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文檔簡介

1、第三章 正弦交流電的基本概念 及正弦交流電路的分析學習目的:1、 掌握正弦交流電的基本概念、三要素及三種表示法。2、掌握純電阻電路、純電感電路、純電容電路、RL串聯(lián)電路、RC串聯(lián)電路電壓和電流的大小與相位關系、相量圖。學習目的:3、了解功率因數(shù)概念及提高功率因數(shù)的方法。4、了解串聯(lián)諧振的定義、條件及特點。5、掌握三相負載星形聯(lián)結、三角形聯(lián)結的特點及相、線電壓的關系;相、線電流的關系。6、掌握中線的作用。第三章 正弦交流電路及安全用電 正弦量的基本概念 3.1單一參數(shù)的正弦交流電路 3.2三相交流電3.3第一節(jié) 正弦交流電的基本物理量 大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化的電壓與電流,稱為正弦交流電,

2、即平時所說的單相交流電,其文字符號用字母“AC”表示,圖形符號用“”表示,如圖6.5(a)所示。大小和方向隨時間不按正弦規(guī)律變化的電壓與電流,稱為非正弦交流電,常見的有矩形波、三角波等,如圖6.5(b)、(c)所示。正弦量的基本概念 正弦量的三要素 以正弦電壓為例,其一般表達式(或稱為解析式)為1.最大值Um2.角頻率 3.初相位和相位差一、交流電變化的范圍1最大值 正弦交流電的大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化,正弦交流電在一個周期內所能達到的最大數(shù)值,可以用來表示正弦交流電變化的范圍,稱為交流電的最大值,又稱振幅、幅值或峰值,Im、Um、Em 。2有效值I、U、E正弦交流電的最大值與有效值的關

3、系為3平均值 交流電壓或電流在半個周期內所有瞬時值的平均數(shù),稱為該交流電壓或電流的平均值。二、交流電變化的快慢1周期 正弦交流電完成一次周期性變化所需要的時間,稱為正弦交流電的周期,通常用字母T 表示,國際單位是秒,符號為s。2頻率 正弦交流電在1s 內完成周期性變化的次數(shù),稱為正弦交流電的頻率,通常用f 表示,國際單位是赫茲,符號為Hz。3角頻率 正弦交流電在1s 內變化的電角度,稱為正弦交流電的角頻率,用字母 表示,單位是弧度/ 秒,符號為rad/s。 角頻率與周期、頻率之間的關系為三、交流電變化的起點1相位與初相位 決定了正弦交流電的變化趨勢,是正弦交流電隨時間變化的核心部分,稱為正弦交

4、流電的相位,也稱相角。 t = 0 時的相位,稱為初相位,簡稱初相,用字母 表示。初相位反映的是正弦交流電的計時起點。初相位 的變化范圍一般為- 。2相位差與相位關系 兩個交流電的相位之差稱為正弦交流電的相位差,用 表示。 規(guī)定相位差的范圍一般為- 。 如圖(a)所示,當 0 時,稱為u1 超前u2,或者說u2 滯后u1 ;如圖6.8(b)所示,當 0 時,稱為u1 滯后u2,或者說u2 超前u1。 當 0 時,稱為兩個交流電同相,即兩個同頻率交流電的相位相同,如圖(a)所示;當 時,稱為兩個交流電反相,即兩個同頻率交流電的相位相反,如圖(b)所示;當 時,稱為兩個交流電正交,如圖(c)所示。

5、第二節(jié) 單一元件交流電路一、純電阻電路二、純電感電路三、純電容電路一、純電阻電路純電阻電路是只有電阻負載的交流電路,如圖6.19 所示。1電流與電壓的關系設加在電阻R 兩端的交流電壓為uR = URmsint純電阻交流電路的電流與電壓的數(shù)量關系為 純電阻交流電路的電流與電壓的最大值(或有效值)符合歐姆定律。 純電阻交流電路的電流與電壓的相位關系為純電阻交流電路的電流與電壓同相。 因此,純電阻交流電路的電流瞬時值表達式為i = Imsin t 純電阻交流電路的電流與電壓的矢量圖如圖(a)所示,波形圖如圖(b)所示。2電路的功率 在純電阻交流電路中,電流、電壓都是隨時間變化的。電壓瞬時值u 和電流

