电工电子技术基础（第二版）课件第2章 正弦交流电路.ppt

1、随时间按正弦规律变化的电压、电流随时间按正弦规律变化的电压、电流称为正弦电压和正弦电流。表达式为：称为正弦电压和正弦电流。表达式为：)sin(umtUu)sin(imtIi以正弦电流为例以正弦电流为例)sin(imtIi振幅振幅角频率角频率振幅、角频率和初相称为正弦量的的三要素。振幅、角频率和初相称为正弦量的的三要素。相位相位初相角初相角:简称简称初相初相波形波形：正弦量单位时间内变化的弧度数正弦量单位时间内变化的弧度数角频率与周期及频率的关系：角频率与周期及频率的关系：fT22：正弦量完整变化一周所需要的时间：正弦量完整变化一周所需要的时间：正弦量在单位时间内变化的周数正弦量在单位时间内变化

2、的周数周期与频率的关系：周期与频率的关系：Tf1：正弦量表达式中的角度：正弦量表达式中的角度：t=0时的相位时的相位：两个同频率正弦量的相位之差，其：两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。如值等于它们的初相之差。如)sin(umtUu)sin(imtIiiuiutt)()(相位差为：相位差为：0，u 与 i 同相。0，u 超前 i，或 i滞后 u。，u 与 i 反相。2，u 与 i 正交。：正弦量的最大值：正弦量的最大值：让周期电流：让周期电流i和直流电流和直流电流I分分别通过两个阻值相等的电阻别通过两个阻值相等的电阻R，如果在相同的如果在相同的时间时间T内，两个电阻消耗的能量相

3、等，则称该内，两个电阻消耗的能量相等，则称该直流电流直流电流I的值为周期电流的值为周期电流i的有效值。的有效值。根据有效值的定义有：根据有效值的定义有：周期电流的有效值为：周期电流的有效值为：TdtiTI021TRdtiRTI022)sin()(imtIti对于正弦电流，因对于正弦电流，因IIdttIImmTimT707.02)(sin0221所以所以为：为：同理，同理，为：为：mmUUU707.02 复数复数A可用复平面上可用复平面上的有向线段来表示。该有的有向线段来表示。该有向线段的长度向线段的长度a称为复数称为复数A的的，模总是取正值。该，模总是取正值。该有向线段与实轴正方向的有向线段与

4、实轴正方向的夹角夹角称为复数称为复数A的的。O a1 +1a2 A+ja根据以上关系式及欧拉公式根据以上关系式及欧拉公式复数复数A的实部的实部a1及虚部及虚部a2与与模模a及辐角及辐角的关系为：的关系为：sin1aa cos2aa 2221aaa12arctgaaO a1 +1a2 A+jaaaejaajaaAjsincos21代数型代数型三角函数型三角函数型指数型指数型极坐标型极坐标型可将复数可将复数A表示成代数型、三角函数型、指表示成代数型、三角函数型、指数型和极坐标型数型和极坐标型4种形式。种形式。sincosjej121ajaaA221bjbbB复数的四则运算：复数的四则运算：设两复数

5、为：设两复数为：(1)相等。若相等。若a1=b1，a2=b2，则则A=B。(2)加减运算：加减运算：)()(2211bajbaBA(3)乘除运算：乘除运算：)(21)(2121baebabeaeBAjjj)(21)(2121ababebeaeBAjjj 将复数将复数Imi乘上因子乘上因子1t，其模不变，其模不变，辐角随时间均匀增加。即在复平面上以角速辐角随时间均匀增加。即在复平面上以角速度度逆时针旋转，其在虚轴上的投影等于逆时针旋转，其在虚轴上的投影等于Imsin(t+i)，正好是用正弦函数表示的正正好是用正弦函数表示的正弦电流弦电流i。可见复数。可见复数Imi与正弦电流与正弦电流i=Imsi

6、n(t+i)是相互对应的关系，可用复数是相互对应的关系，可用复数Imi来表示正弦电流来表示正弦电流i，记为：记为：imjmmIeIIi并称其为相量。并称其为相量。ImO +1+ji i O tiIm(a)以角速度旋转的复数 (b)旋转复数在虚轴上的投影正弦量正弦量相量相量)sin(imtIiimmII)sin(umtUuummUU)sin(2itIiII)sin(2utUuUU有效值相量和振幅相量的关系：有效值相量和振幅相量的关系：IIm2UUm2规则规则2：若：若i1与与 i2为同频率的正弦量，代表它们的相为同频率的正弦量，代表它们的相量分别为量分别为 与与 ，则，则i1+i2也是同频率的正

