第3章正弦交流電路李婷云船舶電氣設(shè)備63課件

第3章正弦交流電路主講人：李婷云船舶電氣設(shè)備

MarineElectricalEquipment第3章正弦交流電路3.1正弦交流電路的基本概念3.2電阻、電感、電容元件上電壓與電流的相量關(guān)系3.3功率因數(shù)的提高3.4三相交流電動勢的產(chǎn)生、電源及負載的連接3.1

正弦交流電設(shè)正弦交流電流：角頻率：決定正弦量變化快慢幅值：

決定正弦量的大小正弦量的三要素:初相角：決定正弦量起始位置

Im

2TiO正弦交流電:

電流或電壓的大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化.數(shù)學表示式為:

3.1.1頻率、角頻率與周期周期T：變化一周所需的時間（s）角頻率：（rad/s）頻率f：（Hz）T*無線通信頻率：

30kHz~30MHz*電網(wǎng)頻率：我國50Hz；美

、日60Hz（工頻）iO例：工頻50赫茲－－》周期為20毫秒－－》角頻率314rad/s3.1.2幅值與有效值有效值：與其熱效應相等的直流電量的大小。幅值：Im、Um、Em則有R通交流電流i一周期的熱能幅值必須大寫,下標加m。同理：有效值必須大寫

注意：1。交流電壓、電流表測量數(shù)據(jù)為有效值2。交流設(shè)備名牌標注的電壓、電流均為有效值R通直流電流IT時間的熱能3.1.3相位角、初相位及相位差相位角：初相位：

反映正弦量變化的進程。

iO相位差

：如：兩個同頻率正旋量相位差等于初相位之差。則相位差

：初相位等于t=0時的相位角），是觀察正弦波的起點。（又稱相位）初相位等于0的正弦量稱為參考正弦量1.電壓與電流的關(guān)系設(shè)：②大小關(guān)系：①u和i頻率相同③相位關(guān)系：u、i

相位相同相位差：Ru+_（1）函數(shù)表示：波形圖得：基本關(guān)系式：U3.2.1電阻元件的交流電路3.2電阻、電感和電容元件2.功率關(guān)系(1)瞬時功率

p：瞬時電壓與瞬時電流的乘積小寫結(jié)論:

（耗能元件）,且隨時間變化。piωtuOωtpOiu瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值大寫(2)平均功率(有功功率)P單位:瓦（W）PRu+_ppωtO注意：通常銘牌數(shù)據(jù)或測量的功率均指有功功率。3.2.2電感元件的交流電路1.電壓與電流的關(guān)系②大小關(guān)系：①u和i頻率相同③相位關(guān)系：u超前i90度（1）函數(shù)表示：得：

基本關(guān)系式：eL+-L設(shè)：U感抗的說明：感抗XL是頻率的函數(shù)O電感L具有通直阻交的作用直流：f=0,XL=0，電感L視為短路交流：fXLXL和I與f的關(guān)系圖示：2.功率關(guān)系：(1)瞬時功率瞬時功率波形分析：儲能p<0+p>0+p>0p<0放能儲能放能po可逆的能量轉(zhuǎn)換過程iuo(2)平均功率結(jié)論：純電感不消耗能量，只和電源進行能量交換。用以衡量電感電路中能量交換的規(guī)模。用瞬時功率達到的最大值表征，即單位：var(3)無功功率Q瞬時功率：例:把一個0.1H的電感接到f=50Hz,U=10V的正弦電源上，求I，如保持U不變，而電源

f=5000Hz,這時I為多少？解：(1)當f=50Hz時（2）當f=5000Hz時所以電感元件具有通低頻阻高頻的特性3.2.3電容元件的交流電路1.電壓與電流的關(guān)系②大小關(guān)系：①u和i頻率相同③相位關(guān)系：i超前u90度（1）函數(shù)表示：得：設(shè)：I

基本關(guān)系式：uiC+_容抗的說明：XC和I與f的關(guān)系圖示：所以電容C具有隔直通交的作用XC直流：XC，電容C視為開路交流：f容抗XC是頻率的函數(shù)O2.功率關(guān)系：(1)瞬時功率瞬時功率波形分析：充電p<0+p>0+p>0p<0放電充電放電po(2)平均功率結(jié)論：純電容不消耗能量，只和電源進行能量交換。由u,ioui同理，無功功率等于瞬時功率達到的最大值。單位：var為了同電感電路的無功功率相比較，這里也設(shè)則：(3)無功功率Q單一參數(shù)正弦交流電路中的關(guān)系總結(jié)基本關(guān)系有效值關(guān)系相量式相量圖相位關(guān)系LCR參數(shù)有功功率無功功率3.3功率因數(shù)的提高電路中發(fā)生能量互換,出現(xiàn)無功功率當cosφ＜1時，這樣引起兩個問題:(1)電源設(shè)備的容量不能充分利用相同的容量下，cosφ↑→可以輸出的有功P↑（2）增加線路和發(fā)電機繞組的功率損耗當負載吸收:(Ｐ、Ｕ定值)時若cosφ↓→I↑輸電線路的損耗若電源設(shè)備的容量：則可輸出的有功功率：(2)提高功率因數(shù)的措施:

必須保證原負載的工作狀態(tài)不變。即：加至負載上的電壓和負載的有功功率不變。

在感性負載兩端并電容I(1)

提高功率因數(shù)的原則：+-加C結(jié)論并聯(lián)電容C后：(2)

原感性支路的工作狀態(tài)不變:不變感性支路的功率因數(shù)不變感性支路的電流(3)

電路總的有功功率不變因為電路中電阻沒有變，所以消耗的功率也不變。(1)電路的總電流，電路總功率因數(shù)I電路總視在功率S常用電路的功率因數(shù)純電阻電路R-L-C串聯(lián)電路純電感電路或純電容電路電動機空載電動機滿載日光燈（R-L串聯(lián)電路）3.4、三相交流電動勢的產(chǎn)生、電源及負載的連接3.4.1、三相電壓的產(chǎn)生(三相交流發(fā)電機示意圖)XACZYBn定子+-NS轉(zhuǎn)子BYAXCZ定子:鐵芯（作為導磁路經(jīng)）三相繞組匝數(shù)相同空間排列互差1200轉(zhuǎn)子：直流勵磁的電磁鐵，產(chǎn)生磁場在空間旋轉(zhuǎn)三相電動勢轉(zhuǎn)子磁場在空間按正弦分布并且旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場切割定子繞組，產(chǎn)生三相正弦電動勢eA、eB、eCeAeBeCXABYCZ(首端)(尾端)三相電動勢瞬時表示式eA=EmsinteB=Em(sint-1200)eC=Em(sint+1200).相量表示:=E/00.EC=E/+1200EB=E/-1200.EA三相電動勢瞬時表示式eA=EmsinteB=Em(sint-120°)eC=Em(sint+120°)相量表示:..EC=E/+120°EB=E/-120°.=E/0°EA波形圖：相量圖：EA.EB.EC.120°120°120°e0eAeBeC2

120°240°360°最大值相等；頻率相同；相位互差120°。對稱三相電勢的瞬時值之和為0。三相交流電到達正最大值的順序稱為相序。供電系統(tǒng)三相交流電的相序為A

B

C。稱為對稱三相電勢三個正弦交流電動勢滿足以下特征：（正序）3.4.2、三相電源的星形和三角形聯(lián)接中線(零線、地線)NAXeABYeBCZeC中性點NABC三個繞組末端相連,稱為中性點,相線(端線、火線)相線(端線、火線)相線(端線、火線)引出導線稱為中線。ABC三個端的引出導線稱為相線。注意：中線雖然又稱地線，但不一定接大地。若有中線引出時：稱為三相四線制若無中線引出時：稱為三相三線制NBCANeAeBeC相電壓：相線與中線間的電壓。線電壓：相線與相線間的電壓。三個相電壓：三個線電壓：根據(jù)KVL定律：三個相電壓是對稱電壓用Up表示相電壓的大小（有效值）用Ul表示線電壓的大?。ㄓ行е担┳⒁猓喝齻€線電壓也是對稱電壓線電壓與相電壓的關(guān)系相量圖：30°由相量圖可得:相電壓：線電壓：同理：3.4.3負載星形聯(lián)接的三相電路1、三相負載單相負載：只需一相電源供電

照明負載、家用電器分類：負載三相負載如由單相負載組成的三相負載對稱三相負載：ZA=

ZB=

ZC

三相電動機

三相負載：需三相電源同時供電

三相電動機等不對稱三相負載：ZA≠

ZB≠

ZC三相負載有Y和兩種接法，至于采用哪種方法，要根據(jù)負載的額定電壓和電源電壓確定，原則是：負載必須承受額定電壓。負載的三相四線制接法(Y0)三相負載的三相三線制接法(Y)ABC電機一樓二樓三樓ABCN三相負載的一般畫法2、負載星形聯(lián)接的三相電路電源中性點N負載中性點N′ZBZCZAN'N線電流：流過端線的電流負載Y聯(lián)接時，線電流等于相電流。有中線：三相四線制Y0相電流：流過每相負載的電流中線電流：三相電源三相負載無中線：三相三線制Y電源線電壓是對稱的，所以負載相電壓始終對稱。線電流不等于相電流3.4.4、負載三角形聯(lián)接的三相電路2）相電流ACBZABZBCZCAIA?IC?IB?IAB?ICA?IBC?UAB?UBC?UCA?3）線電流1）負載相電壓=電源線電壓UP=Ul由相量圖:BC30°三相相電流對稱同理可得：線電流：相電流：4）三相負載對稱時（線電流也對稱）三相負載的聯(lián)接原則：應使加于每相負載上的電壓等于其額定電壓，與電源的聯(lián)接方式無關(guān)。負載的額定電壓=電源的線電壓時應作

聯(lián)接負載的額定電壓=電源線電壓時應作Y聯(lián)接