第三章电工电子技术基础——PPT

1、课题8l3.1.1概述l3.1.2 正弦交流电的基本物理量3.1.1 交流电的用途1. 变化的电量可用交流电或正弦交流电来描述。处理这些电信号的就是模拟电子电路。2.交流电磁感应现象是现代工业的基础现代很多应用技术就是建立在正弦交流电磁感应基础之上的：动力电网的发电、输电、配电。通讯技术应用。信息技术。3.1.2 正弦交流电的产生低压信号用正弦交流电是用讯号发生器产生的；工业用正弦电是用发电机产生的。1.正弦交流电定义2.符号使用的规定3.发电原理3.2.1正弦交流电的三要素1周期T2最大值3频率f和角频率4初相角0正弦交流电的最大值，角频率和初相角最大值，角频率和初相角，只要有了这三个基本参

2、数，就可以确定一个正弦交流电，因此这三个基本参数称为正弦交流电的三要素三要素。3.2.2 相位与相位差 交流电某个瞬时所处的电角度，称为相位。1相位 两个同频率的正弦交流电相位之差，称为相位差。 用表示。两个同频率的正弦量的相位差为： =（t + 01）（t+ 02）= 01 022相位差3.2.3 正弦交流电的有效值因正弦交流电是变动的，不便测量或计算。从做功的角度和直流电等效。当它们通过同一电阻、在相同的时间内这两个电流做功相等，称直流电为交流电的有效值。 = 0.707Im即：正弦交流电流的有效值等于最大值除以 2mII 2 1.正弦交流电是现在工程上广泛应用的一种电量形式。它的变化、计

3、算等符合正弦函数的运算规律。 2. 正弦交流电的基本物理量是我们学习交流电的基础，大家要理解掌握。课题9l3.3交流电的相量表示及同频率正弦量的加减运算3.3.1 正弦量的表示方法1. 解析法2. 波形图法3. 旋转矢量法i = Im sin t ， u = Um sin t， e = Em sin t3.3.2 相量法1复数的表示方法2复数的运算复数A由实部和虚部两部分组成的。其代数表达式为A = a + j b（1）复数的加减运算（2）复数的乘除运算（3）正弦交流电的相量表示法结论结论u （1）我们用复数表示正弦量，就是借助于复数的运算方法对正弦量进行计算处理，运算结果取复数的虚部，还原为

4、正弦量。u （2）几个同频率正弦量用复数表示后，就可以按复数规律对他们进行代数四则运算。u （3）因为正弦量是时间的函数，为了区别于空间量矢量，用复数表示正弦量时称为相量（不称矢量），其方法称为相量法。 相量法是工程上分析交流电的一种基本方法，相量法既可以表示正弦量的大小、方向，又可以进行正弦量的计算。是正弦交流电的一种通用分析方法。课题10l3.4 电阻、电感、电容在交流电路中的特性 （1）电阻中电流与电压同相位，即它们的初相角相等 （2）电流和电压的瞬时值、最大值、有效值都服从欧姆定律3.4.1 纯电阻电路 1电流与电压之间的关系 2电阻电路消耗的功率 当交流电用有效值表示，直流电路的基本

5、概念、计算公式均可用于交流电阻电路的分析 例例 已知电阻两端电压的有效值U = 220 V，电阻R =100 ，求I和 P。 解： A W2 . 2100220RUI4842 . 2220UIP3.4.1 纯电感电路电感定义：电感定义：储能器件，通过电流的变化和电路交换能量，本身并不耗能电感元件：电感元件：在交流电路中，许多电器设备或器件是由线圈绕制而成的，线圈中既存在电感，又存在导体电阻和电容。当电阻、电容与电感相比较可以忽略不计时，即可把线圈用理想电路模型电感元件来表示电感元件简称电感，由电感元件组成的电路称为纯电感电路纯电感电路1纯电感电路中电压与电流的关系（a） 电感电路（b）相量图2

