輪機(jī)員培訓(xùn)教案正弦交流電路ppt課件

1、正弦交流電路正弦交流電路天津理工大學(xué)海運(yùn)學(xué)院2021.4it i tIi sinmImIm 2 Tit O有效值：與交流熱效應(yīng)相等的直流定義為交流有效值：與交流熱效應(yīng)相等的直流定義為交流電的有效值。電的有效值。幅值：幅值：Im、Um、Em那么那么有有TtiTI02d1dtRiT20RTI2 TttIT1022mdsin2mI 同理：同理：2mUU 2mEE 交流設(shè)備名牌標(biāo)注的電壓、電流均為有效值交流設(shè)備名牌標(biāo)注的電壓、電流均為有效值fT22Tf1t O 給出了察看正弦波的起點(diǎn)或參考點(diǎn)。給出了察看正弦波的起點(diǎn)或參考點(diǎn)。 :4.初相位與相位差初相位與相位差t it )sin(mtIiO0t =t

2、)sin(1mtUu如：如：)()(21 tt21 假假設(shè)設(shè)021m2sin()iI t uiu i ttO 9021 90021 電流超前電壓電流超前電壓 02118021uittui90OuittuiOttuiuiOuittui O 不同頻率的正弦量比較無意義。不同頻率的正弦量比較無意義。 兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數(shù)，兩同頻率的正弦量之間的相位差為常數(shù)， 與計時的選擇起點(diǎn)無關(guān)。與計時的選擇起點(diǎn)無關(guān)。 ti2i1iO瞬時值表達(dá)式瞬時值表達(dá)式)sin(m tUu波形圖波形圖相量相量UU ut O)(sinmtUu 設(shè)正弦量設(shè)正弦量:假設(shè)假設(shè): :有向線段長度有向線段長度 = = mU有

3、向線段以速度有向線段以速度 按逆時針方向旋轉(zhuǎn)按逆時針方向旋轉(zhuǎn)那么那么: :該旋轉(zhuǎn)有向線段每一瞬時在縱軸上的投影即表該旋轉(zhuǎn)有向線段每一瞬時在縱軸上的投影即表示相應(yīng)時辰正弦量的瞬時值。示相應(yīng)時辰正弦量的瞬時值。有向線段與橫軸夾角有向線段與橫軸夾角 = = 初相位初相位 1u1tu0 xyOmUut O+j+1Abar 0復(fù)數(shù)表示方式復(fù)數(shù)表示方式設(shè)設(shè)A為復(fù)數(shù)為復(fù)數(shù):A =a + jbabarctan22bar復(fù)數(shù)的模復(fù)數(shù)的模復(fù)數(shù)的輻角復(fù)數(shù)的輻角式中式中:racosrbsin)sinj(cossinjcosrr rArAje sinjcosej 可得可得: rrrjrbaA jesincosj rA

4、由歐拉公式由歐拉公式:2jeesinjj ,2eecosjj )(sinmtUu設(shè)正弦量設(shè)正弦量:相量相量: 表示正弦量的復(fù)數(shù)稱相量表示正弦量的復(fù)數(shù)稱相量 相量輻角相量輻角=正弦量的初相角正弦量的初相角UUeU j 相量輻角相量輻角=正弦量的初相角正弦量的初相角UeUUmjmm 或：或：實(shí)踐運(yùn)用中，多采用有效值相量實(shí)踐運(yùn)用中，多采用有效值相量)(sinmtIi？=只需同頻率的正弦量才干畫在同一相量圖上。只需同頻率的正弦量才干畫在同一相量圖上。 IUIeImjm 模用最大值表示模用最大值表示 ，那么用符號，那么用符號：mmI U、 相量圖相量圖: 把相量表示在復(fù)平面的圖形把相量表示在復(fù)平面的圖形

5、 實(shí)踐運(yùn)用中，模多采用有效值，符號：實(shí)踐運(yùn)用中，模多采用有效值，符號：I U、IU如：知如：知)V45(sin220 tuVe220j45m UVe2220j45 U那么那么或或)jsincos(ejUUUU 相量式相量式:j90sinj90cosej90 rAje C+1+jo90je 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 因子：因子：090 相量相量 乘以乘以 ， 將順時針旋轉(zhuǎn)將順時針旋轉(zhuǎn) ，得到，得到A-j90e AC090 相量相量 乘以乘以 ， 將逆時針旋轉(zhuǎn)將逆時針旋轉(zhuǎn) ，得到，得到A 90jeBA090BAV452220U？)V45(sin220 tuVe22045m U？)A30(sin24 t？Ae4j3

