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1、3331正弦交流电的基本概念32正弦交流电的表示方法纯电阻电路34纯电感电路353637纯电容电路串联电路并联电路38三相交流电的基本概念39安全用电常识31正弦交流电的基本概念一、交流电的产生及交流电概念如图所示为交流发电机的工作示意图，当线圈在匀强磁场中以角速度如图所示为交流发电机的工作示意图，当线圈在匀强磁场中以角速度 逆逆时针匀速转动时，由于导线切割磁感线，线圈中将产生感应电动势（见图）。时针匀速转动时，由于导线切割磁感线，线圈中将产生感应电动势（见图）。当线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，没有感应电动势产生，此当线圈平面垂直于磁感线时，各边都不切割磁感线，没有感应电动势产生
2、，此平面称为中性面。平面称为中性面。交流发电机交流发电机工作示意图交流发电机原理图正弦交流电的产生过程交流电与直流电的根本区别是：直流电的方向不随时间的变化而变化，交交流电与直流电的根本区别是：直流电的方向不随时间的变化而变化，交流电的方向和大小随时间的变化而变化。流电的方向和大小随时间的变化而变化。直流电和交流电波形a）直流电b）正弦交流电二、交流电的感应电动势和感应电流设磁感应强度为设磁感应强度为 B，磁场中线圈一边的长度为，磁场中线圈一边的长度为 l，线圈从中性面开始转动，线圈从中性面开始转动，经过时间经过时间 t，线圈转过的角度为，线圈转过的角度为 t，这时，其单侧线圈切割磁感线的线速
3、度，这时，其单侧线圈切割磁感线的线速度 v 与磁感线的夹角也为与磁感线的夹角也为 t，所产生的感应电动势，所产生的感应电动势 e1=Blvsint。所以整个线。所以整个线圈所产生的感应电动势为圈所产生的感应电动势为e=2Blvsint其中，其中，2Blv 为感应电动势的最大值，设为为感应电动势的最大值，设为 Em，则，则e=Emsint上式为正弦交流电电动势的瞬时值表达式，也称为解析式。上式为正弦交流电电动势的瞬时值表达式，也称为解析式。三、表征交流电的物理量1. 周期、频率和角频率周期、频率和角频率（1）周期）周期交流电每重复变化一次所需的时间，称为交流电的周期。用符号交流电每重复变化一次所
4、需的时间，称为交流电的周期。用符号 T 表示，表示，单位是秒（单位是秒（s）（见图）。）（见图）。正弦交流电的周期 游乐场摩天轮（2）频率）频率交流电在交流电在 1 秒内重复变化的次数，称为交流电的频率。用符号秒内重复变化的次数，称为交流电的频率。用符号 f 表示，单表示，单位是赫兹（位是赫兹（Hz）。频率与周期的关系如下：）。频率与周期的关系如下：（3）角频率）角频率正弦交流电正弦交流电 1 秒内变化的电角度，用符号秒内变化的电角度，用符号 表示，单位是弧度表示，单位是弧度 / 秒秒（rad/s）2. 最大值、有效值和平均值最大值、有效值和平均值（1）最大值）最大值正弦交流电在一个周期所能达
5、到的最大瞬时值，又称峰值或幅值（见图正弦交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值，又称峰值或幅值（见图 ）。）。最大值用大写字母加下标最大值用大写字母加下标 m 表示，如表示，如 Em、Um、Im。正弦交流电的最大值（2）有效值）有效值有效值是这样规定的：使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，若在相有效值是这样规定的：使交流电和直流电加在同样阻值的电阻上，若在相同的时间内产生的热量相同，就把这一直流电的数值叫作该交流电的有效值同的时间内产生的热量相同，就把这一直流电的数值叫作该交流电的有效值（见图）。（见图）。 交流电的有效值3. 相位与相位差相位与相位差（1）相位）相位在在 e=Emsin（t+
6、0）中，（）中，（t+0）表示在任意时刻线圈平面）表示在任意时刻线圈平面与中性面所成的角度，这个角度称为相位角，也称相位或相角，它反映了交流与中性面所成的角度，这个角度称为相位角，也称相位或相角，它反映了交流电变化的进程。其中，电变化的进程。其中， 0为正弦量为正弦量 t=0 时的相位，称为初相位，也称初相角或时的相位，称为初相位，也称初相角或初相。初相。（2）相位差）相位差两个同频率交流电的相位之差称为相位差，用符号两个同频率交流电的相位之差称为相位差，用符号 表示，即表示，即=（t +1）-（t+2）=1-2两个同频率交流电的相位差就等于它们的初相之差。两个同频率交流电的相位差就等于它们的
