《焊接电工》第4版 课件 第2单元 交流电路

第二章正弦交流电路主要内容

返回目录§2-3正弦交流电路中的元件

§2-4

电阻、电感、电容元件串联的交流电路

§2-5三相交流电路

§2-1

正弦交流电的基本概念

★本章小结★§2-2

正弦交流电的表示方法

§2-6

安全用电

职业教育机械类专业“互联网+”新形态教材§2-1正弦交流电的基本概念§2-1正弦交流电的基本概念

一、正弦交流电的产生正弦交流电是指随时间按照正弦规律发生变化的电压或电流。正弦交流电通常可以由交流发电机来产生。如图2-1所示，线圈在磁场中旋转，切割磁力线，在线圈中会产生感应电流。图2-1交流发电如果在线圈转动时外接负载，那么线圈和负载就可以构成闭合回路，电路中就会有正弦电流通过。§2-1正弦交流电的基本概念

二、正弦交流电的三要素1．振幅值交流电在变化过程中，每一时刻的值都不同。正弦量在任一瞬时的值称为瞬时值，用小写字母表示，例如i、u、e分别表示电流、电压和电动势的瞬时值。瞬时值是时间的函数。瞬时值中最大的值称为幅值或最大值，用带m下标的大写字母表示，如Im、Um、Em分别表示电流、电压、电动势的最大值。图2-2是正弦电流的波形，它的数学表达式为§2-1正弦交流电的基本概念

2．周期与频率正弦量按正弦规律完整变化一周所需时间（如图2-2所示）称为周期，用T表示，其单位是秒（s）。每秒内变化的周数称为频率，用f表示，单位是赫兹（Hz）。周期与频率互为倒数，即角频率，单位是弧度/秒（rad/s）图2-2正弦交流电的波形§2-1正弦交流电的基本概念

3．相位与初相位正弦电流一般表示为

相位，反映了正弦量随时间变化的进程

初相位，简称初相。

图2-3中两个同频率正弦量的相位角或初相角之差称为相位差，用表示：当两个同频率正弦量的计时起点改变时，即图2-3的纵轴左右移动时，和的相位和初相都跟着改变，但两者之间的相位差仍保持不变。§2-1正弦交流电的基本概念

图2-3u和i的相位差§2-1正弦交流电的基本概念

例2-1

已知A，A，求与的角频率、周期、频率、幅值、有效值、初相位和相位差，并作图。图2-4例2-1图§2-1正弦交流电的基本概念

交流电流的有效值、交流电压的有效值和交流电动势的有效值分别用、和表示有效值是根据电流的热效应来规定的，即：某一交流电流通过电阻在一个周期内产生的热量，与另一直流电流通过相同电阻在相同的时间内产生的热量相等，则此直流电流的数值就作为交流电流的有效值。三、正弦交流电的有效值继续返回§2-2正弦交流电的表示方法§2-2正弦交流电的表示方法

一、波形图表示法

波形图能够表示正弦量，是因为它能反映出正弦量的三个要素。波形图的最高点即是正弦量的幅值，从波形图与横轴的交点可以求出正弦量的周期，正弦波从负到正过零点的地方与坐标原点的距离就是初相。当零点在原点的左侧时，初相ψ>0；当零点在原点的右侧时，初相ψ<0。用波形图表示正弦量形象、直观，但不便于计算。二、三角函数表示法三角函数即为正弦量的解析表达式，它是正弦量表示最基本的方法，如：§2-2正弦交流电的表示方法

三、相量表示法

复平面（图2-5）中从原点引一有向线段即表示一个复数，其实部为，虚部系数为，该复数的代数式为该有向线段的长度为

表示复数的大小，称为复数的模。

角是该有向线段与实轴正向之间的夹角，称为复数的幅角图2-5复数表示法§2-2正弦交流电的表示方法

复数的三角函数表达式已知复数的模和幅角，就可以写出复数的指数表达式，其形式为

相量表示法就是用复数的模表示正弦量的有效值或最大值，用复数的幅角表示正弦量的初相位。线性正弦交流电路中，各支路的电流、电压的频率都和电源的频率相同。这些电流、电压之间的加、减运算，可以归结为同频率正弦量的加减。

