第5章 单相正弦交流电路（课件）- 《电工电子技术与技能》同步教学（机工版·2018）

五 单相正弦交流电路 正弦交流电路的基本概念 一 正弦交流电的表示法 二 纯电阻电路 三 纯电容电路 五 RL 串联电路 六 纯电感电路 四 RLC 串联电路 七 ‹#› ‹#› 了解正弦交流电的产生原理及其波形图。 了解正弦交流电的周期、频率、角频率、最大值、有效值、初相位、相位差等特征量。掌握正弦交流电的三要素。 了解正弦交流电的解析式、波形图、相量图三种表示方法。 理解交流电路中电阻、电感、电容等组件的电压与电流之间的数量关系和相位关系，以及感抗、容抗的计算。 理解RL 串联电路端电压与电流之间的关系，以及电压三角形、阻抗三角形和功率三角形等概念。 理解正弦交流电路的有功功率、无功功率、视在功率、功率因数的概念。 了解提高功率因数的意义和方法。 理解RLC 串联电路的分析方法，理解串联谐振的概念。 学习目标 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.1.1 正弦交流电动势的产生 如图5-1所示，交流发电电流示意图。 5.1 正弦交流电路的基本概念 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.1.2 正弦交流电的三要素 1. 瞬时值、最大值和有效值 2. 周期、频率和角频率 周期、频率和角频率都是反映交流电变化快慢的物理量。 3. 相位和相位差 5.1 正弦交流电路的基本概念 正弦交流电的表示法有解析法、波形图法和旋转矢量法三种 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.2 正弦交流电的表示法 波形图法是用正弦函数图像来表示交流电的方法，如图5-2 所示。 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.2 正弦交流电的表示法 旋转矢量法是用一个在直角坐标系中绕原点做逆时针方向旋转的矢量来表示正弦交流电的方法。如图5-3所示。 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.3 纯电阻电路 5.3.1电流与电压的相位关系 实验证明，在任一瞬间通过电阻的电流i 与加在电阻两端的电压u R 符合欧姆定律。 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.3.3 电阻电路的功率 5.3 纯电阻电路 瞬时功率是随时间变化的。将电压和电流的瞬时数值逐点相乘，即可画出如图5-7 所示的瞬时功率曲线。 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.4.1 电流与电压的相位关系 5.4 纯电感电路 如图5-9所示，为纯电感电路及其向量图。 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.4.3 电感电路的功率 纯电感电路中的是一条正弦曲线，其频率为电源频率的两倍，波形图如图5-10 所示。 5.4 纯电感电路 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.5.1 电流与电压的相位关系 5.5 纯电容电路 在纯电容电路中相量图如图5-12b 所示。 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.5.3 电容电路的功率 电容器的瞬时功率与电感的瞬时功率一样，也是一条正弦曲线，其频率为电源频率的两倍，波形图如图5-13 所示 5.5 纯电容电路 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.6.1 电流与电压的相位关系 RL 串联电路的相量图如图5-15b 所示。 5.6 RL 串联电路 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.6.3 功率与功率因数 1. 有功功率 在RL 串联电路中，电阻是耗能组件，所以电阻消耗的功率称为有功功率。 2. 无功功率 在RL 串联电路中，电感是储能组件，只与电源做能量的交换，所以电感所消耗的功率称为无功功率。 5.6 RL 串联电路 3. 视在功率 视在功率定义为输出的总电流与总电压有效值的乘积，用S 表示，单位为伏安（V·A）或千伏安（kV·A）。 4. 功率因数 由功率三角形可知，电源提供的功率不能被感性负载完全吸收。为了反映电源的利用率，常把有功功率与视在功率的比值称为电路的功率因数，用λ 表示。 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 5.7.1 串联电路 图5-17 所示为RLC 串联电路。 1. 电流与电压的相位关系 5.7 RLC 串联电路 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 图5-18 所示为电流和电阻两端电压、电感两端电压、电容器两端电压的相量关系。 5.7 RLC 串联电路 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› 2. 电流与电压的数量关系 5.7 RLC 串联电路 由 可见，电阻 R、电抗 X 和阻抗 Z 三者之间也构成一个与图 5-18 相似的三角形，称为阻抗三角形，如图5-19 所示。 一 三 四 五 六 二 七 ‹#› ‹#› $$