《正弦交流电路的原理分析.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《正弦交流电路的原理分析.pptx（57页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、能力目标：了解正弦交流电的周期、频率、角频率、幅值、初相位、相位差等特征量，理解正弦交流电的解析式、波形图、相量图、三要素等概念。任务七：正弦交流电路的基本概念及正 弦量的相量表示掌握正弦交流量有效值、平均值与最大值之间的关系，以及同频率正弦量的相位差的计算。第1页/共57页一.正弦交流电路的基本概念随时间按正弦规律变化的电压、电流称为正弦电压和正弦电流。表达式为：i第2页/共57页1.1.正弦交流电的周期、频率和角频率正弦交流电的周期、频率和角频率角频率角频率：正弦量单位时间内变化的弧度数。角频率与周期及频率的关系：周期周期T T：正弦量完整变化一周所需要的时间。频率频率f f：正弦量在单位
2、时间内变化的周数。周期与频率的关系周期与频率的关系：第3页/共57页2.2.正弦交流电的瞬时值、最大值和有效值正弦交流电的瞬时值、最大值和有效值瞬时值瞬时值是以解析式表示的：最大值最大值就是上式中的Im，Im反映了正弦量振荡的幅度。有效值有效值指与交流电热效应相同的直流电数值。Rii 通过电阻R时，在t 时间内产生的热量为QRII 通过电阻R时，在t 时间内产生的热量也为Q上述直流电流上述直流电流 I I 就是上述交流电流就是上述交流电流 i i 的的有效值有效值。理论和实际都可以证明：理论和实际都可以证明：第4页/共57页3.3.正弦交流电的相位、初相和相位差正弦交流电的相位、初相和相位差正
3、弦量表达式中的角度。正弦量表达式中的角度。相位：t t=0=0时的相位。时的相位。初相：指两个同频率正弦量之间的相位差，数值上指两个同频率正弦量之间的相位差，数值上等于它们的初相之差。等于它们的初相之差。相位差：相位相位初相初相u u、i i 的相位差为：的相位差为：第5页/共57页瞬时值表达式相量必须小写波形图i 正弦量的表示方法：重点前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。二.正弦量的相量表示第6页/共57页正弦量的相量表示:相量的模表示正弦量的有效值相量的幅角表示正弦量的初相位已知例.试用相量表示 i,u。解：第7页/共57页旋转因子相量例.试写出电流的瞬时值表达式。解：相量的几何意义A(
4、t)是旋转相量旋转相量在纵轴上的投影就是正弦函数第8页/共57页 相量图 i u第9页/共57页能力目标：掌握电阻、电感、电容等元件电路中电压电流之间各种关系。任务七：单一元件的正弦交流线路理解瞬时功率、平均功率、无功功率的概念。掌握感抗、容抗的概念。第10页/共57页一.纯电阻交流电路1 1、纯电阻元件电压、电流关系、纯电阻元件电压、电流关系设则Ri ui=uR解析式：相量表达式：第11页/共57页1.频率相同；2.相位相同；3.有效值关系：4.相量关系；U相量图为：相量图为：I电阻元件上的电压、电流关系可归纳为：电阻元件上的电压、电流关系可归纳为：第12页/共57页（1）瞬时功率 p瞬时功
5、率用小写！则则结论：结论：1.p随时间变化；2.p0,为耗能元件。uip=UI-UIcos2 ttUIUIcos2 t1 1、纯电阻元件的功率、纯电阻元件的功率第13页/共57页（2）平均功率（有功功率）P(一个周期内的平均值)由:可得:P=UI例求：“220V、100W”和“220V、40W”灯泡的电阻？平均功率用大写！解：显然，在相同电压下，负载的电阻与功率成反比。显然，在相同电压下，负载的电阻与功率成反比。第14页/共57页设则解析式：相量表达式：Li uIU相量图：电感元件上电感元件上 u u 超前超前 i i 9090电角。电角。二.纯电感交流电路1 1、纯电感元件电压、电流关系、纯
6、电感元件电压、电流关系第15页/共57页其中：其中：U=LI=2f LI=IXL电感元件上电压、电流的有效值关系为：电感元件上电压、电流的有效值关系为：X XL L=2=2 f L=f L=L L称为电感元件的电抗，电抗，简称感抗感抗。感抗反映了电感元件对正弦交流电流的阻碍作用；感抗反映了电感元件对正弦交流电流的阻碍作用；感抗的单位与电阻相同，也是欧姆感抗的单位与电阻相同，也是欧姆【】。感抗与哪些因素有关？XL与频率成正比正比；与电感量L成正比正比直流情况下感抗为多大？直流下频率f=0，所以XL=0。L L 相当于短路相当于短路。第16页/共57页u2.2.纯电感元件的功率纯电感元件的功率 （