7、弦量，其也是同频率的正弦量，其相量为相量为 。1I2I21II：若：若i为角频率为为角频率为的正弦量，代表它的相量的正弦量，代表它的相量为为 ，则，则 也是同频率的正弦量，其相量为也是同频率的正弦量，其相量为 。IdtdiIj：若：若i为正弦量，代表它的相量为为正弦量，代表它的相量为 ，则，则ki也是也是正弦量，代表它的相量为正弦量，代表它的相量为k 。II：若：若i1与与 i2为同频率的正弦量，代表它们的相为同频率的正弦量，代表它们的相量分别为量分别为 与与 ，则，则i1=i2的充分必要条件是代表它的充分必要条件是代表它们的相量相等，即：们的相量相等，即：。1I2I21II0IKCL：0UK

8、VL：ii1i23196.53061jI)30sin(261ti)60sin(282ti求求i=i1+i2解：解：928.646082jIA1.2310928.3296.9)928.64()3196.5(21jjjIIIA)1.23sin(210ti相量图：相量图：3023.1601I2II在以 下的 推导 过 程中，设 元 件两 端的 电 压和流 过元 件的 电流 均采 用关 联参 考方 向。并 设电压、电流的瞬时表达式分别为：)sin(2)sin(2iutIitUu则代表它们的相量分别为：iuIIUU电阻元件伏安关系：电阻元件伏安关系：u=Ri根据相量运算的规则根据相量运算的规则1和规则和

9、规则3，有：，有：RIU iuIRURu=ii+u (a)电阻元件 (b)相量图IU将uUU、iII代 入，得：iuRIU电感元件伏安关系：电感元件伏安关系：根据相量运算的规则根据相量运算的规则1、规则、规则3和规则和规则4，有：，有：dtdiLu IjXILjUL将uUU、iII代入，得：)90(iiuLILIjUIXLIUL90iu：XL=L，与频率成正比。与频率成正比。i Li(a)电感元件IU+u u(b)相量图CUI90uiIjXICjUC1或或：XC=1/C，与频率成反比。与频率成反比。u(a)电容元件IUii C+u (b)相量图电感元件伏安关系：电感元件伏安关系：根据相量运算的

10、规则根据相量运算的规则1、规则、规则3和规则和规则4，有：，有：dtduCi UCjI将uUU、iII代入上式，得：)90(uuiCUCUjI 将正弦交流电路中的电压、电流用相将正弦交流电路中的电压、电流用相量表示，元件参数用阻抗来代替。运用基量表示，元件参数用阻抗来代替。运用基尔霍夫定律的相量形式和元件欧姆定律的尔霍夫定律的相量形式和元件欧姆定律的相量形式来求解正弦交流电路的方法称为相量形式来求解正弦交流电路的方法称为。运用相量法分析正弦交流电路时，。运用相量法分析正弦交流电路时，直流电路中的结论、定理和分析方法同样直流电路中的结论、定理和分析方法同样适用于正弦交流电路。适用于正弦交流电路。

11、定义无源二端网络端口电压相量和端口电定义无源二端网络端口电压相量和端口电流相量的比值为该无源二端网络的阻抗，流相量的比值为该无源二端网络的阻抗，并用符号并用符号Z表示，即：表示，即：mmIUZIUZZ+U无源二端网络+UII(a)无源二端网络 (b)等效电路或或mmIZUIZU或或称为欧姆定律的相量形式。称为欧姆定律的相量形式。电阻、电感、电容的阻抗：电阻、电感、电容的阻抗：CjjXZLjjXZRZ1CCLLRRI+U I jXL+U I jXC+U 将所有元件以相将所有元件以相量形式表示：量形式表示：zZjXRZ|电阻电阻电抗电抗阻抗模阻抗模阻抗角阻抗角22|XRZRXzarctgzZRco

12、s|zZXsin|)(iuiuIUIUIUZmmIUIUZ|iuz0z0z0zCjXC的阻抗的阻抗LXLj的阻抗的阻抗R R的阻抗的阻抗u，i ，相量相量UI 将所有元件以相量形式表示：将所有元件以相量形式表示：+u+uL+uR uC +RLCi(a)RLC 串联电路 (b)相量模型+U+LU+RU CU+R jXLjXCIjXRXXjRZZZZ)(CLCLRIjXUIjXUIRUCCLLRIZIXXjRUUUU)(CLCLR+RU+U+LU CU+R jXLjXCI2CL22CL2R)()(XXRIUUUU由欧姆定律：由欧姆定律：由由KVL：RXXRXiiziuCLarctgarctgLUC

