《汽车电工电子技术》课件-2.2单相交流电路的分析与检测

汽车电工电子技术

单相交流电路的分析与检测主讲：某某某时间：202X.X目

录01项目情境02学习目标03知识构建04任务实施05小结CAR-REPORTPART0101项目情境项目情境2024年6月，我国首条全碳化硅＋超高频新能源汽车充电桩示范线在雄安新区正式投运：最高充电功率600kW、工作频率50kHz，电能传输距离却仅有3厘米——这正是利用了单相高频交流电的“感-容”谐振原理。工程师们用中国自主研发的碳化硅功率器件，把直流电逆变成高频正弦交流，再通过精准匹配电感、电容，实现了几乎零损耗的能量传输。CAR-REPORTPART0202学习目标学习目标素质目标

1.具备职业技能等级证书中要求的职业素养；2.严谨、诚信、沟通、协作，执行“6S”管理要求，安全完成工作任务；知识目标能力目标

1.分析电阻、电感、电容元件上的交流电压、电流关系；2.会分析正弦交流电路中电阻、电感、电容元件的作用。

1.了解电阻、电感、电容元件上的交流电压、交流电流关系；2.掌握正弦交流电路中电阻、电感、电容元件上的功率情况；3.掌握感抗、容抗对交流电路的影响。CAR-REPORTPART0303知识构建知识构建——单一元件单相交流电路单一元件单相交流电路是指在单相交流电源（如220V，50Hz民用交流电）供电的电路中，仅包含一种基本元件的电路，这类电路是分析复杂交流电路的基础，核心特点是元件在交流电中仅由自身特性决定。单一元件单相交流电路包括纯电阻、纯电感和纯电容电路。知识构建——电阻元件的正弦交流电路电阻元件的正弦交流电路（即纯电阻电路）是最简单的正弦交流电路。日常生活中所用的白炽灯、电炉、电饭锅等都可看成是电阻元件，它们与正弦交流电源连接即可组成电阻元件的正弦交流电路。知识构建——电阻元件的正弦交流电路1.电阻元件两端电压与电流的关系如图所示为一线性电阻元件的正弦交流电路，其电压和电流采用关联参考方向。为了方便分析，选电流为参考正弦量，即设则根据欧姆定律可知知识构建——电阻元件的正弦交流电路可以看出，在电阻元件的正弦交流电路中，电压和电流是同频率的正弦量，且两者同相。电压和电流的正弦波形如图所示。对比电压和电流，有知识构建——电阻元件的正弦交流电路2.功率（1）瞬时功率正弦交流电路中，某段电路在任一瞬间所吸收的功率称为该段电路的瞬时功率，用小写字母p表示。在电路的电压和电流为关联参考方向时，瞬时功率等于电压瞬时值和电流瞬时值的乘积。在电阻元件的正弦交流电路中，瞬时功率为知识构建——电阻元件的正弦交流电路（1）瞬时功率由上式可知，瞬时功率p是由两部分组成的，第一部分是常数UI，第二部分是幅值为UI、角频率为2ω的交变量UIcos2ωt。p随时间变化的波形如图所示。知识构建——电阻元件的正弦交流电路（1）瞬时功率由于在电阻元件的正弦交流电路中，u与i同相，它们同时为正，同时为负，因此，瞬时功率总为正值，即p≥0。瞬时功率为正，表示外电路从电源获取能量，即电阻元件从电源取用电能转换为热能。知识构建——电阻元件的正弦交流电路（2）有功功率（平均功率）由于瞬时功率的计算不便，实际使用意义不大，因而，工程所说的功率一般都是有功功率。有功功率是指瞬时功率在一个周期内的平均值，故又称平均功率，用大写字母P表示。知识构建——电阻元件的正弦交流电路（2）有功功率（平均功率）可见，用电压和电流的有效值表示时，正弦交流电路中电阻元件的平均功率计算公式与直流电路的功率计算公式相同。在电阻元件的正弦交流电路中，平均功率为知识构建——电阻元件的正弦交流电路1.电感元件两端电压与电流的关系如图所示为一线性电感元件的正弦交流电路。