1、正弦交流电,一、正弦交流电的基本概念,二、电容器与电感器,四、RLC串联电路,五、三相正弦交流电路,三、单相正弦交流电路,学习目标 1.了解单相交流电路中的基本概念； 2.理解正弦交流电的三要素； 3.了解正弦交流电的周期、频率、角频率之间的关系； 4.能描述电容器与电感器的概念和特性； 5.掌握正弦交流电路RLC串联电路的特点； 6.了解三相电源的概念。,一、正弦交流电的基本概念,1.正弦交流电的概念2.正弦交流电的三要素,1.正弦交流电的概念 交流电是指大小和方向都随时间作周期性变化的交变电动势、电压、电流的总称。 正弦交流电是指按正弦规律变化的交流电。,2.正弦交流电的三要素1）最大值
2、2）频率（周期、角频率） 3）初相位 4）有效值,正弦交流电的电流波形图,1）最大值正弦交流电中最大的瞬时值称为 最大值，也称振幅或峰值。,2）频率（周期、角频率）正弦交流电循环变化一周的时间称为周期。 单位时间内包含的周期数称为频率。 频率和周期互为倒数。,3）初相位相位表示正弦量在某一时刻所处的状态的物理量。 相位是决定正弦交流电在某一时刻所处的状态，初相位则确定正弦交流电在计时起点 t = 0时的初始值。,相位差：相位差指的是两个同频率正弦交流电的相位之差，即为相位差。 两个同频率的正弦交流电的相位差就是它们的初相位之差。初相位不同，反映它们随时间变化的步调不一致。,同频率交流电相位差关
3、系a）超前或滞后 b）同相 c）反向,4）有效值交流电的有效值是根据电流的热效应规定的。若在数值相等的两个电阻中，分别通入交流电流与直流电流，在相同时间内，如果这两个电阻产生的热效应相等，则这个直流电流的数值就是该交流电流的有效值。,二、电容器与电感器,1.电容器 2.电感器 3.电容器与电感器的应用,1、电容器1）电容器的结构与类型 2）电容器的电容量 3）电容器的主要特性,1）电容器的结构与类型任何两块金属导体，中间用电介质（绝缘体）隔开，便组成了一个电容器。 电容器的种类很多，按结构可分为固定电容器、微调电容器及可变电容器三类。,常见电容器的图形符号a）微调电容器；b）可变电容器；c）一
4、般电容器；d）电解电容器,2）电容器的电容量电容器存储电荷的能力称为电容器的电容量，简称电容。 电容的大小等于电容器两极板加单位电压时所存储的电荷量。,3）电容器的主要特性（1）电容器的充放电规律（2）电容器的工作特性,（1）电容器的充放电规律电容器充放电实验电路a）实验电路 b）充电 c）放电,电容器的充放电规律为：电容器充电的过程就是极板上电荷不断积累的过程。 电容器充电与放电的快慢，取决于充放电电路中电阻与电容的乘积，而与电压的大小无关。,（2）电容器的工作特性电容器接在直流电路中，只有在接换电路时，由于电容器充电或放电，电路中才有电流通过（电荷的移动）。 电容器接在交流电路中，随着交流
5、电的不断变化，电容器将不断反复充放电，电路中形成不断变化的电流（电荷不停地来回移动）。 电容器在电路中工作时，它只是实现能量的转换，并不消耗能量。,2.电感器1）电感器的结构与类型2）电感器的电感量3）电感器的主要特性,1）电感器的结构与类型 电感线圈是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁芯、铁芯介质上绕制成的一组串联的同轴线圈。将电感线圈加上散热元件、外壳及接线柱就制成了电感器。 电感器的分类： （1）按结构分类； （2）按接线结构分类； （3）按工作频率分类； （4）按用途分类。,常用电感器图形符号a）一般电感 b）带磁芯电感 c）带铁芯电感,2）电感器的电感量电感器的电感线圈产生磁场