7、1）瞬时功率 p瞬时功率用小写！则则ip=ULIsin2 ttu i 关联,吸收电能;建立磁场;p 0u i 非关联,送出能量;释放磁能;p 0u i 非关联,送出能量;释放磁能;p 0u i 非关联,吐出能量;释放电能;p 0u i 非关联,吐出能量;释放电能;p 0，i0 时,p0，N 吸收功率；3.u0，i0或 u0 时,p0,0,感性，滞后功率因数X0,0,容性，超前功率因数例：cos=0.5(滞后)，则 =60o (电压领先电流60o)。cos1,纯电阻0，纯电抗平均功率实际上是电阻消耗的功率，亦称为有功功率。表示电路实际消耗的功率，它不仅与电压电流有效值有关，而且与 cos 有关，
8、这是交流和直流的很大区别,主要由于电压、电流存在相位差。第27页/共57页讨论:1.N为单一元件时:而 2.将N等效为(含 n个R)对电路进行P计算时可只求PR,则第28页/共57页3.无功功率 Q表示交换功率的最大值，单位：var(乏)。Q 的大小反映网络与外电路交换功率的大小。是由储能元件L、C的性质决定的(2).由阻抗:而电阻元件无功功率为零。公式计算。计算电路Q时可用讨论:(1).N为单一元件时:第29页/共57页4.视在功率S反映电气设备的容量。可得功率，S、P、Q关系:其中第30页/共57页二.功率因数的提高 1.提高功率因数的意义:由功率可知,在一定的P下,用电单位的越小,Q越大
9、,S。为满足用电,则供电线路的变压器容量加大,投资,而设备利用率,网损。一般规定高压用户的 设备S=Se时,用户发电设备利用率。越大,P 出力提高。网损:,U 。第31页/共57页（原理:QC,QL互补）的主要方法：2、提高解决办法：并联电容，提高功率因数(改进自身设备)。分析:12LRC+_第32页/共57页补偿容量的确定：12综合考虑，提高到适当值为宜(0.9 左右)。第33页/共57页功率因数提高后，线路上电流减少，就可以带更多的负载，充分利用设备的能力。再从功率这个角度来看:并联C后，电源向负载输送的有功UIL cos1=UI cos2不变，但是电源向负载输送的无功UIsin2UILs
10、in1减少了，减少的这部分无功就由电容“产生”来补偿，使感性负载吸收的无功不变，而功率因数得到改善。第34页/共57页能力训练：已知：f=50Hz,U=380V,P=20kW,cos1=0.6(滞后)。要使功率因数提高到0.9,求并联电容C。P=20kW cos1=0.6+_CLRC+_解：12第35页/共57页补偿容量也可以用功率三角形确定：12PQCQLQ单纯从提高cos 看是可以，但是负载上电压改变了。在电网与电网连接上有用这种方法的，一般用户采用并联电容。思考：能否用串联电容提高cos?第36页/共57页能力目标：深刻理解对称三相正弦量的瞬时表达式、波形、相量表达式及相量图。任务九：三
11、相交流电源理解对称三相电源的连接及线相、电压的关系，线、相电流的关系。第37页/共57页 NSU2V1V2W1W2U1三绕组在空间空间位置互差位置互差120120o o定子定子转子转子转子装有磁极并以转子装有磁极并以 的速度旋。三的速度旋。三个线圈中便产生三个单相电动势。个线圈中便产生三个单相电动势。三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图尾端：U2 V2 W2首端：U1 V1 W1 一.三相交流电动势的产生第38页/共57页对称三相交流电波形图u0TuUuVuWt大小相等，频率相同，相位互差120。对称三相交流电对称三相交流电的特征的特征120120120UVUUUW对称三相电压相量图第39
12、页/共57页三相电源三相电源Y Y接时可向负载提供两种电压接时可向负载提供两种电压1.三相电源的星形（Y）连接（中线）或（零线）（相线）或（火线）（相线）（相线）三相四线制供电方式U1W1相电压相电压U UP P线电压线电压U Ul lV1NU2V2W2uUuVuW 二.三相交流电源的连接第40页/共57页相线对中线间的电压。三个相电压是对称的UP相量图相电压相电压：120120120UVNUUNUWNV2W2uUuVuWU2U1W1V1N第41页/共57页相线对相线间的电压。三个线电压也是对称的，三个线电压也是对称的，且超前与其相对应的相电且超前与其相对应的相电压压3030 电角。电角。Ul