当电感线圈中通过交流电流i时，其中便会产生感应电动势eL。电流i、感应电动势eL和电压u的参考方向如图所示。根据基尔霍夫电压定律可知知识构建——电阻元件的正弦交流电路选电流为参考正弦量，即设则可以看出，在电感元件的正弦交流电路中，电压和电流也是同频率的正弦量，电压的相位超前电流90°。电压和电流的正弦波形如图所示。知识构建——电阻元件的正弦交流电路对比电压和电流，有由上式可知，在电感元件的正弦交流电路中，电压的幅值（或有效值）与电流的幅值（或有效值）的比值为ωL。知识构建——电阻元件的正弦交流电路当电压U一定时，ωL越大，电流I越小。可见，ωL具有对电流起阻碍作用的性质，称为感抗，用XL表示，即感抗的单位为欧姆（Ω）。当电感L一定时，感抗XL与频率f成正比。因此，电感线圈对高频电流的阻碍作用很大，而对直流（f=0时）则可视为短路。注意：感抗只是电压与电流的幅值或有效值之比，并不是它们的瞬时值之比。知识构建——电阻元件的正弦交流电路2.功率电压和电流为关联参考方向时，电感元件正弦交流电路的瞬时功率p为由上式可知，瞬时功率p是一个幅值为UI、角频率为2ω的交变量。p随时间变化的波形如图所示。知识构建——电阻元件的正弦交流电路在一个周期内，电感元件正弦交流电路的平均功率为零，即以上说明，在电感元件的正弦交流电路中没有能量消耗，只存在电源与电感元件之间的能量互换。这种能量互换的规模，可用无功功率来衡量。知识构建——电阻元件的正弦交流电路无功功率表示的是电感元件与外电路交换能量的最大速率，但它并不是电路实际消耗的功率。因此，无功功率与有功功率虽然具有相同的量纲，但为了区别，规定无功功率的单位为乏（var）。无功功率是指瞬时功率的最大值，用Q表示，即知识构建——电阻元件的正弦交流电路1、电容元件两端电压与电流的关系如图所示为一线性电容元件的正弦交流电路，其电压和电流采用关联参考方向，则选电压为参考正弦量，即设加在电容元件两端的电压为正弦电压，即则知识构建——电阻元件的正弦交流电路在电容元件的正弦交流电路中，电压和电流也是同频率的正弦量，电流的相位超前电压90°。电压和电流的正弦波形如图所示。知识构建——电阻元件的正弦交流电路对比电压和电流，有由上式可知，在电容元件的正弦交流电路中，电压的幅值（或有效值）与电流的幅值（或有效值）的比值为1/ωC。当电压U一定时，1/ωC越大，电流I越小。知识构建——电阻元件的正弦交流电路容抗的单位为欧姆（Ω）。当电容C一定时，容抗XC与频率f成反比。因此，电容元件对高频电流的阻碍作用很小，相当于短路，而对频率很低或直流的阻碍作用很大，可视为开路。1/ωC具有对电流起阻碍作用的性质，称为容抗，用XC表示，即知识构建——电阻元件的正弦交流电路2.功率电压和电流为关联参考方向时，电感元件正弦交流电路的瞬时功率p为由上式可知，瞬时功率p是一个幅值为UI、角频率为2ω的交变量。p随时间变化的波形如图所示。知识构建——电阻元件的正弦交流电路在一个周期内，电容元件正弦交流电路的平均功率也为零，即这说明，在电容元件的正弦交流电路中也没有能量消耗，只存在电源与电容元件之间的能量互换。这种能量互换的规模，也用无功功率来衡量。知识构建——电阻元件的正弦交流电路无功功率指瞬时功率的最大值，用Q表示，即无功功率表示的是电容与外电路交换能量的最大速率，但它并不是电路实际消耗的功率。电容的无功功率的单位也为乏（var）。知识构建——知识小结电阻元件对正弦交流电流既阻碍又耗能。电阻元件对正弦交流电流的阻碍作用只是推迟了电流通过电感元件的时间，并不耗能。电阻元件对正弦交流电流的阻碍作用与感抗类似，只阻碍不耗能。CAR-REPORTPART0404任务实施任务实施例1:把一个0.1H的电感接到