新疆建设职业技术学院 电工基本知识及技能.

Slides:



Advertisements
Similar presentations
学年高三一轮复习 第五章 机械能及其守恒定律 第 3 节 机械能守恒定律及其应用 作课人:李明 单 位:河南省淮滨高级中学 时 间: 2015 年 10 月 12 日.
Advertisements

电工电子技术及应用 课题三 分析纯电阻纯电感电路 i ωtωt u O i u 1. 电压与电流的相位关系 用双踪示波器观察电压和电流波形,可见电流和电压同相位。 相量图 纯电阻电路.
词语(成语) 的理解与运用 真 题 例 析 方 法 总 结 1.
第 3 章 聽覺 每章扉頁 3.1 聽覺 3.2 人類耳朵的反應 3.3 聽覺缺陷.
3.1正弦交流电 3.2三相交流电动势的产生及链接方式
配電工程(十) 功因改善工程 主講人:王廷興 博士 台北科技大學冷凍空調系 副教授
噪音 合作人员: 季陆铭,徐梦溪,赵杰,杨申捷.
注册建造师 (机电安装工程管理与实务) 考前辅导 窦晖
家用电器的保养与使用 机电工程系.
第六章 拖拉机 第一节 概述 一、拖拉机类型 按其结构分: 手扶、轮式、履带式拖拉机等。 按动力的大小分: 大型拖拉机: >60 kw
欢迎同学们 到 电子电工实验中心实验.
北方华安工业集团劳模孟祥志创新工作室经验介绍
第一章 晶体二极管 1.1 半导体物理基本知识 1.2 PN结 1.3 晶体二极管电路的分析方法 1.4 晶体二极管的应用
数控技术及应用 四川电大 2004年10月.
第四章 风险管理原理.
第十章 直流电源 §1 直流电源的组成及各部分的作用 §2 整流电路 §3 滤波电路 §4 稳压二极管稳压电路 §5 串联型稳压电路
第七章 直流稳压电源 §7.1 直流稳压电源的组成和功能 §7.2 单相整流电路 §7.3 滤波电路 §7.4 稳压电路
2.2.8解:US-5500U=11I U= —US+I, I=5501/5511=0.9981A
第三章 电阻电路的一般分析.
第二章 正弦稳态电路分析.
模块三 三相电路 教学重点 教学难点 1. 了解三相交流电源的产生和特点。 2. 掌握三相四线制电源的线电压和相电压的关系。
电工技术 第三章 正弦交流电路 本章主要介绍正弦交流电路的一些基本概念,提出适应于分析正弦稳态电路的相量法,并应用相量法分析简单的正弦稳态电路,介绍正弦交流电路的功率及提高功率因数的意义和方法,重点讨论正弦交流电路的分析及计算。
第六章 正弦电流电路的相量分析 6.1 正弦电流电路的相量分析 6.2 正弦电流电路中的功率 6.3 谐振电路
第1节 光的干涉 (第2课时).
电工学简明教程(第二版) 秦曾煌 主编 主讲:信息学院 薛亚茹 第0章 绪论——课程介绍.
第6章 调幅、检波与混频电路(线性频率变换电路)
第11章 諧振電路 主題式PPT 影 片 課本圖檔.
第四章 电 路 定 理.
交流动态电路.
3.3《交变电流》 天高任鸟飞 海阔凭鱼跃.
随堂测试.
第 4 章 正弦交流电路.
第五章 正弦电路的稳态分析 5.1 正弦电压和电流 5.2 利用相量表示正弦信号 5.3 R、 L、 C元件VAR的相量形式和
RLC串联电路的稳态特性 主讲教师:章 骏 三联学院实验中心.
第8章 动态电路的时域分析 8.1 动态电路的过渡过程 8.2 一阶电路的零输入响应 8.3 一阶电路的零状态响应 8.4 一阶电路的全响应
第6章 正弦电流电路 直流量:大小和方向均不随时间变化(U、I) 直流电路 交流量:随时间周期变化、且平均值为零(u、i)
第九章 正弦稳态电路的分析 学习要点 阻抗和导纳的定义及含义; 电路的相量图; 一般正弦稳态电路的分析方法—电阻电路分析方法的推广;
正弦稳态电路的基本计算方法。 功率三角形关系。 相量图方法。
