《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)運算學(xué)習(xí)電路分析方法阻抗分析和相量計算應(yīng)用于工程實踐交流電的基本概念定義隨時間周期性變化的電流特點方向和大小周期變化優(yōu)勢易于變壓和長距離傳輸正弦交流電的產(chǎn)生1發(fā)電機旋轉(zhuǎn)線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)2感應(yīng)電動勢切割磁力線產(chǎn)生電勢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域表示i=Imsin(ωt+φ)表示瞬時值隨時間變化頻域表示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能量存儲儲存于磁場單一參數(shù)電路：電容1/ωC容抗XC=1/ωC90°相位差電流超前電壓90°CV2/2存儲能量儲存于電場RLC串聯(lián)電路電阻消耗能量電感存儲磁能電容存儲電能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)諧振特點阻抗最小電流最大純電阻性并聯(lián)諧振特點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時稍有不同品質(zhì)因數(shù)QωL/R串聯(lián)電路Q能量存儲與消耗比R/ωL并聯(lián)電路Q電阻與電抗比f?/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際意義電力利用效率指標(biāo)瞬時功率有功功率定義實際消耗的平均功率計算公式P=UIcosφ單位瓦特(W)無功功率定義電感電容交換的能量計算公式Q=UIsinφ單位乏(var)視在功率定義電路總?cè)萘?計算公式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無功功率Q對邊3功率因數(shù)cosφ=P/S4提高功率因數(shù)的方法并聯(lián)電容補償感性負(fù)載同步調(diào)相機動態(tài)調(diào)節(jié)無功功率無功補償裝置自動調(diào)節(jié)補償量交流電路的測量電壓表測量有效值電流表測量有效值功率表測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)測量電流表串聯(lián)測量數(shù)字萬用表多功能測量功率表的使用三表法測量功率原理兩個電壓表和一個電流表計算公式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)電動勢互感現(xiàn)象一個線圈電流變化引起另一線圈感應(yīng)電動勢變壓器工作利用互感實現(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磁支路Γ型等效電路簡化的等效模型參數(shù)測定開路和短路試驗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)定電機驅(qū)動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場三相電源Y型連接結(jié)構(gòu)三相繞組共同連接到中性點電壓關(guān)系線電壓=√3×相電壓電流關(guān)系線電流=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)線電流=√3×相電流1電壓關(guān)系線電壓=相電壓相電壓和線電壓Y型連接Δ型連接相電流和線電流1Y型連接線電流=相電流2Δ型連接線電流=√3×相電流3相位關(guān)系線電流相位與相電流不同對稱三相電路分析特點三相負(fù)載阻抗完全相同中性線電流為零功率恒定不隨時間變化不對稱三相電路分析電流計算需考慮各相獨立1中性線電流不為零2功率分析各相功率不同3分析方法可用對稱分量法4三相功率計算有功功率P=3UphIphcosφ=√3UlIlcosφ無功功率Q=3UphIphsinφ=√3UlIlsinφ視在功率S=3UphIph=√3UlIl三相四線制結(jié)構(gòu)三相線加一根中性線優(yōu)點可提供相電壓適應(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三相電機原理轉(zhuǎn)子跟隨轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場三相電流產(chǎn)生定子磁場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數(shù)展開有效值和平均值的計算1傅里葉分解分解為諧波分量2各分量計算計算各諧波有效值3總有效值各諧波有效值平方和開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功功率各諧波無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)熱機械振動引起電機額外振動噪聲通信干擾影響信號傳輸質(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)分析激勵開關(guān)動作或參數(shù)突變響應(yīng)自然響應(yīng)與強迫響應(yīng)時間常數(shù)決定暫態(tài)過程速度RC電路的暫態(tài)過程充電過程u_c=E(1-e^(-t/RC))放電過程u_c=Ee^(-t/RC)時間常數(shù)τ=RCRL電路的暫態(tài)過程電流建立i=(E/R)(1-e^(-Rt/L))1電流衰減i=(E/R)e^(-Rt/L)2時間常數(shù)τ=L