交流電路基礎講解

關于交流電路基礎講解第1頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三一.什么是交流電

交流電的方向隨著時間的變化而變化.

（電壓的大小和方向都不隨時間的變化而變化的電流稱為穩(wěn)恒直流電.）

家庭電源插座上電壓的波形,電壓的大小和方向按正弦規(guī)律變化,所以稱為正弦交流電.第2頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三二、交流電的產生

交流電可以由交流發(fā)電機提供，也可由交流發(fā)電機提供.也可由震蕩器產生.

交流發(fā)電機主要用于提供電能.

震蕩器主要用于產生各種交流信號.

第3頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第4頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三瞬時值表達式也稱解析式第5頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三三、正弦交流電的周期、頻率和角頻率第6頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三四、正弦交流電的最大值、有效值和平均值.第7頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三五、正弦交流電的相位與相位差第8頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三§5-2正弦交流電的

相量圖表示法第9頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第10頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第11頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三應用相量圖時注意以下幾點：1、同一相量圖中，各正弦交流電的頻率應相同2、同一相量圖中，相同單位的相量應按相同比例畫出3、一般取直角坐標軸的水平正方向為參考方向逆時針轉動的角度為正，反之為負。第12頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三§5-3純電阻電路第13頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三交流電路中如果只需考慮電阻的作用這種電路稱為純電阻電路

(如白熾燈,鹵鎢燈,電暖氣,工業(yè)電阻爐等的電路都可近似的看成是純電阻電路)

一、電流與電壓的相位關系

i＝在正弦電壓的作用下電阻中通過的電流也是一個同頻率的正弦交流電流且與加在電阻兩旁的電壓同相位.第14頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三二、電流與電壓的數(shù)量關系

通過電阻的最大電流同時除以得：第15頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三三、功率

在任意瞬間電阻中電流瞬間值與同一瞬間的電阻兩端電壓的瞬間值的乘積，稱為電阻獲取的瞬間功率，用表示，即

第16頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三結論：

電阻總是要消耗功率因此電阻是一種耗能元件

第17頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三通常用電阻在交流電一個周期內消耗的功率的平均值來表示功率的大小叫做平均功率.平均功率又稱為有功功率,用P表示,單位仍是W第18頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三§5-4純電感電路第19頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三一、電感對交電流的阻礙作用電感對交流電的阻礙作用稱為感抗第20頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三電感的感抗與頻率的關系可以概括為：

通直流，阻交流，通低頻，阻高頻。因此電容也被稱為低通元件提示！第21頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三扼流圈第22頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三二、電流與電壓的關系由電阻很小的電感線圈組成的交流電路,可以近似地看做是純電感電路

在純電感電路中，電流與電壓成正比,與感抗成反比，即

第23頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三感抗只是電壓與電流最大值的比值，而不是電壓與電流瞬時值的比值，Xl=這是因為u和i的相位不同提示！第24頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三電壓比電流超前90%

即電流比電壓滯后90%第25頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三三、功率

純電感電路不消耗能量,電感是一種儲能元件

不同的電感與電源轉換能量的多少也不同.通常用瞬時功率的最大值來反映電感與電源之間轉換能量的規(guī)模，稱為無功功率用表示.單位名稱是乏，用符號Var。

第26頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三無功功率并不是“無用功率”，“無功”兩字的含義是說它沒有被消耗掉。實際上許多具有電感性質的電動機變壓器等設備都是根據(jù)電磁轉換原理利用無功功率而工作的。提示！第27頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三§5-5純電容電路第28頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三一、電容對交流電的阻礙作用電容器對交流電的阻礙作用叫做容抗，用Xc表示，單位Ω。第29頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三電容的容抗與頻率的關系可以概括為：

隔直流，通交流，阻低頻，通高頻。因此電容也被稱為高通元件提示！第30頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三容抗的大小與那些因素有關：（1）電容器的電容量越大，容抗越小。（2）交流電的頻率越高，電容器的容量越小。計算式為：第31頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三二、電流與電壓關系把電容器接到交流電源上，如果電容器的電阻和分布電感可以忽略不計，可以把這種電路近似的看成是純電容電路第32頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三在純電感電路中，電流與電壓成正比，與容抗成反比，即（這就是純電容電路歐姆定律表達式。）設電壓為參考正弦量，電流i的瞬時值表達式為第33頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三三、功率純電容電路無功功率為：第34頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三容量為40μF的電容接在