2019/1/10 电工电子技术基础 主编 李中发 制作 李中发 2003年7月.
第三篇  建筑电气电工基本知识 电工基本知识
电器基础.
第13章 集成运算放大电路.
第 2 章 正弦交流电路 2.1 正弦电压与电流 2.2 正弦量的相量表示法 2.3 单一参数的交流电路
第3章 正弦交流电路 3.1 正弦电压和电流 3.2 正弦量的相量表示法 3.3 RLC元件VAR的相量形式 3.4 复阻抗 3.5 导纳
第十章 交变电流 考 纲 展 示 高 考 瞭 望 知识点 要求 交变电流,描述交变电流的物理量和图象 Ⅰ
第 4 章 电动机 4.1 三相异步电动机的构造 4.2 三相异步电动机的工作原理 4.3 三相异步电动机的电路分析
第16章 集成运算放大器 16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用
第18章 直流稳压电源 18.1 整流电路 18.2 滤波器 18.3 直流稳压电源.
第七章 直流稳压电源 7.1 整流与滤波电路 7.2 串联式稳压电路 7.3 集成串联式稳压电路 7.4 集成开关式稳压电路 返回.
常用电子元器件 电感的识别与检测.
第九章 频率特性和谐振现象 1 网络函数和频率特性 2 RLC串联电路的频率特性 3 串联谐振电路 4 并联谐振电路.
1 在平面上畫出角度分別是-45°,210°,675°的角。 (1) (2) (3)
~第9章 基本交流電路~ 9-1 RLC交流特性 9-2 RC串聯電路 9-3 RL串聯電路 9-4 RLC串聯電路 9-5 RC並聯電路
11-1 串聯諧振電路 11-2 並聯諧振電路 11-3 串並聯諧振電路 11-4 諧振電路的應用
第6章 电路的暂态分析 6-1 基本概念及换路定则 6-2 一阶电路的暂态分析 经典法、三要素法 6-3 微分电路与积分电路.
大学物理实验 用双踪示波器观测电容特性与磁滞回线 同济大学浙江学院物理教研室.
实验五、R L C 串联谐振电路 一、实验目的 1.学习用实验方法绘制R、L、C串联电路的幅频特性曲线。
~第10章 交流電功率~ 10-1 瞬間功率 10-2 平均功率 10-3 視在功率 10-4 虛功率 10-5 功率因數
第2章 交流电路的基本分析方法 学习本章应深入理解正弦量的相量表示、三种基本元件的相量模型;理解阻抗、导纳的概念;初步理解利用阻抗、导纳来分析简单交流电路的方法;结合仿真理解无功功率、有功功率、谐振、功率因素等交流电路基础概念。
實習一 電功率及功率因數之量測 實驗 實習二 電能量之量度實驗
第十一章 正弦稳态的功率 三相电路 本章先讨论正弦稳态单口网络的瞬时功率、平均功率和功率因数。再讨论正弦稳态单口网络向可变负载传输最大功率的问题以及非正弦稳态平均功率的计算。最后介绍三相电路的基本概念。
第 4 章 正弦稳电路分析 4.1 正 弦 量 的 基 本 概 念 4.2 正弦量的相量表示法 4.4 复 阻 抗 与 复 导 纳
实用电工基础与测量 主编 陶 健 2008年10月.
第3章 单相正弦交流电路的基本知识 3.1 正弦 交流电路的 基本概念 3.2 正弦量的有效值 3.3 交流 电路中的 常用元件.
第 12 章 直流稳压电源 12.1 整流电路 12.2 滤波器 12.3 直流稳压电源 12.4 晶闸管及可控整流电路.
电工基础 第一章 基础知识 第二章 直流电路 第三章 正弦交流电路 第四章 三相电路 第五章 磁路与变压器 上一页 下一页 返 回.
第十八章 电功率 18.4 焦耳定律 制作: pyzxwfx 单位:平遥中学.
开关电源中的安规认识.
新人教A版 数学必修4 第三章 三角恒等变换 两角差的余弦公式.
电工学 山东英才学院 机械学院 电气教研室 2019/10/1.
Presentation transcript:

新疆建设职业技术学院 电工基本知识及技能

项目3 单项正弦交流电路

一、正弦交流电的产生 1.正弦交流电由交流发电机产生。 2.交流发电机结构: 定子:固定在机壳上 转子:绕有线圈的圆柱形铁心;   1.正弦交流电由交流发电机产生。   2.交流发电机结构:   定子:固定在机壳上   转子:绕有线圈的圆柱形铁心;   磁场:定子与转子之间的磁场按正弦规律分布。

  3.原动机带动线圈以速度线速度 v 沿逆时针方向旋转线圈有效边 ab 和a/b/切割磁感线产生感应电动势   4.线圈产生的总电动势 ′ 或

  如图所示的交流发电机所产生的电动势,按正弦规律变化。

二、正弦交流电的三要素 (一)瞬时值、最大值与有效值 1.瞬时值:交流电每一瞬时所对应的值。   (一)瞬时值、最大值与有效值   1.瞬时值:交流电每一瞬时所对应的值。   2.最大值:交流电在一个周期内所能达到的最大数值。    3.有效值:让交流电和直流电通过同样阻值的电阻,若它们在同一时间内产生的热量相等,就把这一直流电的数值叫这一交流电的有效值。

   电流的热效应和有效值 实验:如图所示,两个阻值相同电阻,使其通过直流电流(或电压)和交流电流(或电压),通电时间相同。 实验结果:两个电阻产生的热量相同。 结论:该直流电流值(或电压值)等于交流电流(或电压)的有效值。

  4.正弦交流电有效值和最大值之间的关系: (适用与正弦交流电)   用 E、U、I 分别表示交流电的电动势、电压、电流的有效值。各种使用交流电的电气设备上所标的额定电压、额定电流的数值,一般交流电流表、交流电压表测量的数值,都是有效值。以后提到交流电的数值,凡没特别说明的都是指有效值。

三、正弦交流电的有效值(effective value)推导过程 周期电流 i 流过电阻R 时,R 在一个周期 T 内所消耗的 电能为 直流电流I 流过电阻R 时,R 在相同时间 T 内所消耗的 若R在上述两种情况下所消耗的电能相等,则 I 称为i 的有效值。即

若考虑周期电流为正弦电流 i = Imsinωt , 则有: R I 2T = R∫ i 2 dt T 或 周期电流的有效值等于它的瞬时值的平方在一个周期内积分的平均值再取平方根,所以,有效值又称为方均根值。 (root—mean—square value) 若考虑周期电流为正弦电流 i = Imsinωt , 则有: 同理

  例如正弦交流电流 i = 2sin( t-30) A 的有效值 I = 2×0.707 = 1.414 A,如果通过 R = 10  的电阻时,在一秒时间内电阻消耗的电能(又叫做平均功率)为 P = I2R = 20 W,即与 I = 1.414 A 的直流电流通过该电阻时产生相同的电功率。   我国工业和民用交流电源的有效值为 220 V、频率为50 Hz,因而通常将这一交流电压简称为工频电压。

(二)周期、频率与角频率  1.周期:交流电完成一次周期性变化所需的时间。用 T 表示,单位:秒(s)。   2.频率:交流电在 1 s 内完成周期性变化的次数。用 f 表示,单位:赫[兹]Hz。

  3.周期与频率的关系:   4.角频率:交流电每秒钟所变化的角度: (三)相位、初相位与相位差(表示交流电变化状态)   1.相位: t +  0 叫交流电的相位。   2.初相位:t = 0 时的相位  0,叫初相位。相位可用来比较交流电的变化步调。   注意:初相的大小和时间起点的选择有关,习惯上初相用绝对值小于π的角表示。

图(b)中,φ0>0,u=Umsin(ωt+φ0); 图(c)中,φ0<0,u=Umsin(ωt-φ0)。 φ0 (a) (b) (c) 图(a)中,φ0=0,u=Umsinωt; 图(b)中,φ0>0,u=Umsin(ωt+φ0); 图(c)中,φ0<0,u=Umsin(ωt-φ0)。 φ0的正、负问题。 -π<φ0<π

本章只涉及两个同频率正弦量的相位差(与时间 t 无关)。   3.相位差:两个频率相同的交流电的相位差。用  表示。  = ( t +  01)  ( t +  02) = 01-02 本章只涉及两个同频率正弦量的相位差(与时间 t 无关)。 并规定     |12| ≤ 180 或 |12| ≤  下面讨论两个正弦量的相位关系:

相位差φ的大小与时间t、角频率ω无关,它仅取决于两个同频正弦量的初相位。 φ1 φ i φ2 u,i u ωt u=Umsin(ωt+φ1) i=Imsin(ωt+φ2) φ=(ωt+φ1)-(ωt+φ2)=φ1-φ2 相位差φ的大小与时间t、角频率ω无关,它仅取决于两个同频正弦量的初相位。

