南京農(nóng)業(yè)大學(xué)物理第章交流電資料課件

1、第七章 正弦交流電交流電： 電量（如電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)等）的方向、大小都隨時(shí)間作周期性變化。按正弦規(guī)律變化的交流電為正弦交流電。1主要內(nèi)容 正弦交流電路的功率及功率因素 基本概念 單一參數(shù)交流電路的分析 R、L、C串聯(lián)及串聯(lián)諧振 R、L、C并聯(lián)及并聯(lián)諧振2第一節(jié) 正弦交流量的三要素 正弦交流電的大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律周期性變化，正弦電動(dòng)勢(shì)、正弦電流和正弦電壓統(tǒng)稱(chēng)為正弦量，可以用正弦函數(shù)來(lái)表示。瞬時(shí)值最大值角頻率初相位相位3：正弦量在1秒鐘內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲（ ）。一、周期、頻率（T，f）正弦量變化的快慢 我國(guó)常用的頻率是50赫茲，對(duì)應(yīng)周期是0.02秒，有些國(guó)家如日本的市電頻

2、率為60赫茲。 4二、有效值正弦量的大小有效值 如果一個(gè)交流電通過(guò)一個(gè)電阻在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量和某一直流電通過(guò)該電阻在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱量相等，這個(gè)直流電的量值就是該交流電的有效值。 熱 效 應(yīng)5正弦交流電 在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 設(shè)有直流電流I在T時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱量6根據(jù)定義，要求稱(chēng)I為該交流電流的有效值。即同樣方法可以得到7例1：一只普通電壓表測(cè)60赫茲的交流電，讀數(shù)為120v，則電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為？例2：ti05-5有效值大小為？I=5A8同頻率的正弦量三、相位和相位差正弦交流電的狀態(tài)相位差 相位：如：iu在相位上，電壓比電流超前或電流比電壓落后9uiiub電壓和電流變

3、化步調(diào)一致，同時(shí)到達(dá)正或負(fù)的輻值，稱(chēng)電壓電流同相位。電壓和電流變化步調(diào)恰好相反，一個(gè)到達(dá)正的最大值，另一個(gè)恰好到達(dá)負(fù)的最大值，稱(chēng)電壓和電流反相位。10正弦量的有效值（最大值）、頻率（周期）和初相位稱(chēng)為正弦量的三要素。寫(xiě)出正弦交流量的輻值(最大值）、有效值及t=10s時(shí)的瞬時(shí)值。例：已知（ ， ， ）11第二節(jié) 正弦交流量表示一、正弦交流電的矢量圖解法1、旋轉(zhuǎn)矢量與正弦交流量形式相同則在任意t時(shí)刻都滿足：xya12xy常用相量 表示如正弦量相量大小為Um，角頻率為為初相位。 基于矢量與正弦量間的聯(lián)系，我們可以借助這個(gè)矢量表示正弦交流電，為區(qū)別一般的矢量，習(xí)慣上稱(chēng)之為相量，表示為： 13平行四邊形

4、法則2、運(yùn)算3、注意： 交流量與相量之間只是對(duì)應(yīng)關(guān)系，不是相等； 相量是方便問(wèn)題的求解的工具。 14例: 已知兩交流電求：（1）作相量 和（2）相量相加作平行四邊形xy15（3）求解xy16二、正弦量的復(fù)數(shù)表示1、復(fù)數(shù)的表示形式（1）復(fù)數(shù)的代數(shù)表示（2）復(fù)數(shù)的三角函數(shù)式 其中1j（x，y）虛部單位實(shí)部虛部系數(shù)17（3）指數(shù)表示法根據(jù)歐拉公式 182、用復(fù)數(shù)表示正弦量 如：正弦量可用復(fù)數(shù)表示為或19（1）正弦量與復(fù)數(shù)之間只是對(duì)應(yīng)關(guān)系，絕非相等。（2）表示時(shí)可以用有效值也可以用最大值來(lái)表示，但要對(duì)應(yīng)。 （3）運(yùn)算過(guò)程中可以略去 因子。 3、運(yùn)算復(fù)數(shù)運(yùn)算規(guī)則注意：20第三節(jié) 交流電路的歐姆定律 設(shè)正