13、URUUICULUCUURUILULUCURUUICU (a)X 0 (b)X 0，0z，电路呈感性。（2）当CL1时，X R，故故UL=UCUR=U，即电即电感和电容上的电压远远高于电路的端电压。感和电容上的电压远远高于电路的端电压。RLi+uC i1iCLjRZ1，LjZC1CjLjRCjLjRZZZZZ11)(C1C1RL，)1(11LCjLRCCjLjRCLZ 谐振时，阻抗的虚部为零，故有：0100LC 谐振角频率为：LC10 谐振频率为：LCf210 在RL 的情况下，并联谐振电路与串联谐振电路的谐振频率相同。并联谐振时，0，电压与电流同相，阻抗为RCLZ，阻抗的模最大，在外加电压一

14、定时，电路的总电流最小。由由3个个、的正弦电压源所构成的电源称为的正弦电压源所构成的电源称为。由三相电源供电的电路称为。由三相电源供电的电路称为。三相电源由三相交流发电机产生的。在三相电源由三相交流发电机产生的。在三相交流发电机中有三相交流发电机中有3个相同的绕组。个相同的绕组。3个绕个绕阻的首端分别用阻的首端分别用A、B、C表示，末端分别用表示，末端分别用X、Y、Z表示。这表示。这3个绕组分别称为个绕组分别称为A相、相、B相、相、C相，所产生的三相电压分别为：相，所产生的三相电压分别为：)120sin(2)120sin(2sin2CBAtUutUutUuppp1201200CBApppUUU

15、UUUtuuAuBuCO120120120AUCUBU (a)波形图 (b)相量图三个电压三个电压 同幅值同幅值 同频率同频率相位互差相位互差120 三个电压达最大值的先后次序叫三个电压达最大值的先后次序叫，图，图示相序示相序为为ABC：3个末端连接在个末端连接在一起引出中线，由一起引出中线，由3个首端个首端引出引出3条火线。条火线。CU303030AUBUABUCAUBCUBUAUCUCUBU+AU+ANBC每个每个电源电源的电压称为的电压称为火线间电压称为火线间电压称为。ACCACBBCBAABUUUUUUUUUCU303030AUBUABUCAUBCUBUAUCU150330390330

16、3303303CCABBCAABpppUUUUUUUUU由相量图可得：由相量图可得：可见，三个线电压幅值相同，可见，三个线电压幅值相同，频率相同，相位相差频率相同，相位相差120。plUU3CUAU+BU+ABC注：此种接法如一注：此种接法如一相接反，将造成严相接反，将造成严重后果。重后果。plUU：将三：将三相绕组的首、末端相绕组的首、末端依次相连，从依次相连，从3个点个点引出引出3条火线。条火线。BCUCAUABU 如果三相负载的阻抗相等，则称为如果三相负载的阻抗相等，则称为。由对称三相电源和对称三相负载。由对称三相电源和对称三相负载组成的三相电路称为组成的三相电路称为。CIBIAICUB

17、U+AU+ANBCZZZplII：负：负载中的电流载中的电流：火：火线中的电流线中的电流)120(120)120(1200CCBBAAzpzpzpzpzpzpZUZUZUIZUZUZUIZUZUZUI0CBAIIIzllzpppIUIUPPcos3cos33中线中没有电流。中线中没有电流。AIABCZZZBICIABIBCICAI303303303CABCCACBCABBCBABCAABAIIIIIIIIIIII)120(120)120(1200CACABCBCABABzpzpzpzpzpzpZUZUZUIZUZUZUIZUZUZUI相电流相电流线电流线电流plII3AIBCIABICAI30

18、3030BICIBCIABICAIzllzpppIUIUPPcos3cos33例例：对称三相 三线制的 线电 压V 3100lU，每相负 载阻抗为6010Z，求负载 为星 形及 三角形两种情况下的电流和三相功率。解：解：（1）负载星形连接时，相电压的有效值为：V 1003lpUU设0100AU V。线电流等于相电流，为：A 60106010120100A 180106010120100A 601060100100CCBBAAZUIZUIZUI三相总功率为：W150060cos1031003cos3zllIUP（2）当负载为三角形连接时，相电压等于线电压，设V 03100ABU。相电流为：A 6031060101203100A 18031060101203100A 60310601003100CACABCBCABABZUIZUIZUI线电流为：303030315030210303039030303CACBCBABAIIIIII三相总功率为：W450060cos3031003cos3zllIUP由此可知，负载由星形连接改为三角形连接后，相电流增加到原来的3倍，线电流增加到原来的 3 倍，功率增加也到原来的 3 倍。