2．同频率正弦量相加减§2-2正弦交流电的表示方法

继续返回图2-6例2-3电路图§2-3正弦交流电路中的元件

§2-3正弦交流电路中的元件

这种只有某一个参数（、或）单独作用的电路，称为单一元件电路。一、纯电阻元件交流电路（图2-7）

或

瞬时功率§2-3正弦交流电路中的元件图2-7纯电阻元件的交流电路a)电路图b)电压、电流波形图c)电压、电流相量图d)功率波形图§2-3正弦交流电路中的元件二、纯电感元件交流电路（图2-8）

纯电感电路中如果加直流电压，则因其电阻为零，所以将呈现短路状态；如果加正弦交流电压，则电路中将有正弦电流通过。平均功率在纯电感元件的交流电路中，在相位上电压比电流超前90º。§2-3正弦交流电路中的元件图2-8纯电感元件的交流电路a)电路图b)电压与电流波形图c)电压与电流相量图d)功率波形§2-3正弦交流电路中的元件在纯电感元件的交流电路中，电压的幅值（或有效值）与电流的幅值（或有效值）之比为。显然它的单位为欧姆（Ω）。当电压一定时，越大，则电流越小。可见它具有阻碍交流电流的性质，故称为感抗，用表示或感抗与成正比，与频率成正比。因此，当一定时，电感对频率越高的电流阻碍作用越大，而对直流电流（因其=0）=0，故电感对直流相当于短路。这就是所谓电感的“通直隔交”作用。§2-3正弦交流电路中的元件本题的相量图如图示2-9所示。图2-9例2-5中的相量图§2-3正弦交流电路中的元件三、纯电容元件交流电路（图2-10）在纯电容元件交流电路中，在相位上电压比电流滞后90˚或

容抗与成反比，与频率成反比。因此，当一定时，频率越高的电流越易通过电容，即电容元件对高频电流表现的容抗很小，而对直流电流，因，呈现的容抗，这就是所谓电容的“通交隔直”作用。§2-3正弦交流电路中的元件图2-10纯电容元件的交流电路a)电路图b)电压与电流波形图c)电压与电流相量图d)功率波形§2-3正弦交流电路中的元件相量表示在纯电容元件的交流电路中，没有能量消耗，只有电源与电容元件间的能量交换。表示电压的有效值等于电流的有效值与容抗的乘积

是一个幅值为，并以2的角频率随时间变化的交变量

§2-3正弦交流电路中的元件图2-11例2-6的相量图其相量图如图2-11所示。继续返回§2-4电阻、电感、电容元件

串联的交流电路图2-12电阻、电感与电容串联的交流电路

a)电路图b)相量图§2-4

电阻、电感、电容元件串联的交流电路

一、串联电路电阻、电感、电容元件组成的串联电路，简称串联电路。

§2-4电阻、电感、电容元件串联的交流电路

称为串联电路的阻抗，它具有对交流电流起阻碍作用的性质，其单位也是欧姆（Ω）。电源电压与电流之间的相位差（图2-13b）

在一定的频率下：①如果，则>0，说明电路总电压超前电流，此种情况电路呈电感性；②如果，则<0，电路总电压滞后电流，电路呈电容性；③如果，则=0，电路总电压与电流同相，电路呈纯电阻性。

二、阻抗及阻抗三角形§2-4电阻、电感、电容元件串联的交流电路图2-13串联电路中的三个三角形a)阻抗三角形b)电压三角形c)功率三角形§2-4电阻、电感、电容元件串联的交流电路用相量表示电压与电流的关系，则为

三、电压与电流的相位关系§2-4电阻、电感、电容元件串联的交流电路串联交流电路的无功功率为

功率因数视在功率单位V·A或kV·A继续返回功率三角形如图2-13c§2-5三相交流电路§2-5三相交流电路

一、三相电动势三相交流电路是由三个单相交流电路组成。这三个单相交流电路的电动势最大值相等，频率相同，相位彼此各自相差120˚，即

由图2-14可知，三相对称电动势的瞬时值之和恒等于零，即。

图2-14三相电动势的波形图与相量图§2-5三相交流电路二、三相电源绕组的联结图2-15三相电源绕组的星形联结相电压线电压中性点零线火线§2-5三相交流电路图2-16电源绕组星形接法时线电压与相电压的相量图线电压与相电压的大小关系也可从相量图上得出或