5、弦電壓和正弦電流分別為應(yīng)用復(fù)數(shù)表示定義復(fù)數(shù) : 21復(fù)阻抗 是復(fù)數(shù)的模， (2)不隨時(shí)間變化，不與任何正弦量對(duì)應(yīng)。 (1)復(fù)阻抗 呈現(xiàn)了電壓與電流間的相位差。為輻角。 復(fù)數(shù)形式的交流電路的歐姆定律。22解：用復(fù)數(shù)形式表示已知電壓和電流例7-9 ：已知負(fù)載電壓 ，電流 求負(fù)載阻抗 。根據(jù)交流電路歐姆定律求解23第四節(jié) 電阻、電感、電容單一參數(shù) 的正弦交流電路 一、純電阻元件的正弦電路 所謂純電阻電路是指該交流電路中只含有電阻元件?？梢?jiàn)純電阻上的電流與電壓同相位 用復(fù)數(shù)法表示：24二、純電感元件的正弦電路只含電感元件的電路感抗25（1）純電感電路中，電感兩端的電壓比電流超前90。當(dāng)f=0時(shí)感抗 ，

6、直流短路。（2）感抗正比于交變頻率f，用復(fù)數(shù)表示復(fù)感抗26三、純電容元件的正弦電路 定義容抗 27（1）電容元件兩端電壓比電流滯后900增加， 減小，通高頻. 開(kāi)路，阻低頻； 復(fù)數(shù)表示-復(fù)容抗 （2）容抗反比于頻率 ，28練7-8:已知試判別各支路是什么元件?Z1是電感Z2是電阻Z3是電容29第五節(jié) R、 L 、C 串聯(lián)正弦電路一、串聯(lián)電路分析R、L、C串聯(lián)電路中通入電流 則R、L、C各元件兩端電壓分別為30設(shè)1、相量表示312、復(fù)數(shù)表示可見(jiàn)，復(fù)阻抗反映了阻抗大小及電壓與電流之間的相位差,通常電壓與電流間有相位差。32解：例7.6 RLC串聯(lián)電路中，已知:請(qǐng)計(jì)算電路中電流及各元件上的電壓:33

7、（1）相量法解：34（2）復(fù)數(shù)法35二、串聯(lián)諧振 調(diào)節(jié)某些參數(shù)如電源的頻率，可使電路兩端的電壓和電流同相，此時(shí)電流發(fā)生諧振。1、諧振條件為諧振頻率。 稱(chēng)為諧振角頻率；362、串聯(lián)諧振電路的特征（1）阻抗最?。?）電流 （3）電壓 所以諧振時(shí)UL 和UC大小相等相位相反。37（4）品質(zhì)因數(shù) 定義 稱(chēng)為該諧振電路的品質(zhì)因數(shù)，也稱(chēng) 值。 此時(shí)，電容與電感兩端電壓是電阻兩端電壓的 倍，即 。 通常串聯(lián)諧振中 ， 值可以達(dá)到幾十到幾百，所以串聯(lián)諧振也稱(chēng)為電壓諧振。 38 當(dāng)天線接收到不同頻率信號(hào)時(shí)產(chǎn)生感生電流，電流經(jīng)初級(jí)線圈L1感應(yīng)到次級(jí)線圈L2，調(diào)節(jié)電容C ，使L2C回路對(duì)某一信號(hào)頻率f1發(fā)生諧振，回