6、0 Ij45)A60(sin10ti？V100 U？Ve100j15 U？ 2.知：知：A6010 IV15100 U三角函數(shù)式三角函數(shù)式tUum sin波形圖波形圖 TmIt 反映正弦反映正弦量的全貌量的全貌包括三個包括三個要素。要素。相量式相量式UeUUj反映正弦反映正弦量兩個要量兩個要素。素。前往I.相量圖相量圖U.相量表相量表示法示法設(shè)設(shè)tUusinmRUI tRU2RtURuisinsinmtI2tIsinsinm0 iu 相位差相位差 ： IU相量圖相量圖Riu+_相量式：相量式：0II RIUU 0RUI u = iRIU相量圖相量圖Riu+_相量方式的歐姆定律相量方式的歐姆定律

7、UIR TTtiuTtpTP00d1d101(1cos2)dTUIttT IUP 單位單位:瓦瓦W 2RI P RU2Riu+_ppttOUI 功率的計算與直流電路一樣功率的計算與直流電路一樣)90(sin2 tLI 根本關(guān)系式：根本關(guān)系式： 頻率一樣頻率一樣 U =I L 電壓超前電流電壓超前電流90 90iu相位差相位差90tiLeuLdd設(shè)：設(shè)：tIisin2iu+-eL+-LttILud)sind(m)90(sin2tUuttu iiO)90(sin2tLIutIisin2LUI LXIU 那么那么: : 電感電感L具有通直阻交的作用具有通直阻交的作用f = 0, XL =0，電感，電

8、感L視為短路視為短路LfLXL2 fLXL2 L IUXLLfLXL2LX)(jjLXILIUfLUI 2UI相量圖相量圖90IU超前超前)90(sin2tLIutIisin2根據(jù)：根據(jù)：LXI,fO大小關(guān)系：大小關(guān)系：U =I LIXL p 0分析：分析： 瞬時功率瞬時功率 ：uiptUI2sinui+-ui+-ui+-ui+-+p 0p 0p 0p XC 時，時， 0 ，u 超前超前 i 呈感性呈感性當(dāng)當(dāng) XL XC 時時 ， 0 ， u 滯后滯后 i 呈容性呈容性當(dāng)當(dāng) XL = XC 時時 ， = 0 ， u. i 同相同相 呈電阻性呈電阻性阻抗三角形、電壓三角形、功率三角形阻抗三角形、

9、電壓三角形、功率三角形SQP22)(CLXXRZ sincosZXZR2)(CL2RUUUUsincosUUUUXR22QPSsincosSQSPRUUCLUU將電壓三角形的有效值同除將電壓三角形的有效值同除I得到阻抗三角形得到阻抗三角形將電壓三角形的有效值同乘將電壓三角形的有效值同乘I得到功率三角形得到功率三角形RCLXX Z cosUIP 所所以以 cos)d(2coscos1d100UIttUIUITtpTPTT 單位單位: W總電壓總電壓總電流總電流u 與與 i 的夾角的夾角coscos 稱為功稱為功率因數(shù)，用來率因數(shù)，用來衡量對電源的衡量對電源的利用程度。利用程度。單位：單位：var

10、sinUIQ 總電壓總電壓總電流總電流u 與與 i 的夾角的夾角根據(jù)電壓三角形可得：根據(jù)電壓三角形可得：RIIUUIPR2cos電阻耗費(fèi)電阻耗費(fèi)的電能的電能)()(2CLCLCLXXIIUUIUIUQ根據(jù)電壓三角形可得：根據(jù)電壓三角形可得：URU XU電感和電電感和電容與電源容與電源之間的能之間的能量互換量互換正誤判別正誤判別ZUI ？ZUI Zui ？ZUI？在在RLC串聯(lián)電路中，串聯(lián)電路中， ZUI？UUUCL arctan？RXXCL arctanRCLUUU arctan？ ？CXLXRUI？CLRUUUU？CLRuuuu？)CLXXRZj(RCL arctan？ ？CLXXRZ 0I