6、瞬時值i 的乘積稱為瞬時功率,用小寫字母p 表示,即p = ui 有功功率,也稱平均功率,是瞬時功率在一個周期內的平均值,用大寫字母P 表示,國際單位是瓦特(W)。 純電阻交流電路的有功功率為P = URI 純電阻交流電路的有功功率還可以表示為二、純電感電路 純電感電路是只有空心線圈的負載,而且線圈的電阻和分布電容均忽略不計的交流電路,如圖 所示。1感抗 線圈對交流電的阻礙作用稱為電感電抗,簡稱感抗,用符號XL 表示,單位是歐姆。 感抗的大小與電源頻率成正比,與線圈的電感成正比2電流與電壓的關系 設加在電感L 兩端的交流電壓為uL = ULmsin t 純電感交流電路的電流與電壓的數(shù)量關系為

7、純電感交流電路的電流與電壓的最大值(或有效值)符合歐姆定律。 純電感交流電路的電流與電壓的相位關系為純電感交流電路兩端的電壓超前電流 ,或者說電流滯后電壓 。 純電感交流電路的電流瞬時值表達式為 純電感交流電路的電流與電壓的矢量圖如圖(a)所示,波形圖如圖(b)所示。3電路的功率純電感交流電路的瞬時功率為 瞬時功率的平均值為零,即純電感交流電路的有功功率為零,表示電感元件不消耗功率。 為反映純電感交流電路中能量轉換的多少,單位時間內能量轉換的最大值(即瞬時功率的最大值),稱為無功功率,用符號QL 表示,單位是乏,符號為var。QL = UL I 無功功率還可以表示為三、純電容電路 純電容電路是

8、只有電容器的負載,而且電容器的漏電電阻和分布電感均忽略不計的交流電路,如圖所示。1容抗 電容器對交流電的阻礙作用稱為電容電抗,簡稱容抗,用符號XC 表示,單位是歐姆。 容抗的大小與電源頻率成反比,與電容器的電容成反比2電流與電壓的關系 設加在C 兩端的交流電壓為uC=UCmsint 純電容交流電路的電流與電壓的數(shù)量關系為 純電容交流電路的電流與電壓的最大值(或有效值)符合歐姆定律。 純電容交流電路的電流與電壓的相位關系為純電容交流電路兩端的電壓滯后電流 ,或者說電流超前電壓 。 純電容交流電路的電流瞬時值表達式為 純電容交流電路的電流與電壓的矢量圖如圖(a)所示,波形圖如圖(b)所示。3電路的

9、功率 純電容交流電路的瞬時功率為 瞬時功率的平均值為零,即純電容交流電路的有功功率為零,表示電容器不消耗功率。 電容器雖然不消耗功率,但與電源之間不斷進行能量交換,即電容器的充電和放電。純電容交流電路的無功功率為QC = UC I第三節(jié) 三相交流電一、三相交流電的基本概念二、三相交流電的相序三、三相交流電源四、三相負載的接法五、用電保護一、三相交流電的基本概念三相交流電是通過三相交流發(fā)電機獲得,如圖(a)所示。 最大值相等、頻率相同、相位互差120的3 個正弦電動勢,稱為三相對稱電動勢。如果以eU 為參考正弦量,那么各相電動勢的瞬時值表達式為二、三相交流電的相序 三相對稱電動勢隨時間按正弦規(guī)律

10、變化,它們到達最大值(或零值)的先后次序,叫做相序。3 個電動勢按順時針方向的次序到達最大值(或零值),即按U-V-W-U 的順序,稱為正序或順序;若按逆時針方向的次序到達最大值(或零值),即按U-W-V-U 的順序,稱為負序或逆序。三、三相交流電源 將三相發(fā)電機繞組的3 個末端U2、V2、W2 連接成公共點,3 個首端U1、V1、W1 分別與負載連接,如圖7.7 所示,這種連接方式稱為星形聯(lián)結,用符號“Y”表示。3 個末端U2、V2、W2 連接成的公共點稱為中性點(中點)或零點,用符號“N”表示,從中點引出的導線稱為中性線(中線)或零線,一般用黑色線或白色線;從三相繞組首端引出的3 根導線稱