7、初相之差。最大值、角频率和初相位称为正弦交流电的三要素。最大值、角频率和初相位称为正弦交流电的三要素。32正弦交流电的表示方法一、解析式法解析式法是用正弦函数来表示交流电的方法，它是正弦交流电的基本表示解析式法是用正弦函数来表示交流电的方法，它是正弦交流电的基本表示方法。其一般表示形式为方法。其一般表示形式为e=Emsin（t+0）u=Umsin（t+0）i=Imsin（t+0）二、波形图法波形图法是用正弦函数图像来表示正弦交流电的方法，例如正弦交流电压波形图法是用正弦函数图像来表示正弦交流电的方法，例如正弦交流电压 的波形图如图所示。的波形图如图所示。 正弦交流电波形图表示法三、相量图表示法
8、正弦交流电也可以用相量图来表示，相量图表示法就是用一个在直角坐标正弦交流电也可以用相量图来表示，相量图表示法就是用一个在直角坐标中绕原点不断旋转的相量来表示正弦交流电的方法。中绕原点不断旋转的相量来表示正弦交流电的方法。 旋转矢量与波形图的关系有效值相量图33纯电阻电路交流电路如果只有电阻，这种电路称为纯电阻电路（见图交流电路如果只有电阻，这种电路称为纯电阻电路（见图a），如电热炉、），如电热炉、白炽灯等都可以近似地看成是纯电阻电路。白炽灯等都可以近似地看成是纯电阻电路。 纯电阻电路a）电路图b）相量图c）波形图d）功率曲线图二、功率电阻是耗能元件。电阻是耗能元件。通常用电阻在交流电一个周期内
9、消耗的功率的平均值来表示功率的大小，通常用电阻在交流电一个周期内消耗的功率的平均值来表示功率的大小，称为平均功率，又称有功功率，用称为平均功率，又称有功功率，用 P 表示，单位仍是表示，单位仍是 W。电压、电流用有效值表示时，平均功率电压、电流用有效值表示时，平均功率 P 的计算与直流电路相同，即的计算与直流电路相同，即34纯电感电路一、电压与电流的关系1. 电压与电流的数量关系电压与电流的数量关系由电阻很小的电感线圈组成的交流电路，可以近似地看作纯电感电路。由电阻很小的电感线圈组成的交流电路，可以近似地看作纯电感电路。当电感对交流电的阻碍作用用感抗表示、交流电压和电流用有效值表示时，当电感对
10、交流电的阻碍作用用感抗表示、交流电压和电流用有效值表示时，电感两端电压与电感电流的大小关系具有欧姆定律的形式，即电感两端电压与电感电流的大小关系具有欧姆定律的形式，即2. 电压与电流的相位关系电压与电流的相位关系电压超前电流电压超前电流 90，电压、电流相量图如图，电压、电流相量图如图 b 所示。所示。 纯电感交流电路a）电路图b）相量图c）波形图d）功率曲线图二、功率瞬时功率在一个周期内吸收的能量与释放的能量相等，也就是说纯电感电瞬时功率在一个周期内吸收的能量与释放的能量相等，也就是说纯电感电路不消耗能量，电感是一种储能元件。路不消耗能量，电感是一种储能元件。通常用瞬时功率的最大值来反映电感
11、与电源之间转换能量的规模，称为无通常用瞬时功率的最大值来反映电感与电源之间转换能量的规模，称为无功功率，用功功率，用 QL 表示，单位名称是乏，符号为表示，单位名称是乏，符号为 var，其计算式为，其计算式为35纯电容电路一、电压与电流的关系纯电容电路欧姆定律的表达式为纯电容电路欧姆定律的表达式为电流超前电压电流超前电压 90，电压、电流相量图如图，电压、电流相量图如图b 所示。所示。二、功率纯电容电路的功率曲线如图纯电容电路的功率曲线如图d 所示。与电感一样，电容也是储能元件，纯所示。与电感一样，电容也是储能元件，纯电容电路不消耗功率，平均功率为零。纯电容电路的无功功率为电容电路不消耗功率，
12、平均功率为零。纯电容电路的无功功率为纯电容交流电路a）电路图b）相量图c）波形图d）功率曲线图36串联电路一、RL 串联电路1. 电压与电流的关系电压与电流的关系RL 串联电路总电压瞬时值等于各个元件上电压瞬时值之和，即串联电路总电压瞬时值等于各个元件上电压瞬时值之和，即u=uR+uL对应的相量关系为对应的相量关系为从相量图可以看出，从相量图可以看出，日光灯等效电路（RL 串联电路）RL 串联电路相量图2. 功率功率（1）有功功率）有功功率整个电路消耗的有功功率等于电阻消耗的有功功率，即整个电路消耗的有功功率等于电阻消耗的有功功率，即P=URI根据图所知根据图所知 UR=Ucos，代入上式得代
