《《相正弦交流電》PPT課件.ppt》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《《相正弦交流電》PPT課件.ppt(78頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、單相正弦交流電,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,隨時間按正弦規(guī)律變化的電壓、 電流稱為正弦電壓和正弦電流。 表達式為:,概念,交流電的基本概念,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,以正弦電流為例,振幅,角頻率,,振幅Im、角頻率和初相0稱為正弦量的的 三要素。,相位,初相角: 簡稱初相,波形,瞬時值,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,角頻率:正弦量單位時間內(nèi)變化的弧度數(shù),角頻率與周期及頻率的關(guān)系:,周期T:正弦量完整變化一周所需要的時間,頻率f:正弦量在單位時間內(nèi)變化的周數(shù),周期與頻率的關(guān)系:,正弦量的三要素,幅值:瞬時值中的最大值,又稱最大值或峰值,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,角頻率:正弦量單位時間內(nèi)變化的弧度數(shù),
2、角頻率與周期及頻率的關(guān)系:,周期T:正弦量完整變化一周所需要的時間,頻率f:正弦量在單位時間內(nèi)變化的周數(shù) 我國電能規(guī)定:頻率f50Hz,周期與頻率的關(guān)系:,周期與頻率,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,振幅與有效值,振幅:正弦量的最大值,周期電流有效值:讓周期電流i和直流電流I分別通過兩個阻值相等的電阻R,如果在相同的時間T內(nèi),兩個電阻消耗的能量相等,則稱該直流電流I的值為周期電流i的有效值。,根據(jù)有效值的定義有:,周期電流的 有效值為:,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,對于正弦電流:,正弦電流的有效值為:,同理:正弦電壓的有效值:,所有交流用電設(shè)備銘牌上標注的額定電壓、額定電流都
3、是有效值、交流電表和電壓表的刻度也是有效值,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,正弦交流電的相量表示方法,1、波形圖 2、瞬時表達式 i=Imsin(t+) 3、旋轉(zhuǎn)矢量法 4、相量表示法:用復數(shù)表示正弦交流電的方法。如:I = I30,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,相量法是求解正弦穩(wěn)態(tài)電路的簡單方法。,1復數(shù)及其運算,復數(shù)A可用復平面上的有向線段來表示。該有向線段的長度a稱為復數(shù)A的模,??偸侨≌?。該有向線段與實軸正方向的夾角稱為復數(shù)A的輻角。,注,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,根據(jù)以上關(guān)系式及歐拉公式,復數(shù)A的實部a1及虛部a2與模a及輻角的關(guān)系為:,代數(shù)型,三角函數(shù)型,指數(shù)型,極坐標型,可將復數(shù)A
4、表示成代數(shù)型、三角函數(shù)型、指數(shù)型和極坐標型4種形式。,,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,2正弦量的相量表示法,將復數(shù)Imi乘上因子1t,其模不變,輻角隨時間均勻增加。即在復平面上以角速度逆時針旋轉(zhuǎn),其在虛軸上的投影等于Imsin(t + i ),正好是用正弦函數(shù)表示的正弦電流i??梢姀蛿?shù)Imi與正弦電流i=Imsin(t + i )是相互對應的關(guān)系,可用復數(shù)Imi來表示正弦電流i,記為:,并稱其為相量。,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,正弦量,相量,,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,,例1:將 u1、u2 用相量表示,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,例2:同頻率正弦波相加 --,平行四邊形法則,,黑龍江農(nóng)業(yè)
5、工程職業(yè)學院,1. 只有正弦量才能用相量表示,非正弦量不可以。,2. 只有同頻率的正弦量才能畫在一張相量圖上, 不同頻率的正弦量不能畫在一張相量圖上。,注意,3.有效值相量和振幅相量的關(guān)系。,4.一般可任選一個相量作為參考相量,通常畫在橫軸位置上,其余相量則以與參考相量之間的相位差角確定。,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,解:,已知瞬時值,求相量。,,220,,,,100,,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,瞬時值 --- 小寫,u、i,有效值 --- 大寫,U、I,復數(shù)、相量 --- 大寫 + “.”,最大值 --- 大寫+下標,符號說明,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,正誤判斷,?,瞬時值,復數(shù),?,瞬時值
6、,復數(shù),,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,有效值,j45,判斷正誤,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,則:,已知:,最大值,判斷正誤,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,交流電路中的基本元件,伏 - 安 特性,線性電阻,非線性電阻,1. 電阻 R,(常用單位:、k、M ),,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,2.電感 L:,(單位:H, mH, H),單位電流產(chǎn)生的磁鏈,磁通,線圈匝數(shù),電感中電流、電壓的關(guān)系,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,當,(直流) 時,,,所以,在直流電路中電感相當于短路.,電感和結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系,導磁率,線圈面積,線圈長度,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,電感是一種儲能元件, 儲存的磁場能量為:,電感的儲能,1
