《交流電路》課件

交流電路電氣工程基礎(chǔ)課程課程目標(biāo)掌握交流電基本概念理解正弦量表示法和復(fù)數(shù)運(yùn)算學(xué)習(xí)電路分析方法阻抗分析和相量計(jì)算應(yīng)用于工程實(shí)踐交流電的基本概念定義隨時(shí)間周期性變化的電流特點(diǎn)方向和大小周期變化優(yōu)勢(shì)易于變壓和長(zhǎng)距離傳輸正弦交流電的產(chǎn)生1發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生電勢(shì)3正弦波形成轉(zhuǎn)子角度決定電壓大小正弦量的表示方法時(shí)域表示i=Imsin(ωt+φ)表示瞬時(shí)值隨時(shí)間變化頻域表示I=Im∠φ表示幅值和初相位相量表示法定義相量用復(fù)數(shù)表示正弦量1代數(shù)形式I=a+jb2指數(shù)形式I=Iejφ3極坐標(biāo)形式I=I∠φ4正弦交流電的特征參數(shù)幅值最大值頻率每秒周期數(shù)相位波形位置周期完成一次變化所需時(shí)間有效值和平均值有效值I=Im/√2產(chǎn)生相同熱效應(yīng)的直流電流值平均值Iav=2Im/π半周期內(nèi)平均值峰值系數(shù)k=Im/I=√2相位與相位差同相位相位差為0°反相位相位差為180°超前/滯后相位差為±90°復(fù)數(shù)運(yùn)算回顧加減法(a+jb)±(c+jd)=(a±c)+j(b±d)乘法(a+jb)(c+jd)=(ac-bd)+j(ad+bc)除法(a+jb)/(c+jd)=(ac+bd)/(c2+d2)+j(bc-ad)/(c2+d2)單一參數(shù)電路：電阻1歐姆定律U=RI2相位關(guān)系電壓電流同相3功率P=RI2單一參數(shù)電路：電感1感抗XL=ωL2相位關(guān)系電壓超前電流90°3能量存儲(chǔ)儲(chǔ)存于磁場(chǎng)單一參數(shù)電路：電容1/ωC容抗XC=1/ωC90°相位差電流超前電壓90°CV2/2存儲(chǔ)能量?jī)?chǔ)存于電場(chǎng)RLC串聯(lián)電路電阻消耗能量電感存儲(chǔ)磁能電容存儲(chǔ)電能RLC并聯(lián)電路總電流I=√(IR2+(IL-IC)2)相位關(guān)系φ=arctan((IL-IC)/IR)總導(dǎo)納Y=√(G2+(BL-BC)2)阻抗與導(dǎo)納阻抗ZZ=R+jX串聯(lián)等效參數(shù)導(dǎo)納YY=G+jB并聯(lián)等效參數(shù)關(guān)系Y=1/Z互為倒數(shù)電路的頻率響應(yīng)諧振現(xiàn)象定義電感和電容抵消時(shí)的特殊狀態(tài)條件XL=XC諧振頻率f?=1/(2π√LC)串聯(lián)諧振特點(diǎn)阻抗最小電流最大純電阻性并聯(lián)諧振特點(diǎn)阻抗最大電流最小純電阻性應(yīng)用諧振電路頻率選擇調(diào)諧電路諧振頻率與串聯(lián)諧振相同但高Q時(shí)稍有不同品質(zhì)因數(shù)QωL/R串聯(lián)電路Q(chēng)能量存儲(chǔ)與消耗比R/ωL并聯(lián)電路Q(chēng)電阻與電抗比f(wàn)?/Δf帶寬關(guān)系Q=f?/Δf功率因數(shù)定義cosφ物理意義有功功率與視在功率比值實(shí)際意義電力利用效率指標(biāo)瞬時(shí)功率有功功率定義實(shí)際消耗的平均功率計(jì)算公式P=UIcosφ單位瓦特(W)無(wú)功功率定義電感電容交換的能量計(jì)算公式Q=UIsinφ單位乏(var)視在功率定義電路總?cè)萘?計(jì)算公式S=UI單位伏安(VA)功率三角形視在功率S斜邊1有功功率P鄰邊2無(wú)功功率Q對(duì)邊3功率因數(shù)cosφ=P/S4提高功率因數(shù)的方法并聯(lián)電容補(bǔ)償感性負(fù)載同步調(diào)相機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無(wú)功功率無(wú)功補(bǔ)償裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償量交流電路的測(cè)量電壓表測(cè)量有效值電流表測(cè)量有效值功率表測(cè)量有功功率示波器觀察波形電壓表和電流表的使用電壓表并聯(lián)測(cè)量電流表串聯(lián)測(cè)量數(shù)字萬(wàn)用表多功能測(cè)量功率表的使用三表法測(cè)量功率原理兩個(gè)電壓表和一個(gè)電流表計(jì)算公式P=U?Icos(arccos(U?