8、路中該頻率的信號(hào)電流最大，其他信號(hào)因未發(fā)生諧振在回路中引起的電流很小，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的選擇，且Q值越大，選擇性越好。3、串聯(lián)諧振的應(yīng)用收音機(jī)的調(diào)諧 接收C39第六節(jié) R、L、C 并聯(lián)交流電路及諧振一、并聯(lián)電路分析 并聯(lián)電路中元器件兩端電壓相等，在AB兩端加電壓，求 及則各支路電流為： 401、應(yīng)用相量圖解法 412、復(fù)數(shù)表示42A3A2A1例：已知圖中XL=XC=R,電流表A1的讀數(shù)為5A，則A2和A3的讀數(shù)應(yīng)該為多少？043二、并聯(lián)及并聯(lián)諧振 如圖并聯(lián)電路，已知電感L，其內(nèi)阻R，電容C，電路兩端電壓為u。（一）電路分析 R, LC44451、諧振條件即 （二）并聯(lián)諧振 若要電路達(dá)到諧振，

9、則需462、諧振電路的特征（1）電路阻抗 最大（2）電源電壓一定時(shí)，電路中電流最?。?）電感與電容上的電流:47 電感與電容上的電流:大小相等，相位相反,其大小為總電流的Q倍.所以，并聯(lián)諧振又稱(chēng)為電流諧振。48例：如前面并聯(lián)電路，已知 ，諧振角頻率為 ，求電感 和 值。解：49第七節(jié) 交流電路的功率一、有功功率和無(wú)功功率 交流電路中的功率是指瞬時(shí)功率p（t）在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，這個(gè)平均功率稱(chēng)為有功功率，用P表示。501、電阻元件電壓和電流同相位，則瞬時(shí)功率：51平均功率電阻消耗功率 可以看出，由于電壓與電流同相位，所以瞬時(shí)功率始終為正，即電阻始終消耗電能。522、電感元件電感元件的電壓超前電

10、流900，則瞬時(shí)功率：53電感上的功率每隔1/4周期變換一次圖象表示表明能量輸入電感表明能量回輸給電源54 電感元件不消耗電源的能量，而是與電源進(jìn)行能量的互換；互換的規(guī)模為UI，稱(chēng)之為無(wú)功功率，用Q來(lái)表示。單位：乏耳（var），簡(jiǎn)稱(chēng)為乏。553、電容元件電容元件的電壓落后電流900，則瞬時(shí)功率：56圖象表示57 與電感元件相似,電容不消耗電源能量，是一個(gè)儲(chǔ)能元件，與電源做能量交換，并以UI為能量互換的規(guī)模，稱(chēng)為無(wú)功功率QC58二、視在功率電源給負(fù)載功率的最大值一般電路中，電流和電壓分別為：瞬時(shí)功率：59有功功率無(wú)功功率 電源送給負(fù)載的有功功率或無(wú)功功率，其最大值為UI，交流電路中將此乘積為視在

11、功率S：?jiǎn)挝唬悍玻╒A)60例：有一個(gè)線圈L，它的電阻R=6，接入電壓為220V，頻率為50Hz的交流電源，通過(guò)電流為22A。求有功功率、無(wú)功功率和視在功率。61第八節(jié) 功率因數(shù) 有功功率與視在功率的比值表示電源功率被利用的程度，這個(gè)比值稱(chēng)為功率因數(shù)。功率因數(shù)角（功率因數(shù)）62一、提高功率因數(shù)的意義： 1、功率因數(shù)的大小直接決定了發(fā)電設(shè)備或供電設(shè)備能否充分利用。2、輸電線的功率損耗與功率因數(shù)相關(guān)二、提高功率因數(shù)的方法-在呈電感性的用電設(shè)備兩端并聯(lián)適當(dāng)大小的電容63電容器不消耗功率，所以功率不變64思考：對(duì)于電阻與電感的串聯(lián)電路如圖，已知電源問(wèn)：下列那些關(guān)系式是正確的？（*）（*）（*）（*）（*）（*）65本章習(xí)題：3、5、7、11、12、14、17、20本章內(nèi)容結(jié)束6667回顧：正弦量：相量表示：xy應(yīng)用：加減運(yùn)算（1）作被加減正弦量對(duì)應(yīng)相量（2