2.3 单一元件的正弦交流电路（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 2.3 单一元件的正弦交流电路 交流电路 直流电路 负载 负载 电阻元件 电感元件 电容元件 2.3.1 纯电阻电路 在交流电路中，纯电阻电路是最简单的只有电阻负载的电路，如右图所示。 我们在日常生活和工作中接触到的白炽灯、电炉、电烙铁等，都属于电阻性负载，它们与交流电源连接就组成了纯电阻电路。 1．纯电阻元件的性质 纯电阻元件是把电能完全变成热能散发出去的元件。这种元件中只消耗电能，并且它的电阻值大小仅与导体的尺寸及材料的导电性能有关，即 纯电阻交流电路中电压与电流的最大值及有效值都符合欧姆定律，即 纯电阻电路的电压和电流瞬时值也符合欧姆定律，即 2．电压与电流的关系 或 电压、电流相位 波形图 相量图 纯电阻电路的电压和电流关系 3．纯电阻电路的功率 在纯电阻交流电路中，电路中电阻在某一时刻消耗的电功率叫做瞬时功率 p ，它等于电压u与电流i 瞬时值的乘积，即 瞬时功率在一个周期内的平均值就称为平均功率（也叫有功功率）。平均功率用大写字母P表示： 瞬时功率的大小随时间作周期性的变化，它的频率是原先电压、电流频率的两倍。这说明电路中功率（能量）的转换慢了。 在纯电阻电路中，只要有电流就会消耗能量，电阻也就将电能转为热能，电阻是一种耗能元件。 例2-6 在一纯电阻交流电路中， ，电压为 ，求电流i 的瞬时值表达式、相量表达式和平均功率P。 分析 从电压瞬时式中可先读出有效值和初相位，再根据纯电阻电路的性质和电压电流的关系即可求出其他参数。 解 （1）由电压瞬时值表达式 可知 电压有效值： 初相位： 因此，电流i 的瞬时值表达式为 （2）电流i 的有效值 ，初相位也 是 ，故相量表达式为 （3）平均功率为： 。 2.3.2 纯电感电路 纯电感电路是只有空心线圈负载的理想电路，如右图所示。 实际的电感线圈都存在一定的电阻，特别是为增强磁性而含有铁心的线圈。但当线圈本身的电阻和分布电容与线圈的电感相比小到可以忽略不计时，可近似看成是一个纯电感电路。 1．纯电感电路的特性 当交流电通过线圈时，变化的电流会产生变化的磁场，从而在线圈中产生一个自感电动势阻碍电流的变化，这就是电磁感应定律。 式中， 是线圈产生的对电流变化的阻碍作用，称为感抗，用符号 表示，单位是欧姆（ ）。 纯电感电路 感抗的大小与电源的频率和线圈的电感成正比，即 通直流阻交流 通低频阻高频 2．电压与电流的关系 在纯电感电路中，电流与电压的瞬时值关系为 从上式可以看出，在纯电感电路中电压比电流超前 或 ，这是它们的相位关系。 实验证明，纯电感电路中的电流与电压的最大值和有效值符合下列关系： 或 电压、电流相位图 波形图 有效值相量图 纯电感电路的电压和电流关系 3．纯电感电路的功率 按照功率的定义，纯电感电路的瞬时功率为 纯电感电路的瞬时功率是一个正弦函数，其大小随时间作周期性变化，如右图所示。 纯电感电路的能量交换过程 瞬时功率的最大值称为无功功率，用符号 表示，单位是乏（var），表达式为 2.3.3 纯电容电路 纯电容电路是只有电容器负载的交流电路，如右图所示。 电容器是一种能储存电场能量的元件，当电容器的漏电电阻和分布电感较小可忽略不计时，由电容器元件组成的正弦交流电路就是纯电容电路。 1．纯电容电路的特性 容抗与电源的频率和电容器的电容成反比，即 隔直流通交流 阻低频通高频 式中， 是电容器对交流电流变化的阻碍作用，称为电容器的容抗，用符号 表示，单位也是欧姆（ ）。 纯电容电路 电压、电流相位图 波形图 有效值相量图 纯电感电路的电压和电流关系 在纯电感电路中电压比电流超前 或 ，这是它们的相位关系。 3．纯电容电路的功率 由电压和电流的表达式可得到纯电容电路的瞬时功率为 纯电容电路的瞬时功率大小是一个正弦函数，随时间在作周期性的变化。它的功率曲线如右图所示。 纯电容电路的能量交换过程 感谢您的观看 25 $$