7、.當電感元件中的電流增大時,磁場能量增大;此過程中電能轉(zhuǎn)換為磁能,即電感元件從電源取得能量。式中的,就是磁場能量。,2.當電流減小時,磁能轉(zhuǎn)換成電能,即電感元件向電源放還能量,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,3.電容 C,單位電壓下存儲的電荷,(單位:F, F, pF),,電容符號,有極性,無極性,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,電容上電流、電壓的關(guān)系,當,(直流) 時,,,所以,在直流電路中電容相當于斷路.,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,電容和結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,電容的儲能,電容是一種儲能元件, 儲存的電場能量為:,1.當電容元件中的電壓增大時,電場能量增大;此過程中從電源中取能量,即
8、電容處于充電狀態(tài)。式中的,就是電場能量。,2.當電壓減小時,電容處于放電狀態(tài),即電容元件向電源放還能量。,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,一. 電阻電路,根據(jù) 歐姆定律,單一參數(shù)得額正弦交流電路,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,1. 頻率相同,2. 相位相同,3. 有效值關(guān)系:,則,或,1. (耗能元件),結(jié)論:,2. 隨時間變化,3. 與 成比例,,,,,,,,t,,u,,,i,,p,,,t,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,,2. 平均功率(有功功率)P:一個周期內(nèi)的平均值,大寫,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,二.電感電路,基本關(guān)系式:,-,+,,e,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,電感電路
9、中電流、電壓的關(guān)系,,,,,,,,,,i,u,,,,,,,,,,設(shè):,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,3. 有效值,則:,感抗XL與電感L、頻率f 成正比。電感線圈對高頻電流的阻礙作用很大,但對直流可視作短路,即XL0,注,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,4. 相量關(guān)系,,,設(shè):,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,電感電路中的功率,1. 瞬時功率 p :,,-,+,,e,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,儲存 能量,釋放 能量,可逆的 能量轉(zhuǎn)換 過程,u,i,,,,,,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,,2. 平均功率 P (有功功率),結(jié)論:純電感不消耗能量,只和電源進行能量 交換(能量的吞吐)。,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程
10、職業(yè)學院,3. 無功功率 Q,Q 的單位:乏、千乏 (var、kvar),,Q 的定義:電感瞬時功率所能達到的最大值。用 以衡量電感電路中能量交換的規(guī)模。,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,基本關(guān)系式:,設(shè):,三.電容電路,則:,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,1. 頻率相同,2. 相位相差 90 (u 落后 i 90 ),電容電路中電流、電壓的關(guān)系,,,,,,,,,i,u,,,,,,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,3. 有效值,或,容抗(),定義:,則:,容抗XC與電容C、頻率f成反比。電容越大,在同樣電壓下,電容器所容納的電荷就越大,因而電流越大;當頻率越高時,電容的充放電速度越快,在同樣電壓下單位時間
11、內(nèi)電荷的移動量就越多,電流越大。,電容對高頻電流所呈現(xiàn)的容抗很小,對直流容抗XC0電容視作開路稱:“隔直通交”,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,4. 相量關(guān)系,設(shè):,,則:,I超前,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,電容電路中的功率,1. 瞬時功率 p,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,i,u,,t,,,,,,,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,2. 平均功率 P,瞬時功率達到的最大值(吞吐規(guī)模),3. 無功功率 Q,(電容性無功取負值),,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,1. 單一參數(shù)電路中的基本關(guān)系,小 結(jié),,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,在正弦交流電路中,若正弦量用相量 表示, 電路參數(shù)用復數(shù)阻抗( ) 表示,則
