正弦交流电路课件讲义.ppt
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- 正弦 交流电路 课件 讲义
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1、3 3、正弦交流电路、正弦交流电路1感谢你的观看2019年8月7考试点一考试点一 1、掌握掌握正弦量的三要素和有效值正弦量的三要素和有效值 2 2、掌握掌握电感、电容元件电流电压关系的电感、电容元件电流电压关系的相量形式及基尔霍夫定律的相量形式相量形式及基尔霍夫定律的相量形式 3、掌握掌握阻抗、导纳、有功功率、无功功阻抗、导纳、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数的概念率、视在功率和功率因数的概念 4 4、熟练掌握、熟练掌握正弦电路分析的正弦电路分析的相量方法相量方法 5 5、了解频率特性的概念、了解频率特性的概念2感谢你的观看2019年8月7预备知识预备知识复数复数 一、复数的形式一、复数
2、的形式1、代数形式、代数形式F=a+jb1j为虚单位为虚单位复数复数F 的实部的实部ReF =a复数复数F 的虚部的虚部ImF =b复数复数 F 在复平面上可以用一条从在复平面上可以用一条从原点原点O 指向指向F 对应坐标点的对应坐标点的有向有向线段线段表示。表示。+1+jOFab3感谢你的观看2019年8月72、三角形式、三角形式)sin(cosjFF22baFabarctan模模辐角辐角+1+jOFab4感谢你的观看2019年8月75/-53.1 3、指数形式、指数形式根据欧拉公式根据欧拉公式sincosjej)sin(cosjFFjeFF 4、极坐标形式、极坐标形式F=|F|/3+j4=
3、5/53.1-3+j4=5/126.9 10/30 =10(cos30+jsin30)=8.66+j55感谢你的观看2019年8月7二、复数的运算二、复数的运算1、加法、加法用用代数形式代数形式进行,进行,设设111jbaF222jbaF)()(221121jbajbaFF+1+jO1F2F21FF)()(2121bbjaa几何意义几何意义6感谢你的观看2019年8月72、减法、减法用用代数形式代数形式进行,进行,设设111jbaF222jbaF)()(221121jbajbaFF+1+jO1F2F2F21FF 21FF)()(2121bbjaa几何意义几何意义7感谢你的观看2019年8月73
4、、乘法、乘法用用极坐标形式极坐标形式比较方便比较方便设设111|FF222|FF221121FFFF2121/FF4、除法、除法21FF11|F22|F2121/FF8感谢你的观看2019年8月7三、旋转因子三、旋转因子je/1是一个模等于是一个模等于1,辐角为,辐角为的复数。的复数。等于把复数等于把复数A逆时针逆时针旋转一个角度旋转一个角度,而而A的模值不变。的模值不变。2jej2je-jje-1因此,因此,“j”和和“-1”都可以看成旋转因子。都可以看成旋转因子。任意复数任意复数A乘以乘以e j9感谢你的观看2019年8月7一个复数一个复数乘以乘以j,等于把该复数逆时针旋转等于把该复数逆时
5、针旋转/2,一个复数一个复数除以除以j,等于把该复数乘以等于把该复数乘以-j,等于把它顺时针旋转等于把它顺时针旋转/2。虚轴等于把实轴虚轴等于把实轴+1乘以乘以j而得到的。而得到的。例如例如10感谢你的观看2019年8月7例:设例:设F1=3-j4,F2=10/135求求:F1+F2 和和 F1/F2。解:求复数的代数和用代数形式:解:求复数的代数和用代数形式:F2=10/135=10(cos135+jsin135)=-7.07+j7.07F1+F2=(3-j 4)+(-7.07+j 7.07)=-4.07+j3.07 =5.1/14311感谢你的观看2019年8月7F1F2=3-j410/1
6、35=5/-53.1 10/135=0.5/-188.1=0.5/171.9 辐角应在辐角应在主值主值范围内范围内12感谢你的观看2019年8月7 正弦量的概念正弦量的概念一、正弦量一、正弦量电路中按正弦规律变化的电压或电流,统称为正电路中按正弦规律变化的电压或电流,统称为正弦量。弦量。对正弦量的描述,可以用对正弦量的描述,可以用sine,也可以用,也可以用cosine。用相量法分析时,不要两者同时用相量法分析时,不要两者同时混用混用。本讲采用。本讲采用cosine。二、正弦量的三要素二、正弦量的三要素i+-u)cos(imtIi瞬时值表达式:瞬时值表达式:13感谢你的观看2019年8月71、