6、电感元件的功率为了表示电感与电源之间能量交换的大小，引入了无功功率的概念。电感电路中瞬时功率的最大值称为无功功率LLLXUXIUIQ221.电阻因为是一个耗能器件，在不同电路中的应用方法相同。2.电感因为是储能、动态元件，一些特性是在电流变化的过程中体现出来的。例如感抗和电流的频率成正比，只有电流动才产生感抗；因为是储能器件，电流和电压不同相位（同相位就成了耗能器件）。我们要对电感的特性进行深刻理解，才能在工程上合理应用。课题11l3.4.3 电容在交流电路中的特性l3.5 R L串联电路3.4.3 纯电容电路1电压电流关系上式称为电容元件电压与电流的相量欧姆表达式。该式反映了电容元件电压与电

7、流的有效值及相位关系。（a）电容元件（b）相量图IjXIXjICjUCC112电容中的瞬时功率 瞬时功率的最大值，无功功率的表达式为CCCXUXIUIQ223.5.1 分析R L串联电路的工程意义电感线圈可用R L串联电路来等效。变压器、电抗器、电动机、继电器等一切用线圈绕制的电器设备，其线圈的电阻可用电阻元件来等效；其电感用电感元件来等效，即一个实际的电感线圈就等效为一个电阻与电感的串联电路。因此，分析R L串联电路有着很实际的应用意义3.5.2 R L串联电路分析分析 1电压之间的关系 2电阻、感抗与阻抗之间的关系 阻抗虽不是相量，但电阻、感抗和阻抗三者遵从相量和的关系，而不是代数和的关系

8、。由于XL是频率f的函数，所以 也是频率的函数，f增大，增大，f减小， 减小。ZZZ 3RL串联电路的功率22LQPUIScosSIUPRsinSIUQLLRLPQarctan4.功率因数及应用（1）功率因数 在交流电器设备中，也都有一个额定值。如额定输出电压UN、额定输出电流IN等。交流发电机，变压器都用视在功率SN = UN IN表示额定值。当达到了视在功率，就认为满载 输出功率的大小取决于负载的功率因数。负载功率因数小，造成发电设备资源和电能的浪费（2）应用cosSP1.电容也是一个储能器件，只和电路交换能量。因电容器的两个极板绝缘，漏电流很小，自身损耗很小，所以电容器件可以看作理想元件

9、。因为是储能器件，电流超前电压90。2.RL串联电路是将两个性质不同的元件串联，因为电感电压和电流有着90的相位差（直角），就出现了电压、阻抗、功率的三角形关系，出现了功率因数的概念，这都是交流电路出现的新概念，是应用的基础，要做深刻理解。课题12l3.6 RLC串联电路及谐振3.6.1 RLC串联电路（a）RLC串联电路电（b）电压矢量图1电流与电压的关系2222)(CLRXRUUUUUURCLUUU arctanRLC串联电路总电压的有效值与分电压的有效值遵从直角三角形关系，而不是代数和的关系。2阻抗之间的关系RLC串联电路的一般电压表达式为)sin(2)sin(U2tIZtu3电路的三种

10、性质（1）当电路的感抗大于容抗，即XLXC，X0，0，ULUC ，电路的总电压超前电流一个角，电路呈感性（2）当电路的感抗小于容抗，即XLXC，X0，0，ULUC ，电路的总电压落后电流一个角，电路呈容性，（3）当电路中的感抗与容抗相等，即XL = XC，X = 0， =0，UL = UC ，此时电路中的总电流和总电压同相位，电路呈阻性，这种状态称为串联谐振4电路的功率关系（1）有功功率 在RLC串联电路中，只有电阻消耗能量，所以电路的有功功率就是电阻上消耗的功率（2）无功功率 在RLC串联电路中，电感和电容都与电源进行着能量的交换，所以都有无功功率。（3）视在功率是电源供给的总功率，它与有功