12、直流電路中介紹的基本定律、公式、分析方法都能用。,2. 單一參數(shù)電路中復數(shù)形式的歐姆定律,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,* 電壓、電流瞬時值的關(guān)系符合歐姆定律、克氏 定律。,3.簡單正弦交流電路的關(guān)系(以R-L電路為例),,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,* 電流、電壓相量符合相量形式的歐姆定律、克氏定律,,,,,,R,L,,,,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,單一參數(shù)正弦交流電路的分析計算小結(jié),,,,,,電路 參數(shù),,電路圖 (正方向),復數(shù) 阻抗,電壓、電流關(guān)系,,瞬時值,有效值,相量圖,相量式,功率,有功功率,無功功率,,,,,,,,,R,,,,,,,i,u,設(shè),則,,,u、 i 同相,0,L,,,,
13、,i,u,C,,,,,i,u,,,,,設(shè),則,設(shè),則,,u領(lǐng)先 i 90,,,u落后i 90,,0,0,基本 關(guān)系,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,的阻抗,的阻抗,相量模型將所有元件以相量形式表示:,電阻、電感、與電容元件的串聯(lián),,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,由歐姆定律:,由KVL:,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,R-L-C串聯(lián)交流電路 -- 相量圖,先畫出參 考相量,,,,相量表達式:,,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,令,則,R-L-C串聯(lián)交流電路中的 復數(shù)形式歐姆定律,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,在正弦交流電路中,只要物理量用相量表示, 元件參數(shù)用復數(shù)阻抗表示,則電路方程式的形式
14、與直流電路相似。,注意,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,關(guān)于復數(shù)阻抗 Z 的討論,結(jié)論:的模為電路總電壓和總電流有效值之比, 而的幅角則為總電壓和總電流的相位差。,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,進一步說明,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,R、L、C 串聯(lián)電路中的功率計算,1. 瞬時功率,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,2. 平均功率 P (有功功率),,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,總電壓,總電流,u 與 i 的夾角,,平均功率P與總電壓U、總電流 I 間的關(guān)系,其中:,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,在 R、L、C 串聯(lián)的電路中,儲能元件 R、L、C 雖然不消耗能量,但存在能量吞吐, 吞吐的規(guī)模用無功功率來表示。其大小為:
15、,3. 無功功率 Q:,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,4. 視在功率 S:,電路中總電壓與總電流有效值的乘積。,單位:伏安、千伏安,注: SU I 可用來衡量發(fā)電機可能提供的最大功率(額定電壓額定電流),視在功率,5. 功率三角形:,無功功率,有功功率,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,(1)阻抗(Z)三角形,,,,介紹三個三角形:阻抗、電壓、功率三角形,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,(2)阻抗三角形和電壓三角形的關(guān)系,,,,,,,,,,,,,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,電路中的諧振,由電阻、電感、電容組成的電路,在正弦電源作用下,當電壓與電流同相時,電路呈電阻性,此時電路的工作狀態(tài)稱
16、為諧振。,1. 串聯(lián)諧振,電壓與電流同相,電路呈電阻性,電路諧振。,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,電路串聯(lián)諧振時的主要特征:,(1)阻抗Z=R,外加電壓U一定時,電流具有最大值Io =U/R,Io稱為串聯(lián)諧振電流。 (2)電壓與電流同相,電路呈現(xiàn)純電阻性質(zhì)。 (3)因為XL=XCR,故UL=UCUR=U,即電感和電容上的電壓遠遠高于電路的端電壓。,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,2. 并聯(lián)諧振,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,功率因數(shù)的提高,問題的提出:日常生活中很多負載為感性的, 其等效電路及相量關(guān)系如下圖。,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,功率因數(shù)過高的影響,1.發(fā)電設(shè)備的容量不能充
17、分利用:,功率因數(shù)過低,發(fā)電機輸出的有功功率就越小,則發(fā)電機輸出功率的能力沒有被充分利用其中部分能量(無功功率)在發(fā)電機與負載之間互換,2.增加線路呵發(fā)電繞組的功率損耗: 電壓U呵輸出功率P一定,電流I與功率因數(shù)成反比,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,提高功率因數(shù)的原則:,必須保證原負載的工作狀態(tài)不變。即:加至負載上的電壓和負載的有功功率不變。,提高功率因數(shù)的措施:,并電容,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,,,并聯(lián)電容值的計算,設(shè)原電路的功率因數(shù)為 cos L,要求補償?shù)?cos 須并聯(lián)多大電容?(設(shè) U、P 為已知),,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,分析依據(jù):補償前后 P、U 不變。,由相量圖可知:,,黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學院,