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1、在日常生活中所用的就是單相正弦交流電，簡稱交流電。本章主要介紹交流電的相量表示法及電阻、電感、電容元件在交流電路中的電流、電壓和功率的分析法。,第3章 單相正弦交流電路,幅值、頻率和初相 3.1.1 幅值 交流電的瞬時值表達(dá)式為 uUmsin(t) (3.1) Um幅值,又稱最大值。 有效值U與幅值的關(guān)系為 （3.2）,3.1 交流電的三要素,每秒內(nèi)交流電變化的次數(shù)，稱為頻率f（Hz）。交流電變化一次所需要的時間稱為周期T（s）。頻率與周期的關(guān)系為 （3.3） f 50Hz 稱為工頻。 （reds） 稱為角頻率。 2f (3.4),3.1.2 頻率,已知我國的交流電 f 50 Hz, 試求T
2、和 。,解： 2f 23.1450314rad/ s,【例3.1】,uUmsin(t) (t)稱為相位。它表示交流電在某一時刻所處的變化狀態(tài)，決定該時刻瞬時值的大小、方向和變化趨勢。 稱為初相，它表示計時開始時交流電所處的變化狀態(tài) 幅值、頻率和初相分別表示交流電變化的幅度、快慢和起始狀態(tài)。稱為交流電的三要素。,3.1.3 初相,交流電的相量表示法是為了便于分析和計算。 用復(fù)數(shù)的運(yùn)算方法進(jìn)行交流電的分析和計算，稱為交流電的相量表示法。,3.2 交流電的相量表示法,圖3.2稱為復(fù)平面圖，A為復(fù)數(shù)，橫軸為實軸+1，a是A的實部，A與實軸的夾角稱為輻角，縱軸為虛軸j = 。b是A的虛部，r為A的模。這
3、些量之間的關(guān)系為,3.2.1 復(fù)數(shù)的二種表示形式,交流電的相量 交流電的有效值 I r 交流電的初相 ,3.2.2 相量與復(fù)數(shù),相量只是正弦交流電的一種表示方法和運(yùn)算的工具，只有同頻率的正弦交流電才能進(jìn)行相量運(yùn)算，所以相量運(yùn)算只含有交流電的有效值（或幅值）和初相兩個要素。,3.2.3 相量的運(yùn)算,已知u1、u2的有效值分別為U1100V， U260V， u1 超前于 u2 600，求(1)總電壓 uu1u2 的有效值，并畫出相量圖；(2)總電壓 u 與 u1 及 u2 的相位差。 解：只有同頻率的交流電才能進(jìn)行相量運(yùn)算 ，所以 = =12600，如選100，則,【例3.2】,單一參數(shù)是指在電路
4、中只有電阻R、電感L或電容C其中的一種元件。掌握了單一參數(shù)在電路中的作用，混合參數(shù)電路的分析就很容易掌握了。,3.3 單一參數(shù)的交流電路,1R上電壓與電流關(guān)系 如選擇 iImsint 則 uRiRImsintUmsint u與i同頻同相。其有效值及相量的關(guān)系分別為 URI,3.3.1電阻電路,puiUmImsin2tU I (1cos2t) U IU Icos2t 平均功率為 P UII2R P為正值，R 吸收功率為耗能元件 P又稱有功功率,2.R上功率,1L上電壓與電流關(guān)系 如 iImsint 則 電感電路u超前 i 900 ，有效值的關(guān)系為 UXL I XLL2f L ，XL （）稱為感抗
5、，f愈高XL愈大。,3.3.2電感電路,puiUmImsin(t900)sint UmImcostsintUIsin2t 在0-/2區(qū)間p為正值，電感吸收 功率，在/2-區(qū)間p為負(fù)值，電感 發(fā)出功率，不消耗功率，為儲能元件。 電感的平均功率P0。電感與電源之間能量的互換用無功功率Q來計量。 QUII2XL (var),2. L上功率,在功放機(jī)的電路中，有一個高頻扼流線圈，用來阻擋高頻而讓音頻信號通過，已知扼流圈的電感L10mH，求它對電壓為5伏，頻率為f1500kHz的高頻信號及對f21kHz的音頻信號的感抗及無功功率分別是多少？ 解：XL12f1 L23.14500k10m31.4k Q1I
6、1U0.16m50.8mvar XL22f2 L23.141k10 m62.8 QI2U79.62 m5398mvar,【例3.3】,1C上電壓與電流關(guān)系 如 uUmsint 則 電容i 超前u900，有效值 UXC I （） XC稱為容抗，與頻率f成反比，f愈高XC愈小。電容有隔直通交作用。電容兩端的電壓與電流的相量關(guān)系為,3.3.3 電容電路,puiUmImsintsin(t900) UmImsintcostUIsin2t 在0-/2區(qū)間p為正值，電容吸收功率，在/2-區(qū)間p為負(fù)值，電容發(fā)出功率，不消耗功率，也為儲能元件。 P0，電容與電源之間互換的能量用無功功率Q來計量，單位是乏（var
