3.3 交流电路的功率（课件）-高二《电工电子技术与技能》同步教学（北京出版社）

3.3 交流电路的功率 3.3.1 交流电路的功率 1 3.3 交流电路的功率 3.3.1 交流电路的功率 2 3.3 交流电路的功率 3.3.1 交流电路的功率 3 3.3 交流电路的功率 3.3.1 交流电路的功率 4 3.3 交流电路的功率 3.3.1 交流电路的功率 3.电容元件的功率与储能 在电容元件组成的电路中（图3.23），设 ，则 ，功率为： 电容元件电路的平均功率也为零，即电容元件的交流电路中没有能量消耗，只有电源与电容元件间的能量互换。这种互换的能量也用无功功率Q来衡量，即 5 3.3 交流电路的功率 3.3.1 交流电路的功率 4.RLC串联电路的功率 在RLC串联电路中，只有电阻是消耗功率的，而电感和电容都不消耗功率，因而RLC串联电路中的有功功率就是电阻上消耗的功率，其功率表达式为： 电感元件与电容元件要储、放能量，即它们与电源之间要进行能量互换，由于电感和电容两端的电压在任何时候都是反相的，所以QL和QC的符号相反。即磁场能增加时电场能减少，磁场能减少时电场能增加，它们在交换过程中多余的或差额部分再与电源进行交换。因此相应的无功功率等于电感元件与电容元件中无功功率之差，即Q=QL-QC=(UL-UC)I，由电压关系可知 ,所以，电路中的无功功率为 6 3.3 交流电路的功率 3.3.1 交流电路的功率 4.RLC串联电路的功率 在交流电路中，把电压与电流有效值的乘积称为视在功率S，单位为伏安（V•A),即 以上三式是计算正弦交流电路中功率的一般公式，而且由以上三式可见，有功功率、无功功率与视在功率间有一定的关系，即 它们也组成一个三角形，叫功率三角形，如图3.24所示。 7 3.3 交流电路的功率 3.3.2 功率因数 电工学中将 中的 称为功率因数，用字母λ表示。 功率因数的大小表示电源功率被利用的程度。电路的功率因数越大，则表示电源发出的电能转换为热能或机械能越多，而与电感和电容间交换的能量就越少，也就是电源能量的利用率越高。同时在同一电压下，输送同一功率，由 可以看出功率因数越高，则线路中电流越小，线路损耗也越小。因此在电力输送上，力求使功率因数接近1。 8 3.4 三相交流电路 3.4.1 三相交流电源 单相交流电，实际上就是三相交流发电机发出来的三相交流电中的一相。因此，三相交流电可以看成是由三个频率相同、振幅相同，但相位不同的单相交流电的组合。 三相交流电是三相交流发电机产生的，它主要由定子和转子两部分组成。其定子由定子铁芯和定子绕组组成，定子铁芯是由内圆开有槽口的绝缘硅钢片叠压而成的，在定子槽内嵌放有三套尺寸、形状、导线规格和匝数完全相同的线圈U1-U2、V1-V2、W1-W2,称为三相绕组，它们在相位上彼此互差120°电角度；其转子铁芯上绕有励磁绕组，通过固定在轴上的两个滑环引入直流电，使转子磁化成磁极。 9 3.4 三相交流电路 3.4.1 三相交流电源 在如图3.29所示的三相交流发电机中，当转子磁极在其他动力机械拖动下以恒定转速ω转动时，定子 的三相绕组就会切割磁感线，由电磁感应定律可知，发电机的三相绕组，可以产生三个按正弦规律变化的感应电势，向外输出三个按正弦规律变化的感应电压，其瞬时值表达式为：（在U相为参考） 10 3.4 三相交流电路 3.4.1 三相交流电源 我们把这种最大值（有效值）相等、频率相同、相位互差120°的三相电压称为对称三相电压。若用相量表示则为： 其波形图和相量图如图3.30所示。 显然三相对称电源具有如下特点： 11 3.4 三相交流电路 3.4.2 三相交流电的应用 三相交流电较单相交流电有很多优点，它在发电、输配电以及电能转换为机械能方面都有明显的优越性。例如：制造三相发电机、变压器都较制造单相发电机、变压器省材料，而且构造简单、性能优良。用同样材料所制造的三相电机，其容量比单相电机大50%；在输送同样功率的情况下，三相输电线较单相输电线，可节省有色金属25%，而且电能损耗较单相输电时少。由于三相交流电具有上述优点，所以获得了广泛之用。 三相交流电的用途很多，工业中大部分的交流用电设备，例如电动机，都采用三相交流电。而在日常生活中，多使用单相电源，即常说的照明电。 12 3.5 实训：三相负载的连接与测量 实训目的 1.验证三相负载作星形连接、三角形连接时相电压与线电压、相电流与线电流的关系 2.了解三相负载的连接方法；了解三相调压器的作用及使用方法 3.了解三相四线制供电系统中，负载不对称时中线的作用 4.掌握交流电线路的连接；进一步熟悉电压表