的電源上，試求：（1）電容的電抗（2）電流的有效值（3）電流的瞬時值表達式（4）電路的無功率例題：第35頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三§5-6RLC串聯(lián)電路第36頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三一、電壓與電流關系RLC串聯(lián)電路的總電壓瞬時值等于多個元件上電壓瞬時值之和，即第37頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三二、電路的電感性、電容性、和電阻性1、電感性電路當時，則阻抗角φ﹥0,電路程電感性，電壓超前電流φ角。2、電容性電路當時，則阻抗角φ﹤0,電路程電容性，電壓滯后電流φ角。3、電阻性電路當時，則阻抗角φ﹤0,電路程電容性，電壓滯后電流φ角。第38頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三三、功率在RLC串聯(lián)電路中，只有電阻是消耗功率的，所以在RLC串聯(lián)電路中的有功功率就是電阻上所消耗的功率，即電路的無功功率為電感和電容上的無功功率之差即

第39頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三電壓與電流的有效值的乘積定義為視在功率，用S表示，單位為伏·安（V·A）。視在功率S與有功功率P和無功功率Q的關系為：式中，稱為功率因數(shù)。第40頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第41頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第42頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第43頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第44頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第45頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第46頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第47頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第48頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三

三相交流電路現(xiàn)代電力工程上幾乎都采用三相四線制。三相交流供電系統(tǒng)在發(fā)電、輸電和配電方面較單相供電具有很多不可比擬的優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：

1.三相電機產生的有功功率為恒定值，因此電機的穩(wěn)定性好。

2.三相交流電的產生與傳輸比較經濟。

3.三相負載和單相負載相比，容量相同情況下體積要小得多。由于上述優(yōu)點，使三相供電在生產和生活中得到了極其廣泛的應用。第49頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三三相定子繞組對稱嵌放在定子鐵心槽中。定子鐵心尾端：

XYZ↓↓↓3.1三相電源的連接方式三相交流電是由三相發(fā)電機產生的。發(fā)電機主要由定子和轉子兩大部分構成。AXBYCZ定子繞組首端：

ABC+－轉子鐵心轉子繞組轉子繞組通電后產生磁場。轉軸NS三相定子繞組與旋轉磁場相切割，感應對稱三相電動勢。原動機帶動轉子繞軸旋轉，形成氣隙旋轉磁場。第50頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三電路分析中很少用電動勢，通常用電壓來表示。以A相繞組的感應電壓為參考正弦量，則發(fā)電機感應的對三相電壓分別為：

1.

對稱三相交流電的特點uAuBuCu0Tωt對稱三相交流電最大值相等，頻率相同，相位互差120o。120°UBUAUC120°

120°第51頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三三相電源Y接時的三個相電壓顯然是對稱的！2.三相電源的星形（Y）連接方式XYZACBNuAuBuC三相電源尾端連在一起三相電源首端分別向外引出端線，俗稱火線。尾端公共點向外引出的導線稱為中線，中線俗稱零線。顯然火線與零線之間的電壓等于發(fā)電機繞組的三相感應電壓—相電壓火線與火線之間的電壓稱為線電壓。uABuBCuCA結論：三相電源繞組作Y形連接時，可以向負載提供兩種電壓。此種供電系統(tǒng)稱為三相四線制。第52頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三數(shù)量上，線電壓uAB是相電壓uA的1.732倍；相位上，線電壓超前與其相對應的相電壓30°電角！三相電源Y接時線、相電壓之間的關系三個相電壓對稱電源的中性點總是接地的，因此相電壓在數(shù)值上等于各相繞組首端電位。線電壓與相電壓之間的關系UBUAUC120°120°