(1)  = 0 称它们为同相 (2)  =   称它们为反相

(3) =  / 2 称它们为正交 (4)01 > 02 称 i1 比 i2 超前 

 相位差的同相与反相波形   例如:已知 u = 311sin(314t  30) V,i = 5sin(314t  60) A,则 u 与 I 的相位差为 ui= (30)  ( 60) =  90,即 u 比 I 滞后 90,或 I 比 u 超前90。

  已知两正弦交流电电动势分别为           , V,试求:(1)最大值;(2)频率;(3)周期;(4)相位;(5)初相位;(6)相位差,并说明、的超前、滞后关系。 例   解:(1)最大值 (2)频率

(3)周期 (4)相位  (5)初相位  (6)相位差 即 e1 超前于 e2,此时两正弦交流电正交。

3.1 纯电阻电路 一、纯电阻电路中电流与电压的关系 二、纯电阻电路的功率

一、纯电阻电路中电流与电压的关系 理想电阻元件:忽略了分布电容和分布电感的电阻器。 纯电阻电路:将理想电阻元件与交流电源连接所组成的电路   理想电阻元件:忽略了分布电容和分布电感的电阻器。   纯电阻电路:将理想电阻元件与交流电源连接所组成的电路  1.实验探究:   实验步骤:   ① 电路连接方式如图所示。

② 将右图开关 S 闭合,改变信号发生器输出交流信号的频率和电压,观察电路中电压表和电流表的变化。

  2.实验现象: ① 当电阻两端 u 增加时,流过电阻的 i 也线性增加,且同一时刻到达最大值和最小值。 ② 当改变输出信号的频率时,电阻两端的 u 及 i 则不变。 结论:电阻两端的 u 与流过电阻的 i 同相位,如右图所示。

  3.瞬时值、有效值和最大值的计算公式   瞬时值有   有效值有   最大值 这说明,正弦交流电压和电流的有效值之间也满足欧姆定律。

4.电流、电压间的相位关系 1).加在电阻两端的电压 2).根据欧姆定律 3).比较上两式说明:   1).加在电阻两端的电压   2).根据欧姆定律   3).比较上两式说明:   在纯电阻电路中电流与电压同相,其波形图和相量图可绘如下:

[例] 将一个阻值 110  的电阻丝,接到电源上,求 通过电阻丝的电流,已知:   解:由电源电压 可知   则电阻两端的电压有效值为   流过电阻的电流有效值为   因为电流相同,电流的解析式为

相量图 相量式

二、纯电阻电路的功率 1.瞬时功率:每个瞬间电压与电流的乘积。 纯电阻电路瞬时功率的变化曲线如图所示。   1.瞬时功率:每个瞬间电压与电流的乘积。   纯电阻电路瞬时功率的变化曲线如图所示。   纯电阻瞬时功率始终在横轴上方,说明它总为正值,它总是在从电源吸收能量,是个耗能元件。

u  t O i 变化规律如图 p O  t P = U I P 有功功率是定值

单位用瓦W或千瓦KW。 平均功率是元件实际消耗的功率。 2.有功功率(平均功率)   2.有功功率(平均功率)   有功功率(平均功率):取瞬时功率在一个周期内的平均值其数学表达式为 或 单位用瓦W或千瓦KW。 平均功率是元件实际消耗的功率。   有功功率是一定值,是电流和电压有效值的乘积,也是电流和电压最大值乘积的一半。

  例 电炉的额定电压 UN = 220 V,额定功率 PN = 1 000 W ,在 220 V 的交流电源下工作,求电炉的电流和电阻。使用 2 h,消耗电能是多少? 解 由于电炉可以看成纯电阻负载,所以 电炉的电阻为 工作 2 h 消耗的电能为

三、小结 纯电阻交流电路的特点: (1)电流电压在数值关系上满足欧姆定律。 (2)电流、电压频率相同、相位相同。  (1)电流电压在数值关系上满足欧姆定律。  (2)电流、电压频率相同、相位相同。  (3)电阻上消耗的功率全为有功功率。

家庭用洗衣机中有电动机,电动机有绕组,绕组由线圈 组成,本节研究正弦交流电路中只有电感时的情况。 3.2 纯电感电路 家庭用洗衣机中有电动机,电动机有绕组,绕组由线圈 组成,本节研究正弦交流电路中只有电感时的情况。 一、电感器 二、电感器中交流电流和电压的相位关系 三、纯电感电路的功率