11、功率和无功功率是直角三角形关系，而不是代数和的关系3.6.2 R、L、C串联谐振电路1串联谐振电路的条件为了使串联电路发生谐振，可从两方面入手： （1）当电路的LC值都已确定，改变电源的频率，使之为f0，则电路发生谐振 （2）当电源的频率固定时，可改变串联电路的电感值或电容值，即改变电路的固有频率f0，使之等于电源的频率，电路发生谐振2串联谐振电路的特点（1）电路的阻抗最小（2）电路中的电流最大（3）电容或电感两端电压可比电路的总电压大许多倍（4）品质因数 电感（或电容）上的电压与外加电压之比，称为电路的品质因数，用Q表示1.RLC串联电路也是工程上一种常用电路形式，当需要改变电感中电流和电压

12、的相位差，可采用在电感电路中串联电容的方法。2.RLC串联谐振的概念有着广泛的应用，谐振电路广泛应用于信号发生器、广播、通讯等电路中。课题13l3.7 电感与电容器并联及其谐振3.7.1 LC并联电路的工程应用在交流电路中工作的电器，很多都属于感性负载。当将电容器与感性负载并联时，由于电容中的电流超前电压90o电角度，正好补偿电感中电流落后电压的电角度，可减小总电压与总电流的相角差，即可提高电路的功率因数；LC并联，当其谐振时，同样可进行选频和滤波。因此，研究电感与电容并联电路在工程上亦有着重要的实际意义。3.7.2 LC并联电路1电压与电流的关系电感性负载与电容并联电路几点结论（1）电感性负

13、载两端并联电容后，可使总电流减小。（2）电感性负载两端并联电容后，使总电流与电压之间的相位差小于感性负载上的电流与电压之间的相位差1，提高了总电路的功率因数。（3）当并联电容器的电容量较大时，IC电流大于I1V，则总电流要超前电压U一个角，这时电路就变成了容性。（4）当并联电容中的电流 与电感中的电流 的垂直分量大小相等时，则总电流 与电压 同相位。3.7.3 LC并联谐振电路LC并联谐振电路多用于电子技术中作为选频电路，它是将一个电感线圈和一个电容器并联如果忽略电阻R的影响，电路的谐振条件仍为电感的感抗等于电容的容抗谐振频率为(a) 电路图 (b) 相量图CL1LCf210谐振电路具有以下特

14、征：谐振电路具有以下特征：1谐振时总电流与总电压同相位，电路呈电阻性，阻抗最大，电流最小2电感中电流几乎与电容中电流大小相等、相位相反3电感或电容中的电流比总电流大很多倍1. 电感支路中并联电容提高功率因数的特点，广泛应用于动力电网。2. LC并联谐振与LC串联谐振有着相同的应用范围，不过在应用过程中是应用各自的特性（如串联阻抗最小，并联阻抗最大）。课题14l3.8 三相交流电的产生及三相电源的连接l3.9 三相负载的星型连接3.8.1电力系统为什么采用三相制供电三相交流电是由三个在相位上互差120电角、幅度大小相等的三个相电压组成的供电系统。目前电能的生产、输送和分配几乎全都采用三相制，就是

15、在需要单相交流电供电的地方，也是应用的三相交流电中的一相1.应用的普遍性（1）三相发电机或变压器比同样尺寸的单相发电机或变压器输出和传递的功率大（2）在输送功率相同、电压相同和距离、线路损失都相同的情况下，采用三相制输电可以比单相制输电节省约25%的线材（3）三相异步电动机与单相异步电动机相比较，在输出功率相同的情况下，具有结构简单、体积小、价格低、电磁噪声小、性能好、工作可靠等优点2. 采用三相制的优点3.8.2 三相交流电的产生1.三相交流发电机三相交流电是由三相交流发电机产生的，三相发电机示意图如图所示，主要是由定子和转子两大部分组成。发电机的转子铁心上装有励磁绕组，当励磁绕组中通以直流

