劳动出版社《电工学》-B01-900803-正弦交流电

1、目录,第一节 单相交流电 实验与实训2 示波器的使用 实验与实训3 双控一灯电路的安装 第二节 正弦交流电的相量表示法 第三节 单相交流电基本电路 第四节 电阻、电感和电容串联电路 第五节 三相交流电路 第六节 发电、输电和配电概述 第七节 安全用电常识,电工学课件,1.了解交流电的概念。 2.了解交流电的产生过程。 3.了解正弦交流电有关物理量。,第一节 单相交流电,干电池提供的是直流电 。,墙上的插座提供的是交流电。,一、交流电的产生及交流电概念 二、交流电的感应电动势和感应电流 三、表征交流电的物理量,一、交流电的产生及交流电概念,交流电可以由交流发电机提供,交流发电机示意图,交流发电机原理图,正弦交流电产生过程,二、交流电的感应电动势和感应电流 设磁感应强度为B，磁场中线圈一边的长度为，平面从中性面开始转动，经过时间t，线圈转过的角度为 ，这时，其 单侧线圈切割磁感线的线速度与磁感线的夹角也为 ，所 产生的感应电动势 。所以整个线圈所产生的感 应电动势为 。 其中 为感应电动势的最大值，设为 ，则 上式为正弦交流电电动势的瞬时值表达式，也称为解析式。 电压瞬时值表达式 电流瞬时

2、值表达式,三、表征交流电的物理量 1周期、频率和角频率 （1）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T表示，单位是秒（s）。,交流发电机的转子做圆周运动，因此交流电的周期相当于我们在游乐场坐的大风车，我们在游乐场风车上转一圈，即是完成一个周期。,（2）频率：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f表示，单位是赫兹（Hz）。 我国动力和照明用电的标准频率为50Hz（习惯上称为工 频），少数国家如美国、日本采用60Hz的频率。 （3）角频率：正弦交流电1秒内变化的电角度，用符号表示，单位是弧/秒（rad/s）,2正弦交流电的最大值、有效值和平均值 （1）最大值 ：正弦交流电在一个周期所能达到的最大瞬时值，又称峰值、幅值。最大值用大写字母加下标m表示，如Em、Um、 Im。 （2）有效值 ：因为交流电的大小是随时间变化的，所以在研究交流电功率时，采用最大值就不方便，通常是用有效值来表示。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，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做该交流电的有效值。,有效值用大写字母表示，如E、U、I。

3、 有效值 = 最大值0.707最大值,我们通常说家庭电路的电压是220V，便是指有效值各种使用交流电的电气设备上所标的额定电压和额定电流的数值，交流电流表和交流电压表测量的数值，也都是有效值。,液晶电视机的铭牌上标的额定电压220V是有效值,3正弦交流电的相位与相位差 （1） 相位：在式 中， 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 ，它反映了交流电变化的进程。其中， 为正弦量t=0时的相位，称为初相位，也称初相角或初相。 （2）相位差：两个同频率交流电的相位之差称为相位差，用符号表示，即 两个同频率交流电的相位差就等于它们的初相之差。,【例】已知交流电电压为 ，求该交流电的周期、频率、角频率、最大值、有效值和初相位。 解：角频率=314 rad/s 周期 频率 最大值 有效值 初相位,实验与实训2 示波器的使用 一、实验目的 1掌握示波器的使用方法。 2熟悉示波器面板上各控制开关、旋钮的名称和作用。 3利用示波器观察“标准方波信号” 波形, 学习测量波形振幅和周期( 频率) 的基本方法。 二、实验器材 双踪示波器1 台、低频信号发生器1 台。 三

