3.1正弦交流电的基本物理量(课件）-《电工电子技术》同步教学（机械工业版）

第三章 正弦交流电路及安全用电 正弦交流电 1 单相正弦交流电路 2 交流电路功率 3 三相正弦交流电路 4 第一节 正弦交流电的基本物理量 一、交流电概述 二、正弦交流电的基本特征和三要素 三、正弦量的矢量表示 一、交流电概述 大小和方向随时间按正弦规律变化的电压与电流，称为正弦交流电，即平时所说的单相交流电，其文字符号用字母“AC”表示，图形符号用“～”表示，如图6.5（a）所示。大小和方向随时间不按正弦规律变化的电压与电流，称为非正弦交流电，常见的有矩形波、三角波等，如图6.5（b）、（c）所示。 二、正弦交流电的基本特征和三要素 正弦量的三要素 以正弦电压为例，其一般表达式（或称为解析式）为 1.最大值Um 2.角频率 ω 3.初相位和相位差 1、交流电变化的范围 （1）最大值 正弦交流电的大小和方向随时间按正弦规律变化，正弦交流电在一个周期内所能达到的最大数值，可以用来表示正弦交流电变化的范围，称为交流电的最大值，又称振幅、幅值或峰值，Im、Um、Em 。 （2）有效值 I、U、E 正弦交流电的最大值与有效值的关系为 （3）平均值 交流电压或电流在半个周期内所有瞬时值的平均数，称为该交流电压或电流的平均值。 例3-1：已知测得某交流电压为220v，这个交流电压的最大值为多少？ 2、交流电变化的快慢 （1）周期 正弦交流电完成一次周期性变化所需要的时间，称为正弦交流电的周期，通常用字母T 表示，国际单位是秒，符号为s。 （2）频率 正弦交流电在1s 内完成周期性变化的次数，称为正弦交流电的频率，通常用f 表示，国际单位是赫兹，符号为Hz。 （3）角频率 正弦交流电在1s 内变化的电角度，称为正弦交流电的角频率，用字母ω 表示，单位是弧度/ 秒，符号为rad/s。 角频率与周期、频率之间的关系为 例3-2：若频率为50赫兹，则对应的周期和角频率分别为多少？ 3、交流电变化的起点 （1）相位与初相位 决定了正弦交流电的变化趋势，是正弦交流电随时间变化的核心部分，称为正弦交流电的相位，也称相角。 t = 0 时的相位，称为初相位，简称初相，用字母 表示。初相位反映的是正弦交流电的计时起点。初相位 的变化范围一般为-π ≤ ≤ π。 （2）相位差与相位关系 两个交流电的相位之差称为正弦交流电的相位差，用 表示。 规定相位差的范围一般为-π ≤  ≤ π。 如图（a）所示，当 ＞ 0 时，称为u1 超前u2，或者说u2 滞后u1 ；如图6.8（b）所示，当 ＜ 0 时，称为u1 滞后u2，或者说u2 超前u1。 当 ＝ 0 时，称为两个交流电同相，即两个同频率交流电的相位相同，如图（a）所示；当 ＝ π 时，称为两个交流电反相，即两个同频率交流电的相位相反，如图（b）所示；当 ＝ 时，称为两个交流电正交，如图（c）所示。 例3-3：已知某正弦交流电压的最大值Um=310V，频率f=50Hz,初相φ0=300，则写出它的解析式。并计算t=0.01s时的瞬时值。 三、正弦量的矢量表示 一个正弦量可以由幅值、频率和相位来确定，如果旋转矢量能够把这三个要素表达出来，那么就可以用旋转矢量来表示正弦量。设有一个正弦电压u=Umsin(ωt +φ0)，其波形图如图3-5（a）所示，图3-5（b）是一旋转矢量。 同频率的几个正弦量的相量，可以画在同一图上，这样的图叫相量图。例如，有三个同频率的正弦量为 $$