120°電壓等于兩點電位之差-UBUAB30°同理可得UBCUCA顯然，電源Y接時的三個線電壓也是對稱的！UC-30°UA-30°第53頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三3.三相電源的三角形（Δ）連接方式顯然發(fā)電機繞組作Δ接時只能向負載提供一種電壓！三相電源首尾相接構成閉環(huán)在電源的三個連接點處分別外引三根火線。顯然，電源繞組作Δ接時，線電壓等于發(fā)電機繞組的三相感應電壓。發(fā)電機三相繞組作Δ接時，不允許首尾端接反！否則將在三角形環(huán)路中引起大電流而致使電源過熱燒損。uABuBCuCA結論：三相電源繞組作Δ接時，線電壓等于電源繞組的感應電壓。此種供電系統(tǒng)稱為三相三線制。通常電源繞組的連接方式為星形。XYZuAuCuBABCBCA第54頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三日常生活與工農業(yè)生產中，多數(shù)用戶的電壓等級為:三相電源繞組連接成Y接方式的最大優(yōu)越性就是可向負載提供兩種不同的電壓，且其中線電壓是發(fā)電機一相繞組感應電壓的1.732倍！三相四線制供電系統(tǒng)兩種電壓一般表示為或第55頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三驗電筆的正確握法如下圖示你能說出對稱三相交流電的特征嗎？你會做嗎？三相四線制供電體制中，你能說出線、相電壓之間的數(shù)量關系及相位關系嗎？

如何用驗電筆或400V以上的交流電壓表測出三相四線制供電線路上的火線和零線？電筆頭與被測導線接觸時，使氖管發(fā)光的是火線，不發(fā)光的是零線。利用一塊電壓表的測量，你能正確判斷出火線和零線嗎？檢驗學習結果第56頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三3.2三相負載的連接方式三相負載也有Y形和Δ形兩種連接方式。1.三相負載的Y形連接ZACB

NZZiA線電流由連接方式決定了相電流uAuBuCY接時負載端電壓等于電源相電壓(1)對稱三相負載滿足稱為對稱三相負載。Y接對稱三相負載中通過的電流iNY接對稱三相電流對稱，因此對稱負載Y接時，由于中線電流為零，中線不起作用，可以拿掉！第57頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三電源線電壓為380V，對稱三相負載Y接，Z=3+j4Ω，求：各相負載中的電流及中線電流。解例設根據(jù)對稱關系：對稱三相電路的計算可歸結為一相電路計算，其它兩相根據(jù)對稱關系可直接寫出。結論：則有解得中線電流實用中，三相電動機、變壓器等都是對稱三相負載。第58頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三已知電源線電壓為380V。三相Y接照明負載均為“220V、40W”白熾燈50盞，求：U相開路，V相開25盞，W相燈全開時各相電流及中線電流。(2)不對稱三相負載時，稱之為不對稱三相負載。求解不對稱三相負載電路時，只要電路中有中線，就可把各相按照單相電路的分析方法分別計算，注意此時中線電流不等于零！解U相開路相當于斷路，UVWN………有中線，V相和W相正常工作，電流分別為：應用實例—照明電路第59頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三UVWN………UBUAUC顯然，中線保證了Y接不對稱三相負載的相電壓平衡。有了中線，各相情況互不影響。中線電流由相量圖分析問題及討論上述照明電路若中線因故斷開，且發(fā)生：(1)一相斷路；(2)一相短路；情況又如何？分析(1)無中線一相斷路時，其余兩相相當于串聯(lián)接于380V線電壓上：V相、，W相均不能正常工作！第60頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三問題及討論分析(2)無中線一相短路時；UVWN………此時，V相和W相均通過短路相分別形成回路，各相端電壓為380V，高于額定電壓220V，顯然都會被燒損。

負載不對稱而又沒有中線時，負載上可能得到大小不等的電壓，當有的超過用電設備的額定電壓時，可能燒損或減少使用壽命；而有的達不到額定電壓不能正常工作。如前面所講到的照明電路，由于中線斷開且一相發(fā)生故障，由此造成各相負載的不對稱。換句話講，如果有中線，當一相發(fā)生故障時，其它無故障負載相仍能正常工作。因此，對通常工作在不對稱情況下的三相電路而言，中線絕對不允許斷開！而且必須保證中線可靠。為確保中線在運行中不斷開，中線上不允許安裝保險絲和開關。關于中線的討論第61頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三2.負載的Δ形連接ACB線電流三相負載首尾相接構成一個閉環(huán)，相電流對三個結點列KCL方程可得：相量圖分析