7、）,2. C上功率,在收錄機(jī)的輸出電路中，常利用電容來短掉高頻干擾信號，保留音頻信號。如高頻濾波的電容為0.1F，干擾信號的頻率f11000KHz，音頻信號的頻率f21kHz，求容抗分別為多少？ 解：,【例3.4】,3.4.1 阻抗三角形 R、L、C串聯(lián)后對電流的阻礙作用稱為 阻抗，用字母Z （）表示，復(fù)數(shù)式為 ZRjXL(jXC)Rj(XLXC)RjX X （）稱為電抗 XXLXC 阻抗值為 |Z|、R、X三者之間符合直角三角形的關(guān)系，稱其為阻抗三角形。 阻抗角 arctan,3.4 電阻、電感、電容串聯(lián)的電,與 之間的相位差 uiarctan arctan,3.4.2 電壓三角形,將電壓三
8、角形的各個邊乘以電流I，就可得到功率三角形。 PUR IS cos （W） QQLQC=S sin （var） SU I （VA） 阻抗三角形、電壓三角形和功率三角形是分析計算R、L、C串聯(lián)或其中兩種元件串聯(lián)的重要依據(jù)。,3.4.3 功率三角形,功率因數(shù)： 在只有電感或電容元件的 電路中，P0，SQ， 0； 在只有電阻元件的電路中， Q0，SP， 1 ； 當(dāng)L很大時，并接電容提高功率因數(shù),3.5功率因數(shù)的提高,某供電設(shè)備輸出220V，額定視在功率為220kVA，如果向額定功率為33kW，功率因數(shù)為0.8的工廠供電，能供給幾個工廠？若把功率因數(shù)提高到0.95，又能供給幾個工廠？每個工廠應(yīng)并接多大
9、的電容？ 解：供電設(shè)備輸出的額定電流為 當(dāng) 10.8時，每個工廠取用的電流為 可供給的工廠數(shù)為 個廠 當(dāng) 0.95時，每個工廠取用的電流為 可供給的工廠數(shù)為1 個廠 應(yīng)并接的電容 式中 1arccos0.836.90 arccos0.9518.20 916F,【例3.5】,1,所謂諧振，是指在含有電容和電感的電路中，當(dāng)調(diào)節(jié)電路的參數(shù)或電源的頻率，使電路的總電壓和總電流相位相同時，整個電路的負(fù)載呈電阻性。這時電路就發(fā)生了諧振。諧振分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。,3.6 電路中的諧振,R、L、C串聯(lián) 當(dāng) 與 同相時, 即 0， 電路產(chǎn)生串聯(lián)諧振。 串聯(lián)諧振的條件是 XLXC 即,3.6.1串聯(lián)諧振,（1
10、）電路的阻抗最小并呈電阻性，根據(jù)阻抗三角形 （2）電路中的電流最大，諧振時的電流為 （3）當(dāng)XLXCR時，ULUCU 故又稱其為電壓諧。 串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù),串聯(lián)諧振的特點(diǎn)：,某收音機(jī)的輸入電路，各地電臺發(fā)射的無線電波在天線線圈中分別產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1、e2、e3等。如果線圈的電阻為16，電感為0.3mH，今欲收聽中央人民廣播電臺560kHz的廣播，應(yīng)將調(diào)諧的可變電容C調(diào)到多少？如果調(diào)諧回路中感應(yīng)電壓為2V，求諧振電流及諧振線圈上的電壓UL及諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q。,【例3.6】,解： 串聯(lián)諧振頻率 電容 諧振時 XL 2f0L 23.14560k0.3m 1k ULI0XL0.131k13
11、0V,當(dāng)RL， 同相時，即 0，電路產(chǎn)生并聯(lián)諧振。并聯(lián)諧振 的條件是XLXC。諧振頻率。 并聯(lián)諧振的特點(diǎn)： （1）阻抗最大，呈電阻性， （2）電路的總電流量小， （3）諧振總電流 和 支路電流的相量關(guān)系如圖。 并聯(lián)諧振各支路電流大于總電流，所以并聯(lián)諧振又稱其為電流諧振。,3.6.2并聯(lián)諧振,1.幅值、頻率和初相是正弦交流電的三要素 。 2.正弦交流電主要有瞬時表達(dá)式，波形圖和相量表示法三種形式。相量表示法是利用復(fù)數(shù)的運(yùn)算方法對正弦交流電進(jìn)行分析和運(yùn)算。 3.電阻電路電壓與電流同相，電感電路電壓超前電流900，電容電路電壓滯后電流900.電阻為耗能元件，電感、電容均為儲能元件。利用相量圖可得出R、L、C串聯(lián)電路的阻抗三角形、電壓三角形和功率三角形。 4.串聯(lián)諧振的條件是XLXC ， 同相。特點(diǎn)是阻抗最小|Z0|R， 電流最大，如果XLXC R，則ULUCU ，所以串聯(lián)諧振又稱電壓諧振。 并聯(lián)諧振在RXL時，（一般情況都能滿足），其諧振條件也為XLXC ， 同相。特點(diǎn)是阻抗最大，總電流I0最小，ILICI0所以并聯(lián)諧振又稱電流諧振。,本章小結(jié),
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