《交流电路》课件

交流电路电气工程基础课程课程目标掌握交流电基本概念理解正弦量表示法和复数运算学习电路分析方法阻抗分析和相量计算应用于工程实践交流电的基本概念定义随时间周期性变化的电流特点方向和大小周期变化优势易于变压和长距离传输正弦交流电的产生1发电机旋转线圈在磁场中旋转2感应电动势切割磁力线产生电势3正弦波形成转子角度决定电压大小正弦量的表示方法时域表示i=Imsin(ωt+φ)表示瞬时值随时间变化频域表示I=Im∠φ表示幅值和初相位相量表示法定义相量用复数表示正弦量1代数形式I=a+jb2指数形式I=Iejφ3极坐标形式I=I∠φ4正弦交流电的特征参数幅值最大值频率每秒周期数相位波形位置周期完成一次变化所需时间有效值和平均值有效值I=Im/√2产生相同热效应的直流电流值平均值Iav=2Im/π半周期内平均值峰值系数k=Im/I=√2相位与相位差同相位相位差为0°反相位相位差为180°超前/滞后相位差为±90°复数运算回顾加减法(a+jb)±(c+jd)=(a±c)+j(b±d)乘法(a+jb)(c+jd)=(ac-bd)+j(ad+bc)除法(a+jb)/(c+jd)=(ac+bd)/(c²+d²)+j(bc-ad)/(c²+d²)单一参数电路：电阻1欧姆定律U=RI2相位关系电压电流同相3功率P=RI²单一参数电路：电感1感抗XL=ωL2相位关系电压超前电流90°3能量存储储存于磁场单一参数电路：电容1/ωC容抗XC=1/ωC90°相位差电流超前电压90°CV²/2存储能量储存于电场RLC串联电路电阻消耗能量电感存储磁能电容存储电能RLC并联电路总电流I=√(IR²+(IL-IC)²)相位关系φ=arctan((IL-IC)/IR)总导纳Y=√(G²+(BL-BC)²)阻抗与导纳阻抗ZZ=R+jX串联等效参数导纳YY=G+jB并联等效参数关系Y=1/Z互为倒数电路的频率响应谐振现象定义电感和电容抵消时的特殊状态条件XL=XC谐振频率f₀=1/(2π√LC)串联谐振特点阻抗最小电流最大纯电阻性并联谐振特点阻抗最大电流最小纯电阻性应用谐振电路频率选择调谐电路谐振频率与串联谐振相同但高Q时稍有不同品质因数QωL/R串联电路Q能量存储与消耗比R/ωL并联电路Q电阻与电抗比f₀/Δf带宽关系Q=f₀/Δf功率因数定义cosφ物理意义有功功率与视在功率比值实际意义电力利用效率指标瞬时功率有功功率定义实际消耗的平均功率计算公式P=UIcosφ单位瓦特(W)无功功率定义电感电容交换的能量计算公式Q=UIsinφ单位乏(var)视在功率定义电路总容量2计算公式S=UI单位伏安(VA)功率三角形视在功率S斜边1有功功率P邻边2无功功率Q对边3功率因数cosφ=P/S4提高功率因数的方法并联电容补偿感性负载同步调相机动态调节无功功率无功补偿装置自动调节补偿量交流电路的测量电压表测量有效值电流表测量有效值功率表测量有功功率示波器观察波形电压表和电流表的使用电压表并联测量电流表串联测量数字万用表多功能测量功率表的使用三表法测量功率原理两个电压表和一个电流表计算公式P=U₁Icos(arccos(U₁/U₂))互感和变压器原理电磁感应磁通变化产生感应电动势互感现象一个线圈电流变化引起另一线圈感应电动势变压器工作利用互感实现电压变换互感系数互感定义M=k√(L₁L₂)耦合系数k值在0到1之间互感电压u₂=M·di₁/dt理想变压器变压比n=N₁/N₂=U₁/U₂=I₂/I₁效率η=100%阻抗变换Z₁=n²Z₂变压器的等效电路T型等效电路考虑漏感和励磁支路Γ型等效电路简化的等效模型参数测定开路和短路试验三相交流电路概述工业应用电力系统标准高效传输功率传输稳定电机驱动产生旋转磁场三相电源Y型连接结构三相绕组共同连接到中性点电压关系线电压=√3×相电压电流关系线电流=相电流Δ型连接1结构三相绕组首尾相连成三角形√3电流倍数线电流=√3×相电流1电压关系线电压=相电压相电压和线电压Y型连接Δ型连接相电流和线电流1Y型连接线电流=相电流2Δ型连接线电流=√3×相电流3相位关系线电流相位与相电流不同对称三相电路分析特点三相负载阻抗完全相同中性线电流为零功率恒定不随时间变化不对称三相电路分析电流计算需考虑各相独立1中性线电流不为零2功率分析各相功率不同3分析方法可用对称分量法4三相功率计算有功功率P=3UphIphcosφ=√3UlIlcosφ无功功率Q=3UphIphsinφ=√3UlIlsinφ视在功率S=3UphIph=√3UlIl三相四线制结构三相线加一根中性线优点可提供相电压适应不平衡负载增加系统可靠性旋转磁场形成原理三相电流产生旋转特性恒速恒幅值旋转同步转速n=60f/p三相电机原理转子跟随转子跟随旋转磁场旋转磁场定子产生旋转磁场三相电流产生定子磁场非正弦周期交流电路方波含奇次谐波三角波奇次谐波幅值衰减快脉冲波含丰富谐波分量傅里叶级数展开有效值和平均值的计算1傅里叶分解分解为谐波分量2各分量计算计算各谐波有效值3总有效值各谐波有效值平方和开方非正弦周期电路的功率有功功率各谐波有功功率之和无功功率各谐波无功功率之和畸变功率因谐波导致的功率谐波的影响增加损耗导致设备发热机械振动引起电机额外振动噪声通信干扰影响信号传输质量绝缘老化加速设备绝缘劣化滤波电路交流电路的暂态分析激励开关动作或参数突变响应自然响应与强迫响应时间常数决定暂态过程速度RC电路的暂态过程充电过程u_c=E(1-e^(-t/RC))放电过程u_c=Ee^(-t/RC)时间常数τ=RCRL电路的暂态过程电流建立i=(E/R)(1-e^(-Rt/L))1电流衰减i=(E/R)e^(-Rt/L)2时间常数τ=L