪个公式？5.什么样的振荡回路在谐振时出现电流升高？6.什么样的振荡回路在谐振时出现电压升高？7.在并联振荡回路中，当电流频率小于谐振频率时，可用什么方法进行补偿？8.为什么把并联振荡回路也称为拒收电路？,7.7.3并联振荡回路,图7-64并联振荡电路的测量,7.7.3并联振荡回路,图7-65并联振荡回路等效电路图,7.7.3并联振荡回路,图7-66并联振荡电路的矢量图,解：,图7-67并联振荡回路谐振曲线,1.构成一个振荡回路的要素是什么？,2.什么叫振荡回路的谐振？,3.振荡回路发生谐振的条件是什么？,4.在计算串联振荡回路和并联振荡回路的谐振率频时使用哪个公式？,5.什么样的振荡回路在谐振时出现电流升高？,6.什么样的振荡回路在谐振时出现电压升高？,7.在并联振荡回路中，当电流频率小于谐振频率时，可用什么方法进行补偿？,8.为什么把并联振荡回路也称为拒收电路？,7.8三相交流电,7.8.1三相交流电压的产生7.8.2联结7.8.3星形联结(符号：)7.8.4三角形联结(符号：)7.8.5星形联结与三角形联结的应用7.8.6三相交流电的功率,7.8.1三相交流电压的产生,图7-68120相位的交流电压的产生,7.8.1三相交流电压的产生,图7-69具有线路图和矢量图的三相交流,7.8.2联结,图7-70三相电网电压的测量,7.8.2联结,图7-71星形联结的电压矢量图,7.8.2联结,图7-72相电压与线电压曲线图,7.8.3星形联结(符号：),(1)对称(均匀的)负载时的电流与电压(2)非对称(不均匀)负载时的电压与电流,(1)对称(均匀的)负载时的电流与电压,解：,(1)对称(均匀的)负载时的电流与电压,图7-73四线三相电网的电压,(1)对称(均匀的)负载时的电流与电压,图7-74用电器的星形联结(对称负载),(1)对称(均匀的)负载时的电流与电压,图7-75线电流的曲线图,解：,图7-76星形联结的电压矢量图,解：,图7-77星形联结的电流矢量图,(2)非对称(不均匀)负载时的电压与电流,解：,(2)非对称(不均匀)负载时的电压与电流,图7-78用电器的星形联结(非对称负载),(2)非对称(不均匀)负载时的电压与电流,图7-79四线电网非对称负载星形联结时电流的矢量图,(2)非对称(不均匀)负载时的电压与电流,图7-80非对称负载、星形联结不接N线的线电压与相电压矢量图,(2)非对称(不均匀)负载时的电压与电流,图7-81用电器的三角形联结(对称负载),解：,7.8.4三角形联结(符号：),(1)对称(均匀)负载时的电流(2)非对称(不均匀)负载时的电流,(1)对称(均匀)负载时的电流,解：解：I23=2.5A25mm,(1)对称(均匀)负载时的电流,图7-82三角形联结的矢量图,解：,解：I23=2.5A25mm,(2)非对称(不均匀)负载时的电流,图7-83非对称负载三角形联结的电路与矢量图,7.8.5星形联结与三角形联结的应用,1.在什么条件下，中性线无电流？2.用电器的星形联结和三角形联结的线电压与相电压的比及线电流与相电流的比为多少？,7.8.5星形联结与三角形联结的应用,表7-4三相交流电动机的接线,图7-84三相笼型异步电动机的接线端子,1.在什么条件下，中性线无电流？,2.用电器的星形联结和三角形联结的线电压与相电压的比及线电流与相电流的比为多少？,7.8.6三相交流电的功率,解：,7.8.6三相交流电的功率,表7-5对称负载时交流电的功率,7.8.6三相交流电的功率,图7-85电阻电路a)星形联结b)三角形联结,解：,3.38kvar,7.8.7三相交流电的功率测量,3.38kvar,表格,7.8.7三相交流电的功率测量,图7-86三相四线制电网的单功率表的电路,7.8.7三相交流电的功率测量,图7-87有人工星点的单功率表回路,7.8.7三相交流电的功率测量,图7-88双功率表回路(阿隆回路),7.8.7三相交流电的功率测量,图7-89功率测量变换器(框图),7.9补偿,7.9.1补偿方式7.9.2补偿电容器的确定7.9.3电子换流器电路的补偿7.9.4音频阻塞电路,7.9补偿,图7-90实验电路荧光灯有补偿,7.9补偿,图7-91补偿的功率矢量图,7.9补偿,图7-92无功功率的补偿,7.9.1补偿方式,图7-93耗电器的单独补偿,7.9.1补偿方式,图7-94带有功率铭牌的镇流器,7.9.1补偿方式,图7-95群补偿,7.9.1补偿方式,图7-96总补偿,7.9.2补偿电容器的确定,解：,7.9.2补偿电容器的确定,图7-97补偿方式,解：,7.9.3电子换流器电路的补偿,图7-98电子换流器电路的补偿,7.9.3电子换流器电路的补偿,图7-99带滤波器的音频阻塞电路,7.9.4音频阻塞电路,7.10消除无线电干扰,7.10.1无线电干扰的形成7.10.2防无线电干扰措施,7.10.1无线电干扰的形成,图7-100无线电干扰实验,7.10.1无线电干扰的形成,图7-101无线电干扰电压的传播,7.10.1无线电干扰的形成,图7-102对称与非对称干扰电压,7.10.2防无线电干扰措施,解：1.无线电干扰电压是怎样引起的？2.无线电干扰电压是怎样达到接收设备的？3.为什么电容器能削弱无线电干扰？4.为什么防无线电干扰的措施应尽可能地靠近干扰源？5.如何区分3个无线电干扰等级？6.把什么称为EMV？1.正弦交流电有什么特点？2.用示波器显示正弦交流电压的波形(图7-111)，确定电压的以下参数：3.用频率发生器把正弦电压的频率从50Hz提高到200Hz。,7.10.2防无线电干扰措施,4.正弦量的瞬时值，对于其每个角既可以用角度来计算，也可以用弧度来计算。5.图7-112所示为两个峰值分别为=20V、=15V的正弦电压，其相位差为60。6.如何理解电感与电容元件的“理想状态”这一概念？7.计算图7-113所示的RL串联电路的：a)感抗XL；b)视在电阻；c)电流I；d)有功功率因数cos。8.为什么电网电源有一个电感无功功率补偿？9.图7-114所示的双电路中的两个荧光灯，其总有功功率因数cos=1，每个镇流器为69W，在每个分路中的电流为0.67A，容感和电感的相位角一样大。,7.10.2防无线电干扰措施,10.把一个有有效电阻的对称交流用电器以星形联结变换为三角形联结，问下面的物理量有何变化：a)线电流；b)相电流；c)相电压；效功率。11.把加热电阻R1=20、R2=30、R3=40以星形联结接到四线交流电网400/230V上。,7.10.2防无线电干扰措施,图7-103无线电干扰电压的降低,7.10.2防无线电干扰措施,图7-104用X和Y电容器消除干扰,7.10.2防无线电干扰措施,图7-105用XY电容器消除干扰,7.10.