/U?))互感和變壓器原理電磁感應(yīng)磁通變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)互感現(xiàn)象一個(gè)線(xiàn)圈電流變化引起另一線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變壓器工作利用互感實(shí)現(xiàn)電壓變換互感系數(shù)互感定義M=k√(L?L?)耦合系數(shù)k值在0到1之間互感電壓u?=M·di?/dt理想變壓器變壓比n=N?/N?=U?/U?=I?/I?效率η=100%阻抗變換Z?=n2Z?變壓器的等效電路T型等效電路考慮漏感和勵(lì)磁支路Γ型等效電路簡(jiǎn)化的等效模型參數(shù)測(cè)定開(kāi)路和短路試驗(yàn)三相交流電路概述工業(yè)應(yīng)用電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)高效傳輸功率傳輸穩(wěn)定電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三相電源Y型連接結(jié)構(gòu)三相繞組共同連接到中性點(diǎn)電壓關(guān)系線(xiàn)電壓=√3×相電壓電流關(guān)系線(xiàn)電流=相電流Δ型連接1結(jié)構(gòu)三相繞組首尾相連成三角形√3電流倍數(shù)線(xiàn)電流=√3×相電流1電壓關(guān)系線(xiàn)電壓=相電壓相電壓和線(xiàn)電壓Y型連接Δ型連接相電流和線(xiàn)電流1Y型連接線(xiàn)電流=相電流2Δ型連接線(xiàn)電流=√3×相電流3相位關(guān)系線(xiàn)電流相位與相電流不同對(duì)稱(chēng)三相電路分析特點(diǎn)三相負(fù)載阻抗完全相同中性線(xiàn)電流為零功率恒定不隨時(shí)間變化不對(duì)稱(chēng)三相電路分析電流計(jì)算需考慮各相獨(dú)立1中性線(xiàn)電流不為零2功率分析各相功率不同3分析方法可用對(duì)稱(chēng)分量法4三相功率計(jì)算有功功率P=3UphIphcosφ=√3UlIlcosφ無(wú)功功率Q=3UphIphsinφ=√3UlIlsinφ視在功率S=3UphIph=√3UlIl三相四線(xiàn)制結(jié)構(gòu)三相線(xiàn)加一根中性線(xiàn)優(yōu)點(diǎn)可提供相電壓適應(yīng)不平衡負(fù)載增加系統(tǒng)可靠性旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)形成原理三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)特性恒速恒幅值旋轉(zhuǎn)同步轉(zhuǎn)速n=60f/p三相電機(jī)原理轉(zhuǎn)子跟隨轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三相電流產(chǎn)生定子磁場(chǎng)非正弦周期交流電路方波含奇次諧波三角波奇次諧波幅值衰減快脈沖波含豐富諧波分量傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)有效值和平均值的計(jì)算1傅里葉分解分解為諧波分量2各分量計(jì)算計(jì)算各諧波有效值3總有效值各諧波有效值平方和開(kāi)方非正弦周期電路的功率有功功率各諧波有功功率之和無(wú)功功率各諧波無(wú)功功率之和畸變功率因諧波導(dǎo)致的功率諧波的影響增加損耗導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱機(jī)械振動(dòng)引起電機(jī)額外振動(dòng)噪聲通信干擾影響信號(hào)傳輸質(zhì)量絕緣老化加速設(shè)備絕緣劣化濾波電路交流電路的暫態(tài)分析激勵(lì)開(kāi)關(guān)動(dòng)作或參數(shù)突變響應(yīng)自然響應(yīng)與強(qiáng)迫響應(yīng)時(shí)間常數(shù)決定暫態(tài)過(guò)程速度RC電路的暫態(tài)過(guò)程充電過(guò)程u_c=E(1-e^(-t/RC))放電過(guò)程u_c=Ee^(-t/RC)時(shí)間常數(shù)τ=RCRL電路的暫態(tài)過(guò)程電流建立i=(E/R)(1-e^(-Rt/L))1電流衰減i=(E/R)e^(-Rt/L)2時(shí)間常數(shù)τ=L