4、、实验说明 示波器是一种用途广泛的电子测量仪器。它既可以定性观察电压、电流的波形, 还可以定量测定信号的电压、周期、频率、相位等。,双踪示波器,低频信号发生器,四、示波器测量原理 电压的测量 周期和频率的测量,实验与实训3 双控一灯电路的安装,一、实验目的 1通过双控白炽灯的安装, 加深对单相照明电路的理解。 2训练白炽灯的安装和接线技能。 二、实训器材 配电板1 块, 白炽灯1 个, 双控开关2 个, 导线若干。 三、电路原理 电路采用两个双联开关控制同一盏灯。例如, 安装在楼梯或走廊中间的照明灯, 需要在楼梯上、下或走廊两端都能控制其亮灭, 一般都采用这一接法。如图所示。,双控一灯示意图,双控一灯接线图,电工学课件,了解正弦量的相量表示法，能进行正弦量 解析式、相量图的相互转换,第二节 正弦交流电的相量表示法,有两个正弦交流电和进行相加，如何得到相加后的交流电的表达式呢？无论是运用波形图还是瞬时值表达式，都很不方便。为此，引入正弦交流电的相量图表示法。,在直角坐标系，作一矢量OA，其长度为正弦电动势e的最 大值Em，它的起位置与X轴正方向的夹角等于初相 ，并以 正弦电动势的角频率为

5、角速度逆时针匀速旋转，则在任一 瞬间旋转矢量与X轴的夹角为正弦电动势的相位 ，它 在Y轴的投影（Oa）即为该电动势的瞬时值。为了与一般空 间矢量相区别，把表示正弦交流电这一矢量称为相量。,正弦交流电的相量用 、 、 表示。但实际应用更多的是有效值相量，即将有向线段0A的长度定为正弦量的有效值，相应符号则改 为 、 、 。,提示： 同一相量图中，各正弦交流电的频率应相同。 同一相量图中，相同单位的相量应按相同比例画出。 一般取直角坐标轴的水平正方向为参考方向，逆时针转动的角度为正，反之为负。有时为了方便起见，也可在几个相量中任选其一作为参考相量，并省略直角坐标轴。 用相量表示正弦交流电后，它们的加、减运算可按平行四边形法则进行。 一个正弦量的相量图、波形图、解析式是正弦量的几种不同的表示方法，它们有一一对应的关系，但在数学上并不相等，如果写成 是错误的。,电工学课件,第三节 单相交流电基本电路,1了解纯电阻交流电路的电压与电流的关系以及其有功功率。 2了解纯电感交流电路的电压与电流的关系以及其无功功率。 3了解纯电容交流电路的电压与电流的关系以及其无功功率。,有一1000W的电热炉接在交

6、流电路中，如何计算流过电炉的电流,一、纯电阻交流电路 二、纯电感交流电路 三、纯电容交流电路,一、纯电阻交流电路 分别用6V交、直流电源分别点亮6V灯泡，串入相同的电阻。开关闭合后，可以看到，两个灯泡的亮度相同，这表明电阻对直流电流和对交电流的阻碍作用相同。,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，如电热炉、白炽灯等都可以近似地看成是纯电阻电路。 1 .电流与电压的关系 设加在电阻两端的电压为 实验证明，在任一瞬间通过电阻的电流i仍可用欧姆定律计算，即,在纯电阻电路中，电流i与电压是同频率、同相位的正弦量。 通过电阻的最大电流为 把上式两边同除以 ，则得 。 2 .功率 PR任一瞬间的数值都大于零或等于零，这说明电阻总是消耗功率，因此电阻是耗能元件。 有功功率（P） ：电阻在一个周期内消耗的平均功率， 单位是W 。,【例】一只“220V,1000W”电炉接在电压 的交流电源上，试求流过电炉的电流I和该电炉的电阻R是多 少？ 解：根据 P=URI 得,二、纯电感交流电路 电感对交流电的这种阻碍作用大小用感抗来衡量。 感抗：XL= =L,起阻碍作用的只是 电阻,起阻碍作用

