轮机员培训教案正弦交流电路-ppt课件

1、正弦交流电路正弦交流电路天津理工大学海运学院2019.4it i tIi sinmImIm 2 Tit O有效值：与交流热效应相等的直流定义为交流有效值：与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。电的有效值。幅值：幅值：Im、Um、Em那么那么有有TtiTI02d1dtRiT20RTI2 TttIT1022mdsin2mI 同理：同理：2mUU 2mEE 交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值fT22Tf1t O 给出了察看正弦波的起点或参考点。给出了察看正弦波的起点或参考点。 :4.初相位与相位差初相位与相位差t it )sin(mtIiO0t =t

2、)sin(1mtUu如：如：)()(21 tt21 假假设设021m2sin()iI t uiu i ttO 9021 90021 电流超前电压电流超前电压 02118021uittui90OuittuiOttuiuiOuittui O 不同频率的正弦量比较无意义。不同频率的正弦量比较无意义。 两同频率的正弦量之间的相位差为常数，两同频率的正弦量之间的相位差为常数， 与计时的选择起点无关。与计时的选择起点无关。 ti2i1iO瞬时值表达式瞬时值表达式)sin(m tUu波形图波形图相量相量UU ut O)(sinmtUu 设正弦量设正弦量:假设假设: :有向线段长度有向线段长度 = = mU有

3、向线段以速度有向线段以速度 按逆时针方向旋转按逆时针方向旋转那么那么: :该旋转有向线段每一瞬时在纵轴上的投影即表该旋转有向线段每一瞬时在纵轴上的投影即表示相应时辰正弦量的瞬时值。示相应时辰正弦量的瞬时值。有向线段与横轴夹角有向线段与横轴夹角 = = 初相位初相位 1u1tu0 xyOmUut O+j+1Abar 0复数表示方式复数表示方式设设A为复数为复数:A =a + jbabarctan22bar复数的模复数的模复数的辐角复数的辐角式中式中:racosrbsin)sinj(cossinjcosrr rArAje sinjcosej 可得可得: rrrjrbaA jesincosj rA

4、由欧拉公式由欧拉公式:2jeesinjj ,2eecosjj )(sinmtUu设正弦量设正弦量:相量相量: 表示正弦量的复数称相量表示正弦量的复数称相量 相量辐角相量辐角=正弦量的初相角正弦量的初相角UUeU j 相量辐角相量辐角=正弦量的初相角正弦量的初相角UeUUmjmm 或：或：实践运用中，多采用有效值相量实践运用中，多采用有效值相量)(sinmtIi？=只需同频率的正弦量才干画在同一相量图上。只需同频率的正弦量才干画在同一相量图上。 IUIeImjm 模用最大值表示模用最大值表示 ，那么用符号，那么用符号：mmI U、 相量图相量图: 把相量表示在复平面的图形把相量表示在复平面的图形

5、 实践运用中，模多采用有效值，符号：实践运用中，模多采用有效值，符号：I U、IU如：知如：知)V45(sin220 tuVe220j45m UVe2220j45 U那么那么或或)jsincos(ejUUUU 相量式相量式:j90sinj90cosej90 rAje C+1+jo90je 旋转旋转 因子：因子：090 相量相量 乘以乘以 ， 将顺时针旋转将顺时针旋转 ，得到，得到A-j90e AC090 相量相量 乘以乘以 ， 将逆时针旋转将逆时针旋转 ，得到，得到A 90jeBA090BAV452220U？)V45(sin220 tuVe22045m U？)A30(sin24 t？Ae4j3

6、0 Ij45)A60(sin10ti？V100 U？Ve100j15 U？ 2.知：知：A6010 IV15100 U三角函数式三角函数式tUum sin波形图波形图 TmIt 反映正弦反映正弦量的全貌量的全貌包括三个包括三个要素。要素。相量式相量式UeUUj反映正弦反映正弦量两个要量两个要素。素。前往I.相量图相量图U.相量表相量表示法示法设设tUusinmRUI tRU2RtURuisinsinmtI2tIsinsinm0 iu 相位差相位差 ： IU相量图相量图Riu+_相量式：相量式：0II RIUU 0RUI u = iRIU相量图相量图Riu+_相量方式的欧姆定律相量方式的欧姆定律

7、UIR TTtiuTtpTP00d1d101(1cos2)dTUIttT IUP 单位单位:瓦瓦W 2RI P RU2Riu+_ppttOUI 功率的计算与直流电路一样功率的计算与直流电路一样)90(sin2 tLI 根本关系式：根本关系式： 频率一样频率一样 U =I L 电压超前电流电压超前电流90 90iu相位差相位差90tiLeuLdd设：设：tIisin2iu+-eL+-LttILud)sind(m)90(sin2tUuttu iiO)90(sin2tLIutIisin2LUI LXIU 那么那么: : 电感电感L具有通直阻交的作用具有通直阻交的作用f = 0, XL =0，电感，电

