2. 2单一元件正弦交流电路(课件）-高二《汽车电工电子基础》同步教学（北京理工大学出版社）

任务2. 2单一元件正弦交流电路 交流电路由交流电源及其负载组成，交流负载一般由电阻、电感、电容以及它们的组合按照一定的方式连接而成。由于电感中的交变电流产生交变磁场，会引起感应电动势的产生;电容极板间的交变电压，会引起电荷在与电容极板相连的导线中移动形成电流，因此，电阻(R),电感(L)及电容(C)对交流电路中的电压、电流都会产生影响。 所谓单一元件的正弦交流电路就是指纯电阻、纯电感和纯电容电路。严格来说，只含单一参数的负载是不存在的，但如果负载中只有一个参数起主要作用，其余两个参数由于影响小而可以忽略时，就可以把它看作单一参数负载。 下一页 返回 任务2. 2单一元件正弦交流电路 活动2. 2. 1纯电阻电路 1.电压和电流关系 在图2-7(a)所示电路中，电压和电流的参考方向一致，设电阻电压为 根据欧姆定律，流过纯电阻负载的电流为 可见，纯电阻电路中，电阻两端电压和电流是同频率的正弦量，并且相位相同，其有效值关系为 上一页 下一页 返回 任务2. 2单一元件正弦交流电路 即交流电路中电阻元件的电流(IR)、电压(UR)和电阻(R)之间满足欧姆定律关系。 用相量形式表示的电压和电流关系式为 根据以上分析，做 的波形图、相量图如图2-7(b),(c)所示。 2.电路的功率和能量的转换 在任意瞬间，电压瞬时值与电流瞬时值的乘积称为瞬时功率，即 显然，瞬时功率是一个随时间变化的量。对于电阻元件，有 上一页 下一页 返回 任务2. 2单一元件正弦交流电路 在实际应用中，通常用p在一个周期内的平均值来衡量交流功率的大小，称为平均功率或有用功率，用大写字母P表示。由式(2-9)可得纯电阻电路的平均功率为 活动2. 2. 2纯电感电路 1.电压和电流的关系 纯电感线圈接在直流电路中时，由于电流和磁通均为直流恒定值，所以线圈两端无感应电势，对电流无阻碍作用，线圈相当于一根短路导线。 上一页 下一页 返回 任务2. 2单一元件正弦交流电路 而在交流电路中，线圈中的交变电流引起交变磁通，产生自感电动势，从而在线圈两端建立起电压，阻碍电流的变化，所以电感线圈的电流变化总是滞后于电压的变化。 纯电感电路如图2-8(a)所示，电感电流与电压参考方向一致，设电感电流为 根据数学分析，电感两端的电压为 可见，纯电感电路中，电感电压和电流是同频率的正弦量，并且电压超前电流90°，其有效值关系为 上一页 下一页 返回 任务2. 2单一元件正弦交流电路 感抗(XL)表示电感对电流的阻碍作用，由式(2-13)可知，XL与交流电的频率(f)和电感(L)成正比，即频率越高或电感越大，感抗越大，线圈对交流电的阻碍作用越强，故电感常被用作交流电限流元件。对于直流电，f=0,XL=0，电感相当于短路，因此电感具有阻交流通直流的作用，在电子电路中常被用作选频和滤波元件。 uL和 的波形图、相量图如图2-8(b) ,(c)所示。 2.电路的功率和能量转换 根据交流电路瞬时功率的关系式p=ui，有 上一页 下一页 返回 任务2. 2单一元件正弦交流电路 由以上分析可知，电感线圈在交流电路中虽无能量消耗，但存在电源之间的能量交换。通常用瞬时功率的最大值来衡量能量交换的速率，称为无功功率，用QL表示，其单位是乏(var ) 。 活动2. 2. 3纯电容电路 1.电压和电流的关系 在直流电路中，电容只有在接通电源和切断电源时才有充电电流和放电电流，电路稳定后，电流就等于零。 上一页 下一页 返回 任务2. 2单一元件正弦交流电路 在交流电路中，电容两端电压的大小和方向不断变化，因而电容不断地充电和放电，从而形成大小和方向不断变化的电流。 纯电容电路如图2-9(a)所示，电容电压与电流参考方向一致，设电容两端的电压为 根据数学分析，电容中的电流为 可见，在纯电容电路中，电容电压和电流是同频率的正弦量，并且电流超前电压90°，其有效值关系为 上一页 下一页 返回 任务2. 2单一元件正弦交流电路 显然 容抗(XL)表示电容对交流电的阻碍作用。 uC和iC的波形图、相量图如图2-9(b),(c)所示。 2.电路的功率和能量转换 电容器的瞬时功率为 上一页 下一页 返回 任务2. 2单一元件正弦交流电路 电容元件是一种储能元件，它与电源之间的能量交换的最大速率，即电容元件的无功功率(QC)为 上一页 返回 $