一、电感器 1 .电感器的感抗   理想电感元件:忽略电阻及分布电感的空心线圈。   纯电感电路:理想电感元件与交流电源连接所组成的电路,如图所示。

2 .电感器的作用   电感器的作用:对直流相当于短路,对交流有阻碍作用。   通过实验进行说明,实验步骤如下:   ① 电路如图(a)所示,接通开关,熔体烧断。   ② 把电源换成交流电源,如图(b)所示,熔体没有烧断。

结论:电感电流与电压的大小关系 3 .电感抗 电感器所加交流电压 ul 和通过的电流 il 的有效值的比值,用 XL 表示。即   电感抗的单位:欧[姆],用  。

  4 .测量电感器的感抗   实验: 测量电感的感抗   ① 电感器为 38 mH,电路图按下图接好。

② 用下表中的频率和电流的数据,测量电感器上的电压,并根据感抗计算公式进行计算。   ② 用下表中的频率和电流的数据,测量电感器上的电压,并根据感抗计算公式进行计算。 f / Hz I / mA U / V XL /  420 840 1680 10 20 30   实验结论:① 感抗 XL 与交流电流和电压的值无关与频率有关。   ② 频率不变,感抗为常数。   ③ 频率加倍,感抗也加倍。

  5 .用大电感器测量感抗   实验 :  用大电感器测量感抗   实验步骤:① 将上面实验电路图中的电感换成 76 mH。

② 用下表中所给的数据进行测量,并计算感抗。   ② 用下表中所给的数据进行测量,并计算感抗。 f / Hz I / mA U / V XL / Ω 1680 3360 10   实验结论:① 频率较高,感抗也较大。   ② 频率相同,自感量大,感抗大。   ③ 感抗与自感量有关,即自感越大,感抗越大。

反映电感对交流电流阻碍作用程度的参数叫做感抗。   6.感抗的公式   感抗与频率、自感量的关系:频率加倍,XL 加倍;自感量加倍,XL 加倍。即   XL——感抗,单位为欧[姆]()   f——频率,单位为赫[兹](Hz)   L——自感量,单位为亨(H) 显然,频率越大,电感感抗越大,对电流的阻碍作用也就越大。

式中,自感系数L的国际单位制是亨利 (H),常用的单位还有毫亨 (mH) 、微亨 (H) ,纳亨 (nH) 等,它们与H 的换算关系为 1 mH = 103 H,1 H = 106 H ,1 nH = 109 H。   如果线圈中不含有导磁介质,则叫作空心电感或线性电感,线性电感 L 在电路中是一常数,与外加电压或通电电流无关。   如果线圈中含有导磁介质时,则电感 L 将不是常数,而是与外加电压或通电电流有关的量,这样的电感叫做非线性电感,例如铁心电感。

7.线圈在电路中的作用 7.线圈在电路中的作用   7.线圈在电路中的作用   用于“通直流、阻交流”的电感线圈叫做低频扼流圈,用于“通低频、阻高频”的电感线圈叫做高频扼流圈。   7.线圈在电路中的作用   用于“通直流、阻交流”的电感线圈叫做低频扼流圈,用于“通低频、阻高频”的电感线圈叫做高频扼流圈。

二、电感器中交流电流和电压的相位关系 通过实验进行说明 实验 : 电感器中交流电压和电流的相位测试   通过实验进行说明   实验 :  电感器中交流电压和电流的相位测试   ① 采用双跟踪示波器则“A”点接通道 1;“M”点接通道 2;探头地接“B”点;输入方式为“AC”。接好的电路如图所示。

  ② 将低频信号发生器调到 U = 10 V,f = 2.5 kHz,用 600 Ω 输出。   ③ 将开关 S 打倒 2 端。测量出 10  电容器上的电压 uMB 。将 uMB 加在示波器上,显示两周波。   ④ 将 uMB 的波形画在(a)上,为电流波形。

  ⑤ 将电压 uAM 加到示波器上,这时看到的是电感器的电压。   ⑥ 把电感器上电压的波形画在右图上。   实验结论:流过电感器的交流电流落后于电压 90°,如右图所示。