7、振幅(最大值)、振幅(最大值)ImiIm2tiO2正弦量在整个振荡过程中达到的最大值。正弦量在整个振荡过程中达到的最大值。2、角频率、角频率反映正弦量变化的快慢反映正弦量变化的快慢单位单位 rad/sT=2=2ff=1/T频率频率f 的单位为的单位为赫兹赫兹(Hz)周期周期T的单位为的单位为秒秒(s)工频,即电力标准频率:工频,即电力标准频率:f=50Hz,T=0.02s =314 rad/s14感谢你的观看2019年8月73、初相位(角)、初相位(角)i主值主值范围内取值范围内取值 180iiIm2tiO2)(it称为正弦量的相位,或称相角。称为正弦量的相位,或称相角。15感谢你的观看201
8、9年8月7三、正弦量的有效值三、正弦量的有效值TdefdtiTI021TidefdttTI022)(cosIm12)(2cos1)(cos2iittmmIII707.02/16感谢你的观看2019年8月72mII 2mUU2mEE17感谢你的观看2019年8月7四、同频率正弦量相位的比较四、同频率正弦量相位的比较)cos(imtIi)cos(umtUu相位差相位差iu相位差也是在相位差也是在主值范围主值范围内取值。内取值。0,称,称u超前超前i;0,称,称Z呈感性;呈感性;当当 X 1,则有,则有UUUCL当当Q1,表明在谐振时或接近谐振时,会在电感和,表明在谐振时或接近谐振时,会在电感和电容
9、两端出现大大高于外施电压电容两端出现大大高于外施电压U的高电压,称为的高电压,称为过过电压现象电压现象,往往会造成元件的损坏。,往往会造成元件的损坏。但谐振时但谐振时L和和C两端的等效阻抗为零(相当于两端的等效阻抗为零(相当于短路短路)。)。64感谢你的观看2019年8月7八、功率八、功率谐振时,电路的无功功率为零,这是由于阻抗角为零,谐振时,电路的无功功率为零,这是由于阻抗角为零,所以电路的功率因数所以电路的功率因数cos=1mmIUUIUIP21)(0200)(LIQL2001)(ICQC整个电路的视在功率整个电路的视在功率S=P0)()(00CLQQ),(0LQ)(0CQ但但分别分别不等
10、于零不等于零。谐振时电路不从外部吸收无功功率谐振时电路不从外部吸收无功功率电感与电容之间周期性地进行磁场能量和电场能量的电感与电容之间周期性地进行磁场能量和电场能量的交换交换,65感谢你的观看2019年8月7但电路内部的电感与电容之间周期性地进行磁场但电路内部的电感与电容之间周期性地进行磁场能量和电场能量的能量和电场能量的交换交换,2202121)(CCuLiW谐振时,有谐振时,有)cos(20tRUi)sin(20tQUuC并有并有CLRQ221这一能量的总和为这一能量的总和为66感谢你的观看2019年8月7)(sin)(cos)(022202220tUCQtURLW22UCQ2221mUC
11、Q=常量常量所以能量的总和所以能量的总和另外还可以得出另外还可以得出)(/)(000PWQ 串联电阻的大小虽然不影响串联谐振电路的固有频率,串联电阻的大小虽然不影响串联谐振电路的固有频率,但有但有控制和调节控制和调节谐振时电流和电压谐振时电流和电压幅度幅度的作用。的作用。67感谢你的观看2019年8月7并联谐振电路并联谐振电路一、一、GLC并联电路并联电路UISIGILICIGLj1Cj二、并联谐振的定义二、并联谐振的定义.谐振同相时的工作状况称为与输入电流端口上的电压IU由于发生在并联电路中,所以称为由于发生在并联电路中,所以称为并联谐振并联谐振。三、并联谐振的条件三、并联谐振的条件0)(I
12、m0jY68感谢你的观看2019年8月7四、谐振频率四、谐振频率)1()(000LCjGjY可解得谐振时可解得谐振时角频率角频率LC10LCf210频率频率该频率称为电路的固有频率。该频率称为电路的固有频率。五、并联谐振的特征五、并联谐振的特征1、输入导纳最小、输入导纳最小)1()(000LCjGjY=G或者说输入阻抗最大或者说输入阻抗最大RjZ)(069感谢你的观看2019年8月72、端电压达最大值、端电压达最大值SIjZU)()(00SRI可以根据这一现象可以根据这一现象判别判别并联电路谐振与否。并联电路谐振与否。六、品质因数六、品质因数并联谐振时有并联谐振时有0CLII所以并联谐振又称所