6、的能力，称为该线圈的电感量（又称为自感系数），简称电感。 电感器电感线圈的电感越大，则它储存的磁场能量也就越多。,3）电感器的主要特性（1）自感与互感（2）工作特性,（1）自感与互感对于接在电路中的电感线圈，当电感线圈中的电流发生变化时，电感线圈会对电流的变化起阻碍作用，即电感线圈会产生感应电动势，这称为自感。 如果是两个相邻电感线圈，当其中一个电感线圈的电流发生变化时，另一个电感线圈将产生电动势来阻止电流的变化，这称为互感。,（2）工作特性电感线圈接在直流电路中，当线圈的电流增大或减小时，电感线圈会阻碍电流的变化，但一定时间之后，阻碍作用将会消失。 电感线圈接在交流电路中，随着交流电的不断变
7、化，电感线圈将会反复不断地起阻碍作用，交流电的频率越高，阻碍作用就会越明显。 与电容器一样，电感器在电路中工作时也是实现能量的转换，实质上也是一种储能元件，它所存储的是磁场能量。,3.电容器与电感器的应用1）电容器的应用2）电感器的应用,三、单相正弦交流电路,1.纯电阻电流2.纯电感电路3.纯电容电路,1.纯电阻电路 （1）电流和电压的有效值（最大值或瞬时值）满足欧姆定律（2）电路的功率,纯电阻电路a）电路图 b）波形图,2.纯电感电路 （1）电压与电流的有效值（或最大值）满足欧姆定律（2）电感上的电压相位超前电流相位90 （3）纯电感电路不消耗功率,纯电感电路a）电路图 b）波形图,小提示在
8、一个周期内，电感吸收的电能等于它释放的磁场能，它不消耗能量，只是在电路中起能量交换作用。电感平均功率为零。,3.纯电容电路 （1）电压与电流的有效值（或最大值）满足欧姆定律。（2）电容上的电压相位滞后电流相位90。 （3）纯电容电路不消耗功率。,纯电容电路a）电路图 b）波形图,四、RLC串联电路,1.R、L、C串联电路电压和电流的关系 2.R、L、C串联电路功率的关系,1.R、L、C串联电路电压和电流的关系 RLC串联电路,根据各元件的特点，用向量表示电压与电流的关系,根据以上分析可以画出阻抗三角形，如图所示。,根据以上分析和各元件特点，可以画出电压向量图。,由图上几何关系可得：,综上所述，
9、可画出RLC串联电路的电压、电流波形图，如图所示。,在RLC串联电路中，各参数值不同，使电路呈现不同的情况和性质。 （1）当XLXC时， 0，则电路呈电感性质，类似于RL串联电路，这时总电压超前电流角。 （2）当XLXC时， 0，则电路呈电容性质，类似于RC电路，这时总电压滞后电流角。 （3）当XL=XC时， = 0，此时Z=R，则电路呈纯电阻性质，类似于R元件电路，这时总电压和电流同相，它又称为串联谐振电路。,2.R、L、C串联电路功率的关系利用有功功率P=I2R和无功功率Q=I2X的关系式，可以讨论这些功率之间的关系。,根据功率是标量的特征和上式，可以作出如图所示的总功率、有功功率和无功功
10、率的三角形关系图。,一个电源实际输出的有功功率与电源所接负载的特性有关。 电源接负载的目的是为了实现能量的转换。 要提高电源设备的利用率，必须提高电路的功率因数。,五、三相正弦交流电路,1.三相交流电源的产生2.三相电源的连接,1.三相交流电源的产生三相交流电是由三相交流发电机产生的。三相交流发电机主要由定子和转子构成。,三相交流发电机结构、波形和矢量图a）三相交流发电机结构图b）电动势波形图c）电动势矢量图,2.三相电源的连接1）三相电源的星形（Y）连接2）三相电源的三角形连接,1）三相电源的星形（Y）连接 发电机绕组的星形连接a）电路图 b）等效电路,2）三相电源的三角形连接,单元小结,1.交流电的概念 2.正弦交流电的三要素 3.单相正弦交流电路 4.三相正弦交流电路,本单元结束,