8、感L视为短路视为短路LfLXL2 fLXL2 L IUXLLfLXL2LX)(jjLXILIUfLUI 2UI相量图相量图90IU超前超前)90(sin2tLIutIisin2根据：根据：LXI,fO大小关系：大小关系：U =I LIXL p 0分析：分析： 瞬时功率瞬时功率 ：uiptUI2sinui+-ui+-ui+-ui+-+p 0p 0p 0p XC 时，时， 0 ，u 超前超前 i 呈感性呈感性当当 XL XC 时时 ， 0 ， u 滞后滞后 i 呈容性呈容性当当 XL = XC 时时 ， = 0 ， u. i 同相同相 呈电阻性呈电阻性阻抗三角形、电压三角形、功率三角形阻抗三角形、

9、电压三角形、功率三角形SQP22)(CLXXRZ sincosZXZR2)(CL2RUUUUsincosUUUUXR22QPSsincosSQSPRUUCLUU将电压三角形的有效值同除将电压三角形的有效值同除I得到阻抗三角形得到阻抗三角形将电压三角形的有效值同乘将电压三角形的有效值同乘I得到功率三角形得到功率三角形RCLXX Z cosUIP 所所以以 cos)d(2coscos1d100UIttUIUITtpTPTT 单位单位: W总电压总电压总电流总电流u 与与 i 的夹角的夹角coscos 称为功称为功率因数，用来率因数，用来衡量对电源的衡量对电源的利用程度。利用程度。单位：单位：var

10、sinUIQ 总电压总电压总电流总电流u 与与 i 的夹角的夹角根据电压三角形可得：根据电压三角形可得：RIIUUIPR2cos电阻耗费电阻耗费的电能的电能)()(2CLCLCLXXIIUUIUIUQ根据电压三角形可得：根据电压三角形可得：URU XU电感和电电感和电容与电源容与电源之间的能之间的能量互换量互换正误判别正误判别ZUI ？ZUI Zui ？ZUI？在在RLC串联电路中，串联电路中， ZUI？UUUCL arctan？RXXCL arctanRCLUUU arctan？ ？CXLXRUI？CLRUUUU？CLRuuuu？)CLXXRZj(RCL arctan？ ？CLXXRZ 0I

11、I设设 在同时含有在同时含有L 和和C 的交流电路中，假设总电压和的交流电路中，假设总电压和总电流同相，称电路处于谐振形状。此时电路与电总电流同相，称电路处于谐振形状。此时电路与电源之间不再有能量的交换，电路呈电阻性。源之间不再有能量的交换，电路呈电阻性。 掌握谐振时电路的特点掌握谐振时电路的特点IU、同相同相 由定义，谐振时：由定义，谐振时：或：或：CLoo 1 0arctanRXXCL即即谐振条件：谐振条件：CLXX串联谐振电路串联谐振电路RLCRu+_Lu+_Cu+_u+_iLC10 LCf 210 或或电路发生谐振的方法：电路发生谐振的方法：(1)电源频率电源频率 f 一定，调参数一定

12、，调参数L、C 使使 fo= f；(2)电路参数电路参数LC 一定，调电源频率一定，调电源频率 f，使，使 f = fo 或：或：CfLf00212可得谐振频率为：可得谐振频率为：根据谐振条件：根据谐振条件：CLoo122()LCZRXXR 当电源电压一定时：当电源电压一定时： RUII 0电路呈电阻性，能量全部被电阻耗费，电路呈电阻性，能量全部被电阻耗费， 和和 相互相互补偿。即电源与电路之间不发生能量互换。补偿。即电源与电路之间不发生能量互换。LQCQIU、0arctanRXXCL电阻电压：电阻电压：UR = Io R = U00= LCLCLCUUUUI XI XXXRR 电容、电感电压

13、：电容、电感电压：CLUURX XCL当当 时：时：有：有：UUU URCLUC 、UL将大于将大于电源电压电源电压URCRLUUUUQCL001 令：令：表征串联谐振电路的谐振质量表征串联谐振电路的谐振质量QQUUUCL 有有：所以串联谐振又称为电压谐振。所以串联谐振又称为电压谐振。留意留意QUUCRXIUCC 001 QUURLXIULL 00 与与相互抵消，但其本相互抵消，但其本身不为零，而是电源电压的身不为零，而是电源电压的Q倍。倍。LUCUILUCUUUR如如Q=100,U=220V,那么在谐振时那么在谐振时22000VQUUUCL接纳机的输入电路接纳机的输入电路1L：接纳天线：接纳