13、以并联谐振又称电流谐振电流谐振。SLIIQ)(0SCII)(0GC0LG01LCG1如果如果Q1,则谐振时在电感和电容中会出现过电流,则谐振时在电感和电容中会出现过电流,但从但从L、C两端看进去的等效电纳等于零,两端看进去的等效电纳等于零,即阻抗为无限大,即阻抗为无限大,相当于相当于开路开路。70感谢你的观看2019年8月7七、功率和能量七、功率和能量谐振时无功功率谐振时无功功率201ULQL20CUQC所以所以0CLQQ表明在谐振时,电感的磁场能量与电容的电场表明在谐振时,电感的磁场能量与电容的电场能量彼此相互交换,两种能量的总和为能量彼此相互交换,两种能量的总和为22000)()()(SC
14、LILQWWW=常数常数71感谢你的观看2019年8月7八、电感线圈和电容并联的谐振电路八、电感线圈和电容并联的谐振电路RLjCj1+_ _SIU1I2I谐振时,有谐振时,有0)(Im0jYLjRCjjY0001)(20202020)()(LRLjLRRCj0)(20200LRLC故有故有由上式可解得由上式可解得LCRLC201172感谢你的观看2019年8月7LCRLC2011显然,只有当显然,只有当,012LCR,时即CLR,0才是实数.,电路不会发生谐振时所以CLR RLjCj1+_ _SIU1I2IO1U1I2ISI1112tansinSIII当电感线圈的阻抗角当电感线圈的阻抗角1很大
15、,很大,谐振时有谐振时有过电流过电流出现在电感支路和电容中。出现在电感支路和电容中。73感谢你的观看2019年8月7考试点二考试点二 6 6、熟练掌握三相电路中电源和负载的联、熟练掌握三相电路中电源和负载的联接方式及相电压、相电流、线电压、线接方式及相电压、相电流、线电压、线电流、三相功率的概念和关系电流、三相功率的概念和关系 7 7、熟练掌握对称三相电路、熟练掌握对称三相电路分析的分析的相量方相量方法法 8 8、掌握掌握不对称三相电路的概念不对称三相电路的概念74感谢你的观看2019年8月7 三相电路三相电路一、对称三相电源一、对称三相电源对称三相电源是由对称三相电源是由3 个个等幅值等幅值
16、、同频率同频率、初相初相依次相差依次相差120的正弦电压源连接成星形或三角形的正弦电压源连接成星形或三角形组成的电源。组成的电源。+-AuA-+BuBCu+-CNN+-+AuBuCuABC星形接法星形接法三角形接法三角形接法75感谢你的观看2019年8月7+-AuA-+BuBCu+-CNN+-+AuBuCuABC星形接法星形接法三角形接法三角形接法星形接法中,电压源的参考方向是以星形接法中,电压源的参考方向是以中点处为中点处为负;负;三角形接法中,电压源的连接是顺次相接形成三角形接法中,电压源的连接是顺次相接形成一个回路,一个回路,如果接错,将可能形成很大的环形电流。如果接错,将可能形成很大的
17、环形电流。76感谢你的观看2019年8月7)cos(2tUuA)120cos(2tUuB)120cos(2tUuC3 个电源依次称为个电源依次称为A相、相、B相和相和C相,它们的电压为:相,它们的电压为:OtuAuBuCuCBAuuu=077感谢你的观看2019年8月7它们对应的相量形式为它们对应的相量形式为AU2AU0/UUA120/UUB120/UUC是工程上为了方便而引入的是工程上为了方便而引入的单位相量算子单位相量算子。120/1120120120AUCUBUCBAUUU=078感谢你的观看2019年8月7二、三相电压的相序二、三相电压的相序上述三相电压的相序(次序)上述三相电压的相序
18、(次序)A、B、C称为称为正序正序或顺序。或顺序。与此相反,如与此相反,如B相超前相超前A相相120,C相超前相超前B相相120,这种相序称为这种相序称为反序反序或或逆序逆序。电力系统一般采用正序。电力系统一般采用正序。79感谢你的观看2019年8月7三、三相电路的基本概念三、三相电路的基本概念1、端线:、端线:从从3 个电压源正极性端子个电压源正极性端子A、B、C向外引出的向外引出的导线。导线。2、中线:、中线:从中(性)点从中(性)点N引出的导线。引出的导线。3、线电压:、线电压:端线之间的电压。端线之间的电压。4、相电压、相电压电源每一相的电压,或负载阻抗的电压。电源每一相的电压,或负载
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