11、為相線或火線,分別用符號“U、V、W”表示,用黃、綠、紅3 種顏色區(qū)分。這種由3 根相線和1 根中線組成的供電系統(tǒng)稱為三相四線制供電系統(tǒng),用符號“Y0”表示,通常在低壓配電系統(tǒng)中采用;在高壓輸電系統(tǒng)中,通常采用只由3 根相線組成的三相三線制供電系統(tǒng),用符號“Y”表示。 三相四線制供電系統(tǒng)可輸送兩種電壓,即相電壓和線電壓。 相電壓是相線與中線之間的電壓,分別用符號“UU、UV、UW”表示U、V、W 各相電壓的有效值,通用符號用“UP”表示。 線電壓是指相線與相線之間的電壓,分別用符號“UUV、UVW、UWV”表示UV、VW、WV 之間的電壓有效值,通用符號用“UL”表示。線電壓與相電壓之間的關系

12、為線電壓UUV 與相電壓UU 之間的數(shù)量關系為線電壓與相電壓的相位關系為線電壓超前相應的相電壓30。四、三相負載的接法1、三相負載的星形聯(lián)結2、三相負載的三角形聯(lián)結3、 三相交流電路的功率一、三相負載的星形聯(lián)結1聯(lián)結方式 將各相負載的末端U2、V2、W2 連在一起接到三相電源的中線上,把各相負載的首端U1、V1、W1 分別接到三相交流電源的3 根相線上,這種連接方式稱為三相負載有中線的星形聯(lián)結法,用符號Y0 表示。如圖(a)所示為三相負載有中線的星形聯(lián)結的原理圖,如圖(b)所示為其實際電路圖。2電路特點 流過每根相線的電流稱為線電流,分別用IU、IV、IW 表示U、V、W 各線電流的有效值,通

13、用符號用IYL 表示;流過每一相負載的電流稱為相電流,分別用Iu、Iv、Iw 表示U、V、W 各相電流的有效值,通用符號用IYP 表示;流過中線的電流稱為中線電流,用IN 表示。各相電流的相位差仍是120。三相負載作星形聯(lián)結時,線電流等于相電流,即IYL IYP中線電流與相電流的之間的關系為二、三相負載的三角形聯(lián)結1聯(lián)結方式 將三相負載分別接到三相電源的兩根相線之間,這種連接方式稱為三相負載的三角形聯(lián)結法,用符號“”表示。如圖(a)所示為三相負載三角形聯(lián)結的原理圖,圖(b)所示為其實際電路圖。對稱三相負載作星形聯(lián)結時,中線電流等于零,即IN=02電路特點負載的線電壓與負載的相電壓的關系為UL

14、= U P線電流與相電流之間的關系為線電流Iu 與相電流Iu 之間的數(shù)量關系為比一比 在同一對稱三相電源作用下,同一對稱負載作三角形聯(lián)結的相電壓、相電流是作星形聯(lián)結時的相電壓、相電流的 倍,同一對稱負載作三角形聯(lián)結的線電流是作星形聯(lián)結時的線電流的3 倍。三、 三相交流電路的功率在三相交流電路中,三相負載消耗的總功率等于各相負載消耗的功率之和在對稱三相電路中,各相電壓是對稱的,各相負載是對稱的。因此,在對稱三相電路中,三相對稱負載消耗的總功率為三相對稱負載不論作星形聯(lián)結還是作三角形聯(lián)結,對稱三相電路的總有功功率為五、用電保護一、接地裝置二、用電保護措施一、接地裝置1.“地”的概念 “地”是指電氣

15、上的“地”,即指如圖 所示的距接地點20 m 以外地方的電位(該處的電位已接近零)。2. 接地的作用與種類 接地的主要作用是保證人身和設備的安全。若按接地的目的及工作原理來分,有保護接地、保護接零、工作接地和重復接地4 種。(1)保護接地。保護接地就是將正常情況下不帶電,而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電氣設備金屬部分(即與帶電部分相絕緣的金屬結構部分)用導線與接地體可靠連接的一種保護接線方式,如圖所示。(2)保護接零。保護接零是將電氣設備的外殼及金屬支架等與零線連接,以保護人身安全的一種用電安全措施,如圖所示。 保護原理不同。 適用范圍不同。 線路結構不同。工程應用 家用電器插座是供移動電器設備如臺燈、電風扇、電視機、洗衣機等連接電源用的。因為家庭用電中的供電系統(tǒng)一般為TT 系統(tǒng)(采用保護接地方式),所以為了保證用電安全,插座的接線必須做到:“左

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