交流电路认知讲义(PPT 105页).ppt

,项目三交流电路认知,机械工业出版社,3.1交流电的基本知识,1,3.2正弦交流电的表示法,2,3.3正弦交流电的相加与相减,3,3.4纯电阻电路,4,3.5纯电感电路,5,3.6纯电容电路,6,3.7电阻与电感串联电路,7,知识要点,机械工业出版社,*3.8电阻、电感和电容串联电路及谐振,8,*3.9电感线圈与电容并联电路,9,3.10电路的功率因数,10,*3.11电阻、电感和电容并联电路及谐振,11,知识要点,*3.12三相交流电,10,机械工业出版社,掌握交流电产生的基本原理及郑玄交流电的三要素,1,掌握电阻、电感和电容元件组成的交流电路,2,掌握RLC串、并联电路中电流与电压的关系及其特点,3,任务目标,机械工业出版社,3.1.1交流电的基本概念,3.1.2正弦交流电的相关量,3.1交流电路的基本知识,机械工业出版社,大小和方向随时间作周期性变化，并且在一个周期内的平均值为零的电压、电流和电动势统称为交流电。,3.1.1交流电的基本概念,机械工业出版社,电路中物理量的表示方法：,电路图中标出的US、i、u的方向是电压、电动势和电流的参考方向，由于实际方向反复变化，与参考方向相同的为正，反之为负。,直流电用大写的英语字母表示，如：E、I、U。,交流电用小写的英语字母表示，如：e、i、u。,机械工业出版社,即描述正弦交流电特征的物理量,1周期(T),正弦量变化一次所需的时间，单位为秒(s)。,2频率(f),单位时间内完成的周期数，单位为赫兹(Hz)。,频率与周期互为倒数。,T、f、之间的关系,3角频率(),单位时间内变化的电角度，单位为弧度/秒(rad/s),3.1.2正弦交流电的相关量,机械工业出版社,4瞬时值,5最大值,6有效值,正弦量在任一瞬间的值。用小写字母表示，如：i、u、e。,交流电流i通过电阻R在一个周期内产生的热量与某直流I通过同样的电阻在相等的时间内产生的热量相等，该直流I的数值就定义为交流电流i的有效值。,机械工业出版社,根据上述定义，可得,同理：,有效值用大写字母表示，如U、I、E。,机械工业出版社,7相位,图示交流电流的波形可用数学式表示为,它的初始值为零,数学式表示为,它的初始值不为零,计时起点(t=0)不同，正弦量的初始值就不同；到达最大值或某一特定值所需时间也就不同。,机械工业出版社,而,称为相位角，简称相位。,相位能反映正弦交流电流变化进程。例如，图示波形,在相位,时，电流为最大；当,电流为零。,相位和初相位的单位都是弧度。,机械工业出版社,8相位差,两个同频率正弦交流电的相位之差。,相位差可以比较两个同频率正弦量之间的相位关系(如超前或滞后，同相或反相)。,设两个同频率交流电流,相位差为,由于两个电流的频率相同，所以相位差等于初相位之差。,机械工业出版社,i,u,例：两正弦量为,相位差,则称电压超前电流60或电流滞后电压60。,而超前是指：电压总比电流先经过对应的最大值或零值。,相位差角要用小于或等于表示。,机械工业出版社,i1与i2同相,=0,i1与i3反相,=,机械工业出版社,机械工业出版社,3.2正弦交流电的表示法,2.2.1波形图表示法,2.2.2解析式表示法,2.2.3旋转矢量表示法,机械工业出版社,O,要把正弦量的三要素特征表示出来。,可以直观地表达出交流电的特征。,最大值Im,Im,角频率或周期T,T,初相角0(0=0),Im,0,3.2.1波形图表示法,机械工业出版社,式中：,=t+0为该正弦交流电压的相位,3.2.2解析式表示法,机械工业出版社,例,矢量以角速度逆时针旋转。,正弦量用矢量表示后，可以将复杂的三角函数运算转换成矢量运算，简化了运算过程。,旋转矢量表示法：选一矢量其长度表示交流电的,最大值(或有效值)；矢量与横轴的夹角表示初相角，,0在横轴的上方，XC,电路中电压超前电流角，电路呈感性；,当XLIC，,总电流超前电压角；,I1sin10，即电路呈容性也是没有必要的。,机械工业出版社,例有一感性负载P=5kW，功率因数cos1=0.6，接在电压U=220V，频率f=50Hz的电源上。若将功率因数提高到cos=0.85，应并联多大电容器?,解,并联电容前,可用两种方法计算,解法1,并联电容后,机械工业出版社,并联电容前,U,解法2,机械工业出版社,并联电容后,同理,U,机械工业出版社,u,设电路中外加正弦电压初相角为零,u=Umsint,则各分支电流分别为,画电流矢量图可求Im和,总电位,*3.11电阻、电感和电容并联及谐振,机械工业出版社,RLC并联谐振,u,U,并联谐振电路的矢量图如图所示。,并联电路出现电压与总电流同相，电路呈现纯阻性，即为并联谐振。,并联谐振电路的特点：,电感和电容所需的无功功率相互补偿，即,QL=QCQ=QLQC=0S=Pcos=1,(1)谐振电路功率,机械工业出版社,(2)谐振电路阻抗,感抗等于容抗，两者并联电路部分阻抗无穷大，相当于开路谐振电路总阻抗Z=R。