Δ接時負載的端電壓等于電源線電壓。由于三個線電壓對稱，因此三個相電流對稱。ZZZiA由三個聯(lián)結點分別向外引出端線。iABiBiCiBCiCA(1)三相負載對稱時-IBCIAICA-IBIAB-IC第62頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三觀察相量圖可得：uABuBCuCA-IBCIAICA-IBIAB-IC即：線、相電流的數(shù)量關系為：相位上，線電流滯后相電流30°。(2)三相負載不對稱時各相電流分別計算：線、相電流之間不再有倍的關系應根據(jù)分別計算。ACBZBCZABZCA第63頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三指出圖中各電表的讀數(shù)。你會做嗎？某設備采用三相三線制供電。當因故斷掉一相時，能否認為是兩相供電了？三相照明電路如圖示，如果中線在×處斷開，各相燈泡是否還有電流通過？如果有電流通過時，各相燈負載還能正常發(fā)光嗎？為什么照明電路中一定要火線進開關？檢驗學習結果ABCNS（b）V2′10Ω10Ω10ΩABCA1′A2′V1′AN（a）10Ω10Ω10ΩBC

V′A2′A3′A1′V1′第64頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三3.3三相電路的功率復習單相交流電路功率：1.三相電路的功率三相電路對稱時，各種功率分別為：三相電路不對稱時，各種功率分別為：其中容性Q為負值和連接方法有無關系？Y接時Δ接時無關！第65頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三如何用兩個瓦特表測三相電路的功率？三相交流電路功率的測量二瓦計法如圖示＊＊W1W2ABCM3～＊＊

二瓦計法只適用于對稱三相電路的功率測量。對于不對稱三相電路的功率，應按照單相電路功率的測量方法，即逐個測量每一相功率。其中:*第66頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三2.發(fā)配電概況電能是由發(fā)電廠產生，通過輸電線作遠距離或近距離的輸送。電力生產的過程，就是利用水能、煤、核能、風能等一次能源轉化為效率高、易傳輸、適用面廣的電能，由于電能是由一次能源經人類加工而得到的，因此把電能稱為二次能源。電能都是由發(fā)電廠的發(fā)電機產生的；電能向外輸送時必須經過升壓和變電；輸送電能需用不同電壓等級的輸配電設備；最后由用戶接收和使用電能。第67頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三電力系統(tǒng)=發(fā)電廠+變電所+輸電線路+用戶電力系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器、電力線路和用電設備等的投入和撤除都是在一瞬間完成的，所以，電力系統(tǒng)中電能的生產、輸送、分配和消費是同時進行的。第68頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三

利用燃煤(或石油、天然氣)燃燒使汽輪機轉動?；痣姀S生產過程：化學能熱能機械能電能第69頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三利用水的流量和落差使水輪機轉動。