§2-5三相交流电路三、三相负载的联结1．三相负载的星形联结三相电路中每相负载中的电流称为相电流，记为，每根相线中的电流称为线电流，记为。在三相负载为星形联接时，相电流即为线电流，即图2-17负载星形联结的完整三相四线制电路§2-5三相交流电路2．三相负载的三角形联结图2-18三相负载的三角形联结§2-5三相交流电路三相负载对称时的相量图如图2-19所示。由图中可见，显然线电流也是对称的。线电流在相位上比对应的相电流滞后30˚。图2-19三相负载对称的三角形联结时电压与电流相量图§2-5三相交流电路★结论：当三相对称负载作三角形联结时，如果三相电源对称，则三相负载的相电压、相电流也对称。其负载相电压为对应的电源线电压，相线中的线电流是负载中相电流的倍，各线电流在相位上比对应的相电流滞后30˚。

3．三相功率三相交流电路可以看成是三个单相电路的组合。因此，三相交流电路总的有功功率必等于各相有功功率之和，即相位差相电压相电流§2-5三相交流电路继续返回当三相对称负载为三角形联结时:

无功功率:视在功率:当三相对称负载为星形联结时:

§2-6安全用电§2-6安全用电

。

一、触电事故用电中可能发生各种不同形式的触电事故，从总的情况来看，常见的触电形式有如下几种：1）接触了带电体。这种触电往往是由于用电人员缺乏用电知识或在工作中不注意，不按有关规章和安全工作距离办事等，直接触碰裸露在外面的导电体。这种触电是最危险的。2）由于某些原因，电气设备绝缘受到了破坏而漏电，用电人员没有及时发现或是疏忽大意，触碰了漏电的设备。3）由于外力的破坏等原因，使送电的导线断落在地上，导线周围有大量扩散电流向大地流入，人行走时跨入了有危险电压的范围，造成跨步电压触电。§2-6安全用电

4）高压送电线路处于大自然环境中，由于风力的摩擦或与其他带电导线并架等原因而受到感应，在导线上带了静电，工作时不注意或未采取相应措施，上杆作业时触碰带有静电的导线而触电。二、影响触电伤害程度的因素根据大量触电事故资料的分析和实验证实，触电所引起的伤害程度与下列因素有关：1）人体电阻的大小2）电流的大小3）电流通过时间的长短§2-6安全用电

三、触电方式1）单相触电2）两相触电3）跨步电压触电4）接触电压触电5）感应电压触电6）剩余电荷触电§2-6安全用电

四、家庭安全用电措施1）不要购买“三无”的假冒伪劣家用产品。2）使用家电时应有完整可靠的电源线插头。对金属外壳的家用电器都要采用接地保护。3）不能在地线上和零线上装设开关和保险丝。禁止将接地线接到自来水、煤气管道上。4）不要用湿手接触带电设备，不要用湿布擦抹带电设备。5）不要私拉乱接电线，不要随便移动带电设备。6）检查和修理家用电器时，必须先断开电源。7）家用电器的电源线破损时，要立即更换或用绝缘布包扎好。8）家用电器或电线发生火灾时，应先断开电源再灭火。§2-6安全用电

五、焊接安全用电措施1）所有焊接中使用的各种焊机应放在通风，干燥的地方，放置平稳。需露天作业的，要做好防雨，防雪工作。2）焊接设备的安装、修理和检查应由电工进行，焊工不得私自拆修。焊机发生故障时，应立即拉下电源闸刀，通知电工检修。3）焊接作业前，应先检查焊机外壳接地（或接零）是否可靠，电缆接线是否良好，否则，不得合闸作业。4）推拉电源闸刀开关，必须戴绝缘干燥的皮手套且头部偏斜，站在左侧、推拉动作要快，以防面部被电火花灼伤。5）起动焊机时，焊钳与焊件不能接触