13、入上式得P =URI=UIcos（2）无功功率）无功功率整个电路的无功功率也就是电感上的无功功率，即整个电路的无功功率也就是电感上的无功功率，即 Q ULI UIsin。（3）视在功率）视在功率电源输出的总电流与总电压有效值的乘积叫作电路的视在功率，用电源输出的总电流与总电压有效值的乘积叫作电路的视在功率，用 S 表示，表示，即即 S=UI。为了区别于有功功率和无功功率，视在功率的单位为为了区别于有功功率和无功功率，视在功率的单位为VA。RLC 串联电路二、RLC 串联电路1. 电压与电流的关系电压与电流的关系RLC 串联电路的总电压瞬时值等于各个元件上电压瞬时值之和，即串联电路的总电压瞬时值
14、等于各个元件上电压瞬时值之和，即对应的相量关系为对应的相量关系为RLC 串联电路相量图a）ULUCb）UL XC 时，则时，则 ULUC，阻抗角，阻抗角 0，电路呈电感性。，电路呈电感性。（2）电容性电路）电容性电路当当 XLXC 时，则时，则 ULUC，阻抗角，阻抗角 0，电路呈电容性。，电路呈电容性。（3）电阻性电路）电阻性电路当当 XL=XC 时，则时，则 UL=UC，阻抗角，阻抗角 =0，电路呈电阻性。电感和电容的无，电路呈电阻性。电感和电容的无功功率正好互相补偿，这种电路状态称为串联谐振。功功率正好互相补偿，这种电路状态称为串联谐振。2. 功率功率（1）有功功率）有功功率RLC 串联
15、电路的有功功率即为电阻消耗的功率，即：串联电路的有功功率即为电阻消耗的功率，即：P URI UIcos（2）无功功率）无功功率Q=QL-QC=ULI-UCI=I2（XL-XC）=Uisin（3）视在功率）视在功率视在功率即电源输出功率视在功率即电源输出功率 S=UI。视在功率视在功率 S 与有功功率与有功功率 P和无功功率和无功功率 Q 的关系为的关系为37并联电路一、电流与电压的关系总电流总电流 I 确定后，电路的功率可根据下式求得确定后，电路的功率可根据下式求得并联电路相量图 并联谐振电路二、并联谐振1. 并联谐振并联谐振总电流与电压同相，电路呈电阻性，这时的电路状态为并联谐振状态，简总电
16、流与电压同相，电路呈电阻性，这时的电路状态为并联谐振状态，简称并联谐振。称并联谐振。2. 并联谐振的特点并联谐振的特点（1）总阻抗最大，且为纯电阻性，其值为）总阻抗最大，且为纯电阻性，其值为（2）总电流最小，且与电压同相，其值为）总电流最小，且与电压同相，其值为38三相交流电的基本概念插座面板a）三相插座b）单相插座一、三相交流电的产生三相交流发电机的结构示意图如图所示，三相交流发电机的结构示意图如图所示，它主要由定子和转子组成。转子是电磁铁，它主要由定子和转子组成。转子是电磁铁，定子有三个绕组（定子有三个绕组（U1U2、V1V2 和和 W1W2），），它们在空间位置上彼此相隔它们在空间位置上
17、彼此相隔 120，转子在，转子在原动机带动下以角速度原动机带动下以角速度 做匀速转动时，三做匀速转动时，三相定子绕组切割磁感线，产生三个对称的正相定子绕组切割磁感线，产生三个对称的正弦交流电动势。三个正弦交流电动势的最大弦交流电动势。三个正弦交流电动势的最大值相等，频率相同，值相等，频率相同， 相位彼此相差相位彼此相差 120， 其解析式如图其解析式如图a 所示，波形图如图所示，波形图如图 b 所示。所示。三相交流发电机结构示意图三相交流电的解析式和波形图a）解析式b）波形图二、三相四线制发电机的每个绕组各接上一个负载，就得到三个独立的单相电路，构成三发电机的每个绕组各接上一个负载，就得到三个
18、独立的单相电路，构成三相六线制。相六线制。将发电机三个绕组的末端连在一起，成为一个公共点（称为中性点），从将发电机三个绕组的末端连在一起，成为一个公共点（称为中性点），从中性点引出一条输电线，称为中性线，简称中线，用中性点引出一条输电线，称为中性线，简称中线，用 N 表示。中性线通常与大表示。中性线通常与大地相连，称为零线。地相连，称为零线。从发电机三个绕组的始端引出的输电线，称为相线，俗称火线，用从发电机三个绕组的始端引出的输电线，称为相线，俗称火线，用 L1、L2、L3 表示。表示。三相四线制供电可送出两种电压，一种是相线与相线之间（如三相四线制供电可送出两种电压，一种是相线与相线之间（如