11、I設(shè)設(shè) 在同時含有在同時含有L 和和C 的交流電路中，假設(shè)總電壓和的交流電路中，假設(shè)總電壓和總電流同相，稱電路處于諧振形狀。此時電路與電總電流同相，稱電路處于諧振形狀。此時電路與電源之間不再有能量的交換，電路呈電阻性。源之間不再有能量的交換，電路呈電阻性。 掌握諧振時電路的特點(diǎn)掌握諧振時電路的特點(diǎn)IU、同相同相 由定義，諧振時：由定義，諧振時：或：或：CLoo 1 0arctanRXXCL即即諧振條件：諧振條件：CLXX串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路RLCRu+_Lu+_Cu+_u+_iLC10 LCf 210 或或電路發(fā)生諧振的方法：電路發(fā)生諧振的方法：(1)電源頻率電源頻率 f 一定，調(diào)參數(shù)一定

12、，調(diào)參數(shù)L、C 使使 fo= f；(2)電路參數(shù)電路參數(shù)LC 一定，調(diào)電源頻率一定，調(diào)電源頻率 f，使，使 f = fo 或：或：CfLf00212可得諧振頻率為：可得諧振頻率為：根據(jù)諧振條件：根據(jù)諧振條件：CLoo122()LCZRXXR 當(dāng)電源電壓一定時：當(dāng)電源電壓一定時： RUII 0電路呈電阻性，能量全部被電阻耗費(fèi)，電路呈電阻性，能量全部被電阻耗費(fèi)， 和和 相互相互補(bǔ)償。即電源與電路之間不發(fā)生能量互換。補(bǔ)償。即電源與電路之間不發(fā)生能量互換。LQCQIU、0arctanRXXCL電阻電壓：電阻電壓：UR = Io R = U00= LCLCLCUUUUI XI XXXRR 電容、電感電壓

13、：電容、電感電壓：CLUURX XCL當(dāng)當(dāng) 時：時：有：有：UUU URCLUC 、UL將大于將大于電源電壓電源電壓URCRLUUUUQCL001 令：令：表征串聯(lián)諧振電路的諧振質(zhì)量表征串聯(lián)諧振電路的諧振質(zhì)量QQUUUCL 有有：所以串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。所以串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。留意留意QUUCRXIUCC 001 QUURLXIULL 00 與與相互抵消，但其本相互抵消，但其本身不為零，而是電源電壓的身不為零，而是電源電壓的Q倍。倍。LUCUILUCUUUR如如Q=100,U=220V,那么在諧振時那么在諧振時22000VQUUUCL接納機(jī)的輸入電路接納機(jī)的輸入電路1L：接納天線：接納

14、天線LC：組成諧振電路：組成諧振電路1LLC電路圖電路圖321eee、 為來自為來自3個不同電臺個不同電臺(不同頻率不同頻率)的電動勢信號；的電動勢信號；調(diào)調(diào)C，對，對所需信號所需信號頻率產(chǎn)生頻率產(chǎn)生串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振CLR1e2e3e1f2f3f等效電路等效電路+-CuQUUIICmax0最大最大那那么么5.1功率因數(shù)功率因數(shù):對電源利用程度的衡量。對電源利用程度的衡量。scoUIjXRZ+U-ZI的意義：電壓與電流的相位差，阻抗的輻角，的意義：電壓與電流的相位差，阻抗的輻角， 功率因數(shù)角功率因數(shù)角sinUIQ 1cos功率功率RZXSQPAkV1000NNNIUS假設(shè)用戶：假設(shè)用戶： 那么電

15、源可發(fā)出的有功功率為那么電源可發(fā)出的有功功率為： 1cos假設(shè)用戶：假設(shè)用戶： 那么電源可發(fā)出的有功功率為那么電源可發(fā)出的有功功率為： 0.6cos800kvarsinNNIUQ而需提供的無功功率為而需提供的無功功率為:600kWcosNNIUPcos1000kWcosNNIUP無需提供無功功率。無需提供無功功率。(費(fèi)電費(fèi)電)設(shè)輸電線和發(fā)電機(jī)繞組的電阻為設(shè)輸電線和發(fā)電機(jī)繞組的電阻為 :r要求要求:(、定值、定值)時時cosIUP cosUPI rIP2cos( (導(dǎo)線截面積導(dǎo)線截面積) )IS 日常生活中多為感性負(fù)載日常生活中多為感性負(fù)載-如電動機(jī)、日光燈，如電動機(jī)、日光燈，其等效電路及相量關(guān)