13、相量图线电压线电压：-UVUUVUW-UVWUU-UWU注意规定的正方向相、线电压关系式V2W2uUuVuWU2U1W1V1N第42页/共57页线电压与相电压的通用关系表达式：在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为:第43页/共57页 三相电源绕组还可以连接成三角形，但电源绕组三角接时只能向负载提供一种电压：电源线电压电源线电压U Ul l=绕组的感应电压绕组的感应电压U UP P。2.三相电源的三角形（）连接第44页/共57页能力目标：熟练掌握负载的联接方式。任务十：三相电路中负载的连接掌握对称三相负载的线相、电压的关系，线、相电流的关系。第45页/共57页三相负载的一端连在一起与零
14、线相接；另一端分别与火线相接的方式称为：星形接法负载有两种接法负载有两种接法:ACB NZZZACBZZZ三相负载的首尾相连成一个闭环，然后与三根火线相接的方式称为：三角形接法第46页/共57页UWV NZZZuUuVuW线线电流iW iViU相相电流Y接负载的端电压负载的端电压等于电源相电压电源相电压；负载中通过的电流称为相电流相电流I IP P；iN中线中线电流 三相电源对称、三相Y接负载也对称的情况下，三相负载电流也是对称的，此时中线电流为零。火线上通过的电流称为线电流线电流I Il l；中线上通过的电流称为中线电流中线电流I IN N；各相负载中通过的电流分别为：中线电流：显然 一.三
15、相负载的星形联接（Y）第47页/共57页 能力训练：电源线电压为380V，三相对称负载Y接，Z=3+j4,求：各相负载中的电流及中线电流。设解：根据对称关系对称关系可得：由此例可得，对称三相电路的计算可归结为一相电路计算，其它两相根据对称关系可直接写出。第48页/共57页负载对称时问题及讨论Y形连接三相完全对称时，零线可以取消。称为三相三线制。中线是否可以中线是否可以去掉？去掉？答：UZZZWV第49页/共57页关于零线的结论关于零线的结论 负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，都不能正常工作。比如，照明电路中各相负载不能保证完
16、全对称，所以绝照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。可靠。中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许不允许接保险丝也不允许接刀闸接保险丝也不允许接刀闸。第50页/共57页uuvuvwuwu接负载的端电压负载的端电压等于电源电源线电压线电压；负载中通过的电流称为相电流相电流I IP P；火线上通过的电流称为线电流线电流I Il l；各相负载中通过的电流分别为：各线电流与相电流的关系为：UWVZZZ线线电流iwiViU相相电流iUW iUWiWU 二二.
17、三相负载的三角形联接三相负载的三角形联接（）第51页/共57页电流相量图-IVWIUIWU-IVIUV-IW 三相电源对称对称、三相Y接负载也对称对称的情况下，三相负载中的相电流iAB、iBC、iCA也是对称对称的，火线上通过的三个线电流iA、iB、iC也对称对称。由相量图还可看出，在三相对称情况下，线电流是相线电流是相电流的电流的1.7321.732倍，相位滞后与其相对应的相电流倍，相位滞后与其相对应的相电流3030。由相量图可看出：由相量图可看出：线、相电流关系式为：第52页/共57页能力目标：理解对称三相电路的特点及各种功率的意义。任务十一：三相交流电路的功率熟练掌握对称三相电路的计算方法。第53页/共57页负载对称对称时：三相总有功功率：星形接法时：三角形接法时：和接法有无关系？第54页/共57页有功功率：无功功率：视在功率：在三相负载对称的条件下，三相电路的功率：第55页/共57页能力训练：三相负载，接于线电压为380V的电源上，试求分别作星形联接和三角形联接时三相电路总的有功功率。解：每相阻抗。星形联接时，线电流A，故三相总的有功功率为三角形联接时，线电流A，故三相总的有功功率为kWkW第56页/共57页感谢您的观看。第57页/共57页