19、 L1、L2、L3 之间）的电压，称为线电压，分别为之间）的电压，称为线电压，分别为 uUV、uVW、uWU；另一种是相线与零线；另一种是相线与零线之间（如之间（如 L1、L2、L3与与 N 之间）的电压，称为相电压，分别为之间）的电压，称为相电压，分别为 uU、uV、uW。 三相四线制电路单相交流电三、三相负载的联结在实际生产和日常生活中，把接在三相电源上的负载统称为三相负载，并在实际生产和日常生活中，把接在三相电源上的负载统称为三相负载，并且把各相负载相同的三相负载称为三相对称负载。如果三相负载不同，则称为且把各相负载相同的三相负载称为三相对称负载。如果三相负载不同，则称为三相不对称负载。
20、三相不对称负载。三相负载的星形联结 三相负载的三角形联结39安全用电常识一、触电类型1. 单相触电单相触电人站在大地上，人体触及一根相线（或漏电的电气设备），而电源中性点人站在大地上，人体触及一根相线（或漏电的电气设备），而电源中性点是接地的，此时电流通过人体流入大地，人体承受的电压是相电压是接地的，此时电流通过人体流入大地，人体承受的电压是相电压 220V（见（见图）。图）。单相触电2. 两相触电两相触电人体同时触及两根相线，此时电流从一根相线通过人体流到另一根相线，人体同时触及两根相线，此时电流从一根相线通过人体流到另一根相线，作用于人体的电压是线电压作用于人体的电压是线电压 380V，危
21、险性比单相触电更大（见图）。，危险性比单相触电更大（见图）。 两相触电3. 跨步电压触电跨步电压触电在高压导线断落掉地处，在大地周围形成电场（见图），当人走进电场区在高压导线断落掉地处，在大地周围形成电场（见图），当人走进电场区域，两脚踩在域，两脚踩在 A、B 两点时，由于两点时，由于 A、B 的电场强度不同，便形成跨步电压。的电场强度不同，便形成跨步电压。跨步电压触电二、安全电流与电压1. 影响人体触电受伤害程度的因素影响人体触电受伤害程度的因素（1）电流的大小和持续的时间）电流的大小和持续的时间触电电流越大，持续的时间越长，对人体的伤害越严重。触电电流越大，持续的时间越长，对人体的伤害越严
22、重。（2）触电路径）触电路径最危险的触电路径是从左手到脚。最危险的触电路径是从左手到脚。（3）电流种类）电流种类50 Hz 的工频交流电流对人体的伤害最大。的工频交流电流对人体的伤害最大。（4）人体电阻）人体电阻其中皮肤越潮湿，人体电阻越小。其中皮肤越潮湿，人体电阻越小。2. 安全电压安全电压加在人体上一定时间内不致造成伤害的电压称为安全电压。通常规定交流加在人体上一定时间内不致造成伤害的电压称为安全电压。通常规定交流 36V 及以下、直流及以下、直流 48 V 及以下为安全电压。及以下为安全电压。三、防止触电的技术措施1. 保护接地保护接地将电气设备的金属外壳与大地可靠地连接，称为保护接地（
23、见图）。它适将电气设备的金属外壳与大地可靠地连接，称为保护接地（见图）。它适用于用于 1kV 以下中性点不接地的三相供电系统。以下中性点不接地的三相供电系统。保护接地示意图计算机电源线2. 保护接零保护接零将电气设备在正常情况下不带电的外露导电部分与供电系统中的零线相接，将电气设备在正常情况下不带电的外露导电部分与供电系统中的零线相接，称为保护接零（见图）。保护接零适用于中性点直接接地的三相供电系统。称为保护接零（见图）。保护接零适用于中性点直接接地的三相供电系统。保护接零示意图3. 漏电保护器漏电保护器当电气设备漏电时，人触及漏电的外壳，也会造成触电事故。为了防止设当电气设备漏电时，人触及漏
24、电的外壳，也会造成触电事故。为了防止设备漏电而造成的触电，需要安装漏电保护器。备漏电而造成的触电，需要安装漏电保护器。 漏电保护器工作原理四、安全用电注意事项1. 判断电线或用电设备是否带电，必须用验电器，绝不允许用手判断电线或用电设备是否带电，必须用验电器，绝不允许用手触摸。触摸。2. 在检修电气设备或更换熔体时，应切断电源。在检修电气设备或更换熔体时，应切断电源。3. 根据需要选择熔断器的熔丝直径。根据需要选择熔断器的熔丝直径。4. 安装照明线路时，开关和明装插座离地面一般不低于安装照明线路时，开关和明装插座离地面一般不低于 1.3m，暗装插座离地面一般不低于暗装插座离地面一般不低于 0.