16、系如以下圖。其等效電路及相量關(guān)系如以下圖。 IURULU相量圖相量圖+U-RLXI+RU-+-LU感性等效電感性等效電路路A0.182A22040 UPI1cos例例cosIUP A0.364A0.522040co sUPI40W220V日光燈日光燈 0.5cos 供電局普通要求用戶的供電局普通要求用戶的 0.85coscosL LI1ICIIU1 必需保證原負(fù)載的任務(wù)形狀不變。即：必需保證原負(fù)載的任務(wù)形狀不變。即：加至負(fù)載上的電壓和負(fù)載的有功功率不變。加至負(fù)載上的電壓和負(fù)載的有功功率不變。 在感性負(fù)載兩端并電容在感性負(fù)載兩端并電容cosIcosCIC+U-RLI1I1cos不變不變感性支路的

17、功率因數(shù)感性支路的功率因數(shù)感性支路的電流感性支路的電流I1I1不變不變1IIU1CI(1) 電路的總電流電路的總電流 ，電路總功率因數(shù)，電路總功率因數(shù)Icos電路總視在功率電路總視在功率S1IIU1CIsinsin11IIICCCUI=UCX 11sinIsinI即即:sinsin11IICUCIC+U-RLI1I)tan(tan12 UPC1111sinsinsinsincoscosUCIIPPUU +eAeBeCXABYCZ+ +_eeAX定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子ZAXYNSC-+B鐵心作為導(dǎo)磁路經(jīng)鐵心作為導(dǎo)磁路經(jīng)三相繞組三相繞組: 直流勵磁的電磁鐵直流勵磁的電磁鐵定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)構(gòu)造發(fā)電機(jī)

18、構(gòu)造tEe sinmA )120sin(mB tEe )120sin(mC tEe EEE 0A)23j21(120B EEE)23j21(120C EEE對稱三相電動勢的瞬時值之和為對稱三相電動勢的瞬時值之和為 00CBA eee即：即：0CBA EEE或或三個正弦交流電動勢滿足以下特征三個正弦交流電動勢滿足以下特征(1) 聯(lián)接方式聯(lián)接方式中性點(diǎn)中性點(diǎn)CBAUUU、CABCABUUU、UpCU+BU+AU、UlXYZNBCAeA+eC+eB+ABU+BCU+CAUBAABUUU CBBCUUU ACCAUUU 由相量圖可得由相量圖可得 30BU ABUAUCUBUAXYZNBCeA+eC+e

19、B+CU+BU+AUABU+BCU+CAU303AABUU 且且超超線線電電壓壓形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時時結(jié)結(jié)論論：電電源源,3,Y PUUl 。三三相相線線電電壓壓也也是是對對稱稱的的前前相相應(yīng)應(yīng)的的相相電電壓壓 ,30CAC330UU C330BBUU 30BU ABUAUCUBUBCUCAU+BACABUCAUBCUBCUCACUU CBBUU ABAUU 結(jié)論：三相電源形聯(lián)接時，線電壓相電壓結(jié)論：三相電源形聯(lián)接時，線電壓相電壓C三相四線制三相四線制380/220380/220伏伏 額定相電壓為額定相電壓為220伏的單相負(fù)載伏的單相負(fù)載 額定線電壓為額定線電壓為380伏的三相負(fù)載伏的三相負(fù)載NIC

20、BAIII、aI+ZBZCZAAUBUCU+AIBICIN 電源中性點(diǎn)電源中性點(diǎn)N 負(fù)載中性點(diǎn)負(fù)載中性點(diǎn)bIcIcbaIII、NIaI+ZBZCZAAUBUCU+AIBICIbIcIABCZZZZAABBCCUIZUIZUIZ 0ABCNIIIIaIZBZCZAAIBICIbIcIPL3UUPLII Y 結(jié)合時：結(jié)合時：NABC0IIIIAIBICINIaI+ZBZCZAAUBUCU+AAA UIZ AIBICINIaI+ZBZCZAAUBUCU+AIaIZAAU+0 -120BAII 0 120CAII 負(fù)載對稱時，只需計算一相電流，其它兩相電流可負(fù)載對稱時，只需計算一相電流，其它兩相電流可根據(jù)對稱性直接寫出。根據(jù)對稱性直接寫出。 1.對稱三相負(fù)載星形結(jié)合時對稱三相負(fù)載星形結(jié)合時, 三相負(fù)載的電壓對稱，三相負(fù)載的電壓對稱，且中線電流為零，此時可省去中線。且中線電流為零，此時可省去中線。 2.不對稱三相負(fù)載星形結(jié)合且無中性線時不對稱三相負(fù)載星形結(jié)合且無中性線時, 三相負(fù)載三相負(fù)載的相電壓不對稱。的相電壓不對稱。 3. 照明負(fù)載三相不對稱，必需采用三相四線制供電方