2.1.3 正弦交流电路的分析（课件）-《电工电子技术基础与应用》同步教学（航空工业出版社）

电工电子技术基础与应用 目录 项目1 直流电路 项目2 正弦交流电路 项目3 变压器与三相异步电动机 项目4 二极管及其应用 项目5 三极管及其应用 项目6 逻辑门电路与组合逻辑电路 项目7 触发器与时序逻辑电路 正弦交流电路 项目2 3 与直流电不同，交流电的大小和方向都是随时间按一定规律变化的，而正弦交流电就是随时间按正弦函数规律变化的电压和电流，它是交流电的一种基本形式。正弦交流电路在电能的生产、输送和转换中的应用非常普遍，如发电机、输电电网、变压器等。此外，许多用电设备也都采用了正弦交流电路，如生活中的照明灯具、洗衣机、电冰箱，以及工业生产中的各种交流电动机等。 本项目主要介绍正弦交流电路的基本知识和分析方法、三相交流电源的基本知识和三相交流电路的联结方法等内容。 项目导读 项目导读 4 学习目标 知识目标 技能目标  培养执着专注、科学严谨、精益求精、追求卓越的工匠精神  厚植民族自豪感和文化自信心 素质目标  掌握正弦交流电的三要素和相量表示法  掌握单一正弦交流电路的表示方法和特性  掌握RLC串联/并联电路的分析方法和特性  掌握正弦交流电路功率的计算方法  掌握三相交流电源的工作原理和表示方法  掌握三相交流电路的联结方法  掌握三相交流电路功率的计算方法  能够测量RLC的阻抗频率特性  能够测量三相交流电路的电压和电流 目录 任务2.1 认识正弦交流电路 任务2.2 认识三相交流电路 任务2.1 认识正弦交流电路 任务引入 相较于直流电，由于正弦交流电的大小和方向都是随时间不断平滑变化的，因此正弦交流电不易产生高次谐波，这有利于保护电器设备的绝缘性能和减少电器设备在运行中的能量损耗。在日常生活中，多数家用电器使用的是单相正弦交流电，而它们的电路中几乎都引入了电阻、电感和电容，这种电路称为RLC电路。RLC电路利用RLC的阻抗频率特性，可对单相正弦交流电进行处理和变换。 请选择合适的工具和器材，测量正弦交流电路中RLC的阻抗频率特性，并讨论RLC的作用。 任务引入 本任务的知识与技能要求如下表所示。 任务内容 认识正弦交流电路 学习程度 识记 理解 应用 学习任务 正弦交流电的三要素和相量表示法  ●   单一参数正弦交流电路   ●   正弦交流电路的分析   ●   实训任务 测量RLC的阻抗频率特性     ● 自我勉励 学习目标 任务工单 学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。 1．知识准备 3．任务实施 2．工具和器材准备 4．任务评价 10 2.1.3 正弦交流电路的分析 相关知识 1．RLC串联/并联电路 1）RLC串联电路 RLC串联电路如右图所示。由KVL可得出电压的相量表达式，即 由电压相量组成的直角三角形称为电压三角形，如下图所示。利用电压三角形，可求得电源电压的有效值，即 相关知识 因此，式上式可写为 式中，称为电路的阻抗，用Z表示，单位为欧（Ω），它对电流起阻碍作用，有 抗的幅角即电压与电流之间的相位差 ，它可从电压三角形得出，即 相关知识 上式中，为阻抗模，用表示。因此，上式可写为 、R、三者之间的关系也可以用一个直角三角形来表示，该三角形称为阻抗三角形，如下图所示。 在RLC串联电路中，可选为参考相量，则与同相，比超前 ，比滞后 ，因此该电路的相量如下图所示。 相关知识       相关知识 2）RLC并联电路 RLC并联电路及其相量模型如下图所示。在下图中，各元件两端的电压相等，由KCL可得出电流的相量表达式，即 其中，实部，称为电导；，称为感纳；，称为容纳；，称为电纳； ，称为导纳。它们的单位均为西（S）。 相关知识 由导纳表示的相量模型如右图所示。 RLC并联电路的导纳为 其中，导纳的模为 导纳的导纳角为 相关知识 同样，G、B、三者也可以用一个直角三角形来表示，该三角形称为导纳三角形，如下图所示。 在RLC并联电路中，可选电压为参考相量，则与同相，比滞后90°，比超前90°，由此可画出该电路的相量，如下图所示。 相关知识       相关知识 2．正弦交流电路的功率 1）瞬时功率 在一般负载的交流电路中，电压u和电流i之间存在相位差，相位差的大小和正负均由负载确定，则电压u与电流i的关系可表示为 瞬时功率用p表示，其单位为瓦（W），其表达式为 相关知识 2）视在功率 二端元件或二端电路端子间电压的有效值U与电流的有效值I的乘积称为视在功率，又称表观功率，用S表示，即 在国际单位制中，视在功率的单位为伏安（V·A），常用的单位还有千伏安（kV·A）。 交流电气设备的容量是按照预先设计的额定电压和额定电流来确定的，用额定视在功率来表示，即 可见，交流电气设备的运