,u,(3)谐振电路电流,电感支路电流和电容支路电流相互抵消，电路总电流,I=IR,谐振电路中IL和IC的数值可能要远大于I，因此并联谐振也称电流谐振。,机械工业出版社,例图示电路，若外加电压u含有2000Hz和5000Hz两种频率的信号，要求滤除2000Hz的信号，使负载RL上只有5000Hz的信号，当L=12mH时，电容C应为多大？,解让2000Hz信号在L、C并联电路中产生谐振，该段阻抗无穷大，信号无法通过,所以，在2000Hz,u,段XL=XC,动画：并联谐振电路,机械工业出版社,由三相电源与三相负载组成的电路称为三相交流电路。,右图为三相电源星形联结电路，这种电源一般由三相交流发电机或三相变压器提供的，称为三相四线制。,将三个幅值相等、频率相同、相位互差(120)的单相交流电源按规定方式组合而成的电源称为三相交流电源。,动画：三相交流电动势的产生,3.12.1三相交流电源,机械工业出版社,三相四线制供电方式,三相四线制电源提供两种电压,三个绕组末端U2、V2、W2连接点称中性点，记作N；,三个绕组首端U1、V1、W1引出的导线称为端线(或相线、火线)。,相电压：端线与中性线之间的电压用UP表示。,线电压：端线与端线之间的电压用UL表示。,由中性点引出的导线称中性线；,机械工业出版社,1三相电源的相电压,根据三相电源定义，设U相电压初相角为零，端线与中性线之间电压为,三相电源电压矢量图,120,UU,UW,UV,120,120,机械工业出版社,uW,三相电源相电压的波形,对称三相电压的波形图,机械工业出版社,2三相电源的线电压(uUV、uVW、uWU),矢量图,UU,UW,UV,三个线电压有效值相等，都等于相电压的倍，在相位上分别超前对应的相电压30。各线电压的相位差亦是120。,用矢量法进行计算得：,机械工业出版社,三相四线制供电方式，相电压对称，线电压也是对称的。,例,三相四线制供电，已知相电压为220V，试求线电压。,机械工业出版社,由三相电源供电的负载称为三相负载。,三相负载分两类：,*必须接收三相交流电源才能正常工作的负载，如三相交流电动机为对称负载；,*由单相电源供电的负载，如家用电器和电灯。应用时，将所有负载尽量平均分成三组接入三相交流电源，为不对称负载。,3.12.2三相负载的连接,机械工业出版社,星形联结,三角形联结,三相负载采用何种连接方式由负载的额定电压决定。,当负载额定电压等于电源线电压时采用三角形联结；,当负载额定电压等于电源相电压时采用星形联结。,机械工业出版社,将三相负载星形联结电路改画为下图,N,相电流与对应相电压之间夹角由负载性质决定。,三根端线上的电流iU、iV、iW称为线电流；,流经负载的电流iUN、iVN、iWN称为相电流；,iN称为中性线电流。,星形联结电路中相电流等于线电流，即,iU=iUNiV=iVNiW=iWN,或iL=iP,三相负载星形联结及中性线作用,机械工业出版社,1相电压与线电流和相电流有效值的关系,3中性线电流与线电流的关系,2各相负载电流与对应相电压的相位差,机械工业出版社,4星接三相对称负载电路分析,三相对称负载是指ZU=ZV=ZW,由于三相电源对称，对称负载时的电流也对称。,对称负载中性线电流,uV,+,uW,+,N,W,N,U,iN=iU+iV+iW=0,中性线可省去。,机械工业出版社,5中性线的作用,若负载不对称，一定要保留中性线。否则负载上的电压不对称，会造成负载无法正常工作。,机械工业出版社,N,uW,+,iU,N,例图中电源电压对称，UP=220V；负载为电灯组，在额定电压下电阻分别为RU=5，RV=10，RW=20。电灯额定电压UN=220V。求负载相电压、相电流及中线电流。,RU,RV,RW,U,V,W,解负载不对称有中性线时，负载的相电压与电源的相电压相等。,用矢量图求iN,IN=29.1A,N=-19,机械工业出版社,对称负载ZUV=ZVW=ZWZ=Z,相电流,线电流,相、线电流关系,3.12.2对称负载的三角形联结,机械工业出版社,解电动机每相绕组的阻抗为,(1)当绕组采用星形联结时，每相绕组电压为相电压,例三相交流异步电动机的定子绕组起动采用星形联结方式，工作时采用三角形联结。若电动机每相绕组的电阻为6，感抗为8，电源线电压为380V，试比较两种接法下的相电流和线电流。,机械工业出版社,(2)绕组采用三角形联结时，每相绕组电压为线电压，即,相电流为,线电流为,即三角形联结的相电流是星形联结相电流的倍。,即三角形联结的线电流是星形联结电流的3倍。,比较：a.,b.,三相交流电动机采用星形起动、三角形运行的工作方式，可以有效减少起动电流。,机械工业出版社,三相电路的有功功率和无功功率是三相负载每相有功功率和无功功率之和，当三相负载对称时，有,总视在功率为,三相功率与相电压、相电流的关系为,3.12.3三相电功率,机械工业出版社,三相功率与线电压、线电流关系,j为每相负载的功率因数角。,例三相对称负载，每相的电阻为6W，感抗为8W，接线电压为380V的三相交流电源，试比较星形联结和三角形联结两种接法下消耗的三相电功率。,解每相