2.4 典型正弦交流电路的分析（课件）-《电子与电工技术》同步教学（机工版）

第2章 正弦交流电路 2.4 典型正弦交流电路的分析 2.4.1 RLC串联电路 由电阻R、电感L和电容C元件组成的串联电路称为RLC串联电路，如右图所示。 1．RLC串联电路中电流与电压的关系 电压的相位超前于电流的相位。 电压的相位滞后于电流的相位。 电压与电流的相位相同。 电感性负载 电容性负载 电阻性负载 电压三角形 RLC串联电路的相量图 2．RLC串联电路的阻抗 上式中， 称为电抗，它是电感与电容共同作用的结果；而Z 称为交流电路的阻抗，它是电阻与电抗共同作用的结果。 电压三角形的三个边都除以电流I，可得到阻抗三角形，如下图所示。 阻抗角 3．RLC串联电路的功率 上式中，S叫做交流电路的视在功率，Q叫做无功功率。 电压三角形各边都乘以电流I，可得到功率三角形，如下图所示。 功率因数 或 4．RLC串联电路的特例 （1）RL串联电路 当RLC串联电路中的 时的电路就是RL串联电路，下图分别为RL串联电路的电路图、相量图、电压三角形、阻抗三角形和功率三角形。 （2）RC串联电路 当RLC串联电路中的 时的电路就是RC串联电路。下图分别为RC串联电路的电路图、相量图、电压三角形、阻抗三角形和功率三角形。 2.4.2 RLC并联电路 由电阻R、电感L和电容C元件组成的并联电路称为RLC并联电路，如下图所示。 1．RLC并联电路中电流与电压的关系 电路中电压和各支路电流的相量图如下图所示。 电流三角形 RLC并联 电路的性质 容性电路 感性电路 谐振电路 3．RLC并联电路的功率 电流三角形的各项电流都乘以电源电压U的有效值，就可以分别得到RLC并联电路的有功功率P、视在功率S、容性功率 、感性功率 ，并组成功率三角形，如下图所示。 有功功率： 视在功率： 2.4.3 交流电路的功率因数 1．功率因数的意义 电压与电流之间的相位差的余弦叫做功率因数，用 表示。它在数值上也等于电路中有功功率和视在功率的比值，即 （1）功率因数的大小与电路的负荷性质有关，它也反映了正弦交流电路中电源的“利用率”。 （2）功率因数反映了交流电路中能量损失的大小，即 主要用于远距离高压输电线路上 主要用在电气设备上 提高用电设备本身的功率因数 通过电容器或同步调相机对电路进行无功补偿的方法改变电路的功率因数。 提高功率因数的方法 提高自然功率因数 人工补偿 通过电容器对电路进行无功补偿 串联补偿 并联补偿 2.4.4 谐振电路 在含有电感和电容元件的交流电路中，由于感抗和容抗都是频率的函数，所以当改变电感和电容元件的参数或电源的频率时，感抗和容抗的数据就会发生变化，从而引起电压和电流之间相位差的变化。当电压和电流同相，即整个电路呈电阻性特征时，这种状态就称为谐振，工作在谐振状态下的电路称为谐振电路。 1．串联谐振电路 在RLC串联电路中，若电压与电流的相位相同，电路呈电阻性，电流达到最大状态，此时发生的谐振称为串联谐振。 （1）串联谐振发生的条件 （2）串联谐振的频率 （3）串联谐振的特点 ① 总阻抗最小 ② 总电流最大 Q称为串联谐振电路的品质因数，即 。 ③ 各元件上的电压 2．并联谐振电路 并联谐振电路是电感线圈和电容器并联组成的电路，如下图所示。当电路发生并联谐振时，其电源电压和电流同相，电路呈电阻性特征。 （1）并联谐振发生的条件 （2）并联谐振的频率 （3）并联谐振的特点 ① 总阻抗最大 ② 总电流最小 ③ 支路电流等于总电流的Q倍 3．谐振电路的选频性与通频带 （1）选频性 谐振曲线 Q值越高，电路对特定频率的选择性即选频性就越好。反之，Q值越低，电路的选频性就越差。 （2）通频带 通频带在数值上规定为谐振曲线 上所包 含的频率宽度范围，用字母BW表示，如下图所示。 2.5 三相正弦交流电路 2.5.1 三相交流电源 三相交流电就是由三个频率相同，最大值相等，相位上互差 的正弦交流电动势组成的电路，这3个电动势称为三相对称电动势。 下图是三相交流发电机的外形图。 内部原理图 发电机的内部组成包含定子和转子。定子有3个结构相同的绕组，这3个绕组在空间彼此相隔 ，分别用AX，BY和CZ来表示。当带有磁极的转子在外力作用下以角速度 匀速旋转时，3个绕组便切割磁力线而产生相位不同的三相正弦交流电压 ， 和 ，如下图所示。 波形图 相量图 1．星形联结法 三相交流电源对外供电的星形联结方式是将三个绕组的末端连在一起成为一个公共点。 低压三相四线制—— Y0形联结 高压三相三线制——Y形联结 相线 中线 星形线电压与相电压的相量图 2．三角形联结法 把三个绕组的首、末端依次连接，构成一个闭合的三角形，再从三个连接点处分别向外引出三根端线。三相电源的这种接线法叫做三角形联结法，常用“△”表示。其接线图如下图所示。 三角形联结法的相量图 2.5.2 三相交流负载 1．三相负载的星形联结 把三相负载 ZA、ZB和ZC的三个末端连接在一起，接到电源的中线上，再把三个首端分别接到电源的三根火线上，这种连接方式称为三相负载有中线的星形联结法，用符号“Y0”表示。其接线原理图如下图所示。 三相负载的星形联结电压相量图 三相负载星形联结的电压电流关系图 2．三相负载的三角形联结 将三相负载分别接在三相电源的两根相线之间的连接方式称为负载的三角形联结，用“△”表示。下图是三相负载的三角形联结原理图和实际电路图。 三相负载的三角形联结原理图 单相负载与三相电机电路图 线电流与相电流的相量图 把负载相电压再考虑进去后，可作出三相负载三角形联结的相电压、相电流、线电流三者之间关系的相量图，如下图所示。 2.5.3 三相交流电路负载的功率 1．三相负载的总有功功率 2．三相负载的总无功功率 3． 三相负载的总视在功率 同一负载作三角形联结时的有功功率是作星形联结时有功功率的3倍，即 若将正常工作为星形联结的负载误接成三角形，则会因功率增大3倍而烧坏设备；反过来，若将正常工作为三角形联结的负载误接成星形，则会因功率过小而无法有效工作。 感谢您的观看 36 $$