7、的是电阻和电感,1电压与电流的关系 相位关系 电压超前电流90 数量关系 2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。也就是说纯电感电路不消耗能量，电感是一种储能元件。,无功功率（QL） ：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， 单位名称是乏，符号为Var，其计算式为：,在机床电控柜中的接触器，用于控制电动机的启动和停转，有直流和交流两种，相同额定电压的直流接触器的线圈比交流接触器的线圈粗、匝数多，这是因为当交流电通过线圈时，除线圈本身的电阻R外，还有感抗XL，而直流电通过线圈时，只有电阻，没有感抗。,三、纯电容交流电路 容抗：电容对交流电的阻碍作用称为容抗，用XC表示，容抗的单位也是欧姆（）。,合上开关K，灯HL1瞬间微亮，然后熄灭。,合上开关K，灯HL2一直亮着。,1电压与电流的关系 电压与电流的相位关系 电流超前电压90 电压与电流的数量关系 2.功率 电容也是储能元件，纯电容电路不消耗功率。 纯电容电路的无功功率为,电工学课件,第四节 电阻、电感和电容串联电路,了解RL串联电路的电压与电流的关系以及功率。 了解RLC串联电路的电压和电流

8、的关系以及功率。,日光灯电路是一个典型的单相RL串联电路，R是日光灯灯丝的等效电阻，L是日光灯镇流器的等效电感，有位电工用万用表的交流电压档测量了日光灯镇流器两端电压和灯丝两端电压，发现两个电压加起来不是220V，这是为什么呢？,一、RL串联电路 二、RLC串联电路,一、RL串联电路 1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 对应的相量关系为 根据相量图可得： 则电压与电流的大小关系为：,令,Z称为电路的阻抗，它表示电阻和电感串联电路对交流电的总阻碍作用。阻抗的单位是。 2功率 （1）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。 （2）无功功率 整个电路的无功功率也就是电感上的无功功率。,（3）视在功率 电源输出的总电流与总电压有效值的乘积叫做电路的视在功率，用S表示，即： S=UI 视在功率不是表示交流电路实际消耗的功率，而是表示电源可能提供的最大功率，或指电源设备的容量，单位： 。,【例】某交流接触器线圈的电阻R=200，电感L=1.25H，接到电压U=220V的工频交流电源上，试问电流I的值是多少？如果将此接触器接到电压U=220V的直

9、流电源上，线圈中电流I的值是多少？会出现什么结果？（线圈允许通过的电流为 0.6A） 解： 若将该接触器接入直流电源，则没有感抗，只有电阻 因此 此时流过线圈电流已超过其额定电流，会将其烧掉。,二、RLC串联电路 1电压与电流的关系 总电压瞬时值等于各个元件上电压瞬时值之和 对应的相量关系为：,根据相量图,=IZ,ULUC,ULUC,UL=UC,由相量图可知，当R、L、C参数不同时，RLC串联电路可能出 现以下三种情况： （1）电感性电路 当XLXC时，则ULUC，阻抗角0，电路呈电感性，电压超 前电流角。 （2）电容性电路 当XLXC时，则ULUC，阻抗角0，电路呈电容性，电压滞 后电流角。 （3）电阻性电路 当XL=XC时，则UL=UC，阻抗角=0，电路呈电阻性，且总阻 抗最小，电压和电流同相。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。,2功率 （1）有功功率 电阻消耗的有功功率，即：PURIUIcos。 （2）无功功率 由于电感和电容两端的电压任何时刻都是反相的，所以电感和电容瞬时功率符号也是相反的，当电感吸收能量时，电容释放能量；电容吸收能量时，电感放出能量，所以电路的无功功率为电感和电容上的无功功率之差，即,(3）视在功率 视在功率S与有功功率P和无功功率Q的关系为,功率因数，表示电源功率被利用的程度。,收音机收听电台就是利用了串联谐振的原理，收音机的旋钮调节的是一个可变电容器的电容量，通过调节电容量使电容的容抗与电感的感抗相等，此时发生谐振，对某个频率的电台信号的阻抗最小（只有电阻），则该电台的信号被收音机接收进来，而其他信号未发生谐振，阻抗很大，被抑制掉了。,电工学课件,第五节 三相交流电路,了解三相交流电产生的过程。 了解三相交流电的特点。 了解三相负载的连接

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