生產過程：水能機械能電能水電站第70頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三(1)電流對人體的危害3.安全用電觸電：當人體觸及帶電體承受過高的電壓而導致死亡或局部受傷的現(xiàn)象。觸電依傷害程度不同可分為電擊和電傷兩種。電擊：指電流觸及人體而使內部器官受到損害，它是最危險的觸電事故。當電流通過人體時，輕者使人體肌肉痙攣，產生麻電感覺，重者會造成呼吸困難，心臟麻痹，甚至導致死亡。電擊多發(fā)生在對地電壓為220V的低壓線路或帶電設備上，因為這些帶電體是人們日常工作和生活中易接觸到的。電傷：由于電流的熱效應、化學效應、機械效應以及在電流的作用下使熔化或蒸發(fā)的金屬微粒等侵入人體皮膚，使皮膚局部發(fā)紅、起泡、燒焦或組織破壞，嚴重時更能危及人命。電傷多發(fā)生在1000V及1000V以上的高壓帶電體上。第71頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三(2)傷害程度與電流強度之間的關系對于工頻交流電，按照人體對所通過大小不同的電流所呈現(xiàn)的反應，通常可將電流劃分為三級。名稱定義大小男子女子感知電流引起感覺的最小電流1.1mA0.7mA擺脫電流人觸電后能自主擺脫電源的最大電流9mA6mA致命電流在較短時間內引起心室顫動、危及生命的電流與通電時間有關第72頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三缺乏電氣安全常識；違反操作規(guī)程；設備不合格；維修維護不及時；偶然因素等。觸電原因觸電急救措施如果觸電地點附近有電源，可立即斷開開關、拔下插頭或熔斷器等。如果事故現(xiàn)場離電源太遠，可用有絕緣柄的電工鉗或有干燥木柄的斧頭切斷電線。對于低壓觸電事故：當電線搭接在觸電者身上或被壓在身下時，可使用非導電體，如木棒、竹竿、塑料棍等，去撥開電源。第73頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三應立即電話通知有關部門停電。帶上絕緣手套，穿上絕緣靴，用相應電壓等級的絕緣工具拉開高壓開關拋擲裸金屬導線使線路短路、接地，迫使保護裝置動作，斷開電源。（1）救護人不可直接用手或其他導電及潮濕的物件作為救護工具，必須使用適當?shù)慕^緣工具。注意（2）要防止觸電者脫離電源后可能的摔傷。對于高壓事故第74頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三3.人體觸電的形式單相觸電在人體與大地之間互不絕緣情況下，人體的某一部位觸及到三相電源線中的任意一根導線，電流從帶電導線經過人體流入大地而造成的觸電傷害。單相觸電又可分為中性線接地和中性線不接地兩種情況。左圖為中性點接地系統(tǒng)的單相觸電；右圖為中性點不接地系統(tǒng)的單相觸電。第75頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三火線零線單相觸電電流通過的路徑電流通過人體的心臟，肺部、和中樞神經系統(tǒng)的危險性比較大，特別是電流通過心臟時危險最大。所以從手到腳的電流途徑最為危險。第76頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三兩相觸電在兩相觸電，也叫相間觸電，這是指在人體與大地絕緣的情況下，同時接觸到兩根不同的相線，或者人體同時觸及到電氣設備的兩個不同相的帶電部位時，電流由一根相線經過人體到另一根相線，形成閉合回路，如圖所示。第77頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三兩相觸電情境兩相觸電比單相觸電更危險，因為此時加在人體心臟上的電壓是線電壓！哈！……??！……雙線觸電第78頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三跨步電壓觸電

輸電線路火線斷線落地時，落地點的電位即導線電位，電流將從落地點流入地中。離落地點越遠，電位越低。根據(jù)實際測量，在離導線落地點20m以外的地方，由于入地電流非常小，地面的電位近似等于零。如果有人走近導線落地點附近，由于人的兩腳電位不同，則在兩腳之間出現(xiàn)電位差，這個電位差叫作跨步電壓。距離電流入地點越近，人體承受的跨步電壓越大；距離電流入地點越遠，人體承受的跨步電壓越小;在20m以外，跨步電壓很小，可以看作為零。U第79頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三不要在輸電線附近搭曬濕衣服！不要隨便扯拉電線！不要用濕毛巾擦洗正在使用的電器！安全隱患圖例第80頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三第81頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三

觸電能使人造成燒傷或死亡，但是事故的多數(shù)原因是人為造成的。用電中注意以下問題，可以預防觸電事故。

（1）損壞的開關、插銷等應趕快修理或更換，不能將就使用。

（2）不懂電氣技術和一知半解的人，對電氣設備不要亂拆、亂裝，更不要亂接電線。

（3）燈頭用的軟線不要東拉西扯，燈頭距地不要太低，扯燈照明時，不要往鐵絲上搭。

（4）電燈開關最好用拉線開關，尤其是土地潮濕的房間里，不要用床頭開關和燈頭開關。

（5）屋內電線太亂或發(fā)生問題時，不能私自擺弄，一定要找電氣承裝部門或電工來改修。

（6）拉鐵絲搭東西時，注意不要接觸到附近的電線。

（7）屋外電線和進戶線要架設牢固，以免被風吹斷，發(fā)生危險。

（8）外線折斷時，不要靠近或用手去拿，應找人看守，趕快通知電工修理。

（9）不要用濕手、濕腳接觸電氣設備和開關插銷，以免觸電。

（10）大清掃時，不要用濕抹布擦電線、開關和插銷，也不要用水沖洗電線及各種用電器具、電燈和收音機等。第82頁，講稿共88頁，2023年5月2日，星期三電力系統(tǒng)和電氣裝置的中性點，電氣設備的外露導電部分通過導體與大地相連稱為接地。接地的目的：一是保證人身安全，使人可能接觸到的設備外露導電部分的電位基本