16、电时，在转子中产生磁场。转子的表面形状比较特殊，它使磁感应强度沿着转子表面按正弦规律分布。当转子在原动机的驱动下作匀速转动时，定子绕组由于切割磁力线便产生一组频率相同、幅值相等，相位上互差120o电角度的正弦电压。2. 三相交流电压与相序（1）三相电压当发电机的转子逆时针旋转时，若以U相电压为参考正弦量，则可写出3个电压的瞬时表达式为：uU = uV = uW = 三相正弦交流电压的波形图和相量图tUsin2otU120sin2ootUtU120sin2240sin2（a）波形图（b）矢量图2. 三相交流电压与相序（2）相序 取一相为参考，把3个电压到达正的最大值的先后次序称为“相序”。习惯上

17、选U相为参考，V相落后U相120o，W相又落后V相120o，相序为UVW，称为正相序；如将V、W的位置对调，相序为UWV，则称为逆相序。在电路分析中，一般都是按正相序来分析。3.8.3 三相电源的星形（Y）连接与线相电压1. 三相电源的星形连接三相电源因为有3相绕组、6个端点，6个端点的连接方法不同，效果不同。（1）三个绕组互不相连（2）三个绕组星型联接2线电压和相电压根据基尔霍夫电压定律，沿着三个自然回路（自然网孔）列出三个独立方程：uUV = uUuVuVW = uvuW uWU = uWuU将电压的瞬时值用相量表示，表达式为)(VUVUUVUUUUU)(WVWVVWUUUUU)(UWUW

18、WUUUUUU相量图3.9.1 三相负载的星形（Y）连接电动机电动机属于对称负载，三个绕组阻抗、性质相同；家用电器使用电压220V，分散在三个相线上，属于不对称负载。三相负载对称 对称指的是三个负载阻抗相等，性质相同不对称 不对称指的是三个负载阻抗、性质不同1三相不对称负载的星形连接2三相对称负载的星形连接三相交流电是动力电，是电能的主要供电方式。电压等级的划分为：低于1000V的三相交流电称低压三相交流，高于1000V、低于10kV称中压交流电，高于10kV称高压交流电。我国用的低压三相交流电是线电压380V，相电压220V，频率50Hz。在矿山上因输电线较长，低压交流电用线电压660V。不

19、同国家，电压、频率均不同。这给电器设备的出口、进口带来了不便。课题15l3.9.2 三相对称负载的三角形（D）连接l3.10 工程应用l3.11 知识应用3.9.2 三相负载的三角型连接（D）UL IL cos P三相对称负载不论作星形连接还是三角形连接，均可用公式此来计算电路的总功率。(a) 三角形连接图(b) 电路图3P综述1. 三相负载是连接成星形还是三角形，是由负载的额定电压和电源的线电压决定的。如果负载的额定电压等于电源的线电压，应接成三角形；如果负载的额定电压等于电源的相电压，应接成星形。2. 我国工作在线电压为380 V上的电动机，4kW以下采用星形连接，4kW以上采用三角形连接

20、。3.10.1电力系统的组成发电：将机械能或其他能（光、风、水）变为电能，称为发电。输电：将较低电压变为高压，通过高压线路进行远距离输送，称为输电。变电：将高压电变为用户应用的低压电，称为变电。配电：将低压电（指10kV及以下）分配给用户，称为配电。3.10.2 安全用电1.触电人体因接触带电体而引起死亡或局部受伤的现象称为触电。按人体受伤害的程度不同，触电可分为电伤和电击两种。(a) 双线触电(b) 单线触电(c) 中性线不接地触电2. 保护接地和保护接零（1）保护接地把电气设备的金属外壳用电阻很小的导线与埋入大地的金属导体连接起来，这种方式称为保护接地，埋入地下的金属导体称为接地体。埋入地下的钢管、建筑物的钢结构和钢筋等，均可作为接地体。接地体的接地电阻越小越好，其值不得超过10。(a) 外壳接地(b) 外壳不接地2. 保护接地和保护接零（2）保护接零把电气设备的金属外壳用电阻很小的导线与电源的中性线可靠地连接起来，称为保护接零。适用于1000V以下的中性点良好接地的三相四线制