25、3m。5. 在电力线路附近，不要安装电视机的天线，不要放风筝和打鸟。在电力线路附近，不要安装电视机的天线，不要放风筝和打鸟。6. 发现电线或电气设备起火，应迅速切断电源。发现电线或电气设备起火，应迅速切断电源。五、触电急救1. 切断电源切断电源发生触电事故时，首先要切断电源，使触电者迅速脱离电源。发生触电事故时，首先要切断电源，使触电者迅速脱离电源。 切断电源2. 挑开电线挑开电线若电线压在触电者身上，可以利用干燥木棍、竹竿、橡胶制品等绝缘物挑若电线压在触电者身上，可以利用干燥木棍、竹竿、橡胶制品等绝缘物挑开触电者身上的电线，如图所示。开触电者身上的电线，如图所示。用干燥的木棍挑开触电者身上的
26、电线3. 人工呼吸人工呼吸通常情况下，当触电者无呼吸，但是仍有心跳时，应采用口对口人工呼吸通常情况下，当触电者无呼吸，但是仍有心跳时，应采用口对口人工呼吸救护法进行救治。救护法进行救治。4. 胸外按压胸外按压 触电急救a）人工呼吸b）胸外按压六、计算机的安全用电注意事项1. 在计算机使用较集中的地方，应为计算机线路提供单独的供电在计算机使用较集中的地方，应为计算机线路提供单独的供电系统，与照明电路和其他电路分开。系统，与照明电路和其他电路分开。2. 装设专用计算机接地线，以免机壳漏电对使用者产生伤害。装设专用计算机接地线，以免机壳漏电对使用者产生伤害。3. 计算机线路的供电线及网线应外套计算机
27、线路的供电线及网线应外套 PVC 管，埋在地下或者从管，埋在地下或者从墙上通过，防止线路磨损造成安全隐患。墙上通过，防止线路磨损造成安全隐患。4. 计算机使用较集中的地方，应当配备二氧化碳灭火器，并放置计算机使用较集中的地方，应当配备二氧化碳灭火器，并放置在醒目位置。在醒目位置。5. 在停止使用计算机时，应当首先关闭计算机和显示器，再切断在停止使用计算机时，应当首先关闭计算机和显示器，再切断总电源。总电源。6. 计算机在使用过程中发生停电、断电事故，应当及时切断计算计算机在使用过程中发生停电、断电事故，应当及时切断计算机电源，故障排除后才可正常使用。机电源，故障排除后才可正常使用。7. 计算机网络系统的设备间和管理间安装的机柜必须可靠接地。计算机网络系统的设备间和管理间安装的机柜必须可靠接地。8. 不要将笔记本电脑放在棉被、沙发等柔软的布料上使用，以免不要将笔记本电脑放在棉被、沙发等柔软的布料上使用，以免因笔记本电脑散热不良而造成火灾。因笔记本电脑散热不良而造成火灾。9. 尽量避免将笔记本电脑直接放在腿上使用，以免可能出现的灼尽量避免将笔记本电脑直接放在腿上使用，以免可能出现的灼伤事故。伤事故。10. 暂时离开或停止使用笔记本电脑时务必切断充电电源。暂时离开或停止使用笔记本电脑时务必切断充电电源。