14、天线LC：组成谐振电路：组成谐振电路1LLC电路图电路图321eee、 为来自为来自3个不同电台个不同电台(不同频率不同频率)的电动势信号；的电动势信号；调调C，对，对所需信号所需信号频率产生频率产生串联谐振串联谐振CLR1e2e3e1f2f3f等效电路等效电路+-CuQUUIICmax0最大最大那那么么5.1功率因数功率因数:对电源利用程度的衡量。对电源利用程度的衡量。scoUIjXRZ+U-ZI的意义：电压与电流的相位差，阻抗的辐角，的意义：电压与电流的相位差，阻抗的辐角， 功率因数角功率因数角sinUIQ 1cos功率功率RZXSQPAkV1000NNNIUS假设用户：假设用户： 那么电

15、源可发出的有功功率为那么电源可发出的有功功率为： 1cos假设用户：假设用户： 那么电源可发出的有功功率为那么电源可发出的有功功率为： 0.6cos800kvarsinNNIUQ而需提供的无功功率为而需提供的无功功率为:600kWcosNNIUPcos1000kWcosNNIUP无需提供无功功率。无需提供无功功率。(费电费电)设输电线和发电机绕组的电阻为设输电线和发电机绕组的电阻为 :r要求要求:(、定值、定值)时时cosIUP cosUPI rIP2cos( (导线截面积导线截面积) )IS 日常生活中多为感性负载日常生活中多为感性负载-如电动机、日光灯，如电动机、日光灯，其等效电路及相量关

16、系如以下图。其等效电路及相量关系如以下图。 IURULU相量图相量图+U-RLXI+RU-+-LU感性等效电感性等效电路路A0.182A22040 UPI1cos例例cosIUP A0.364A0.522040co sUPI40W220V日光灯日光灯 0.5cos 供电局普通要求用户的供电局普通要求用户的 0.85coscosL LI1ICIIU1 必需保证原负载的任务形状不变。即：必需保证原负载的任务形状不变。即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。加至负载上的电压和负载的有功功率不变。 在感性负载两端并电容在感性负载两端并电容cosIcosCIC+U-RLI1I1cos不变不变感性支路的

17、功率因数感性支路的功率因数感性支路的电流感性支路的电流I1I1不变不变1IIU1CI(1) 电路的总电流电路的总电流 ，电路总功率因数，电路总功率因数Icos电路总视在功率电路总视在功率S1IIU1CIsinsin11IIICCCUI=UCX 11sinIsinI即即:sinsin11IICUCIC+U-RLI1I)tan(tan12 UPC1111sinsinsinsincoscosUCIIPPUU +eAeBeCXABYCZ+ +_eeAX定子定子转子转子ZAXYNSC-+B铁心作为导磁路经铁心作为导磁路经三相绕组三相绕组: 直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁定子定子转子转子发电机构造发电机

18、构造tEe sinmA )120sin(mB tEe )120sin(mC tEe EEE 0A)23j21(120B EEE)23j21(120C EEE对称三相电动势的瞬时值之和为对称三相电动势的瞬时值之和为 00CBA eee即：即：0CBA EEE或或三个正弦交流电动势满足以下特征三个正弦交流电动势满足以下特征(1) 联接方式联接方式中性点中性点CBAUUU、CABCABUUU、UpCU+BU+AU、UlXYZNBCAeA+eC+eB+ABU+BCU+CAUBAABUUU CBBCUUU ACCAUUU 由相量图可得由相量图可得 30BU ABUAUCUBUAXYZNBCeA+eC+e

19、B+CU+BU+AUABU+BCU+CAU303AABUU 且且超超线线电电压压形形联联结结时时结结论论：电电源源,3,Y PUUl 。三三相相线线电电压压也也是是对对称称的的前前相相应应的的相相电电压压 ,30CAC330UU C330BBUU 30BU ABUAUCUBUBCUCAU+BACABUCAUBCUBCUCACUU CBBUU ABAUU 结论：三相电源形联接时，线电压相电压结论：三相电源形联接时，线电压相电压C三相四线制三相四线制380/220380/220伏伏 额定相电压为额定相电压为220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电压为额定线电压为380伏的三相负载伏的三相负载NIC

20、BAIII、aI+ZBZCZAAUBUCU+AIBICIN 电源中性点电源中性点N 负载中性点负载中性点bIcIcbaIII、NIaI+ZBZCZAAUBUCU+AIBICIbIcIABCZZZZAABBCCUIZUIZUIZ 0ABCNIIIIaIZBZCZAAIBICIbIcIPL3UUPLII Y 结合时：结合时：NABC0IIII AIBICINIaI+ZBZCZAAUBUCU+AAA UIZ AIBICINIaI+ZBZCZAAUBUCU+AIaIZAAU+0 -120BAII 0 120CAII 负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。根据对称性直接写出。 1.对称三相负载星形结合时对称三相负载星形结合时, 三相负载的电压对称，三相负载的电压对称，且中线电流为零，此时可省去中线。且中线电流为零，此时可省去中线。 2.不对称三相负载星形结合且无中性线时不对称三相负载星形结合且无中性线时, 三相负载三相负载的相电压不对称。的相电压不对称。 3. 照明负载三相不对称，必需采用三相四线制供电方