结论:电感电流与电压的相位关系 电感电压比电流超前90(或 /2),即电感电流比电压滞后 90 ,如图 所示。  电感电压与电流的波形图与相量图   电感电压比电流超前90(或 /2),即电感电流比电压滞后 90 ,如图 所示。

理论分析电感元件的交流电路 - 理想的线性电感元件的交流电路如图 1. 电压与电流的关系 eL 设通过电感的电流i=Imsinωt + - eL L 理想的线性电感元件的交流电路如图 1. 电压与电流的关系 设通过电感的电流i=Imsinωt 比较两式,可知电感两端的电压和流过它的电流之 间具有如下关系: ①u与i的频率相同 ② u在相位上超前i90o ③ u与i的大小关系:Um=ImωL或U=I ωL

ωL 单位为欧姆,Ω。电压U 一定时,ωL越大,电流I越小,可见它对电流起阻碍作用, 定义为感抗: 直流: f = 0, XL =0,电感L视为短路 交流:f XL 所以, 电感L具有隔直流通交流的作用。 电压电流的相量式为:

相量图 U I= 2πfL XL,I f XL=2πfL 根据 2. 功率关系 (1) 瞬时功率

u,i ωt (b) (d) i π u 2π + p - 储能 放能 i (a) u - + L (c) · I U

(2) 平均功率 P =0表明电感元件不消耗能量。只有电源与电感元件间的能量互换。用无功功率来衡量这种能量互换的规模。 规定电感元件的无功功率为瞬时功率的幅值。 单位:var,kvar

u i - u i - u i - u i - + p >0 + p >0 p <0 p <0 瞬时功率分析: i u o 在第一个和第三个1/4周期, 电流在增大,磁场在建立, p为正值(u 和 正负相同), 电感元件从电源取用能量, 并转换为磁场能量; 在第二个 和第四个1/4周期内,电流在减 小,p为负值(u 和 一正一 负),磁场在消失,电感元件 释放原先储存的能量并转换为 电能归还给电源。这是一个可 逆的能量转换过程。在一个周 期内,电感元件吸收和释放的 能量相等。 电 压 超 前 流90o u i + - u i + - u i + - u i + - p o + p >0 + p >0 p <0 p <0 储能 放能 储能 放能

例 有一个L = 0.6 H 的电感线圈,电阻值可忽略不计,现将它 接于 V 的交流电源上,试求:(1)线 圈的感抗;(2)线圈中的电流有效值;(3)电流瞬时值表达式;(4)线圈的无功功率;(5)画出线圈电压、电流的相量图。 解:由已知           V 可得  = 314 rad/s

(1)线圈感抗为 (2)线圈中电流的有效值为 (3)电流的初相位和瞬时值 (4)线圈的无功功率  Q = UI = 220  1.17 var = 257.4 var (5)相量图

3.3 纯电容电路 一、电容器及其连接 二、电流、电压间的数量关系 三、电流、电压间的相位关系 四、纯电容电路的功率 五、小结

一、电容器及其连接 (一)电容器 1.定义:被绝缘介质隔开的两个导体的总体。 2.电容器可以容纳电荷,储存能量。   1.定义:被绝缘介质隔开的两个导体的总体。   2.电容器可以容纳电荷,储存能量。   3.电容两极板所储存的电荷量相等且与两极板之间的电压有关,电压越高电荷量越大。

4.用电容表示电容器储存电荷的本领 q ——电荷量,单位为库[仑] C。 UC ——电容器两端的电压,单位为伏[特] V。 C ——电容器的电容,单位为法[拉] F。

(二)电容器的连接   1.电容器的串联   两个电容器首尾相连   a.串联电容器中各个电容器所带电荷量相等,但极性相反   c.串联电容器组电容的倒数等于各电容器电容的倒数和。由串联电容器的电压关系可得   b.串联电容器所承受的总电压等于各电容器所承受电压之和 则

  2.电容器的并联   a.并联电容器两极板间的电压相等   b.电容器组极板总电荷等于各电容器极板电荷量之和   电容器并联相当于扩大了极板面积。   c.电容组的总电容量等于各电容器容量之和

(三)电容器中的电场能量   电容器中的能量是以电场能的方式存在的。电场能为   WC ——电容器所储存的电场能,单位为焦[耳](J) (四)交流电路中的电容器   当电容器两端加上正弦交流电后,电容器将不断的充、放电,所以电路中有持续的电流,因而可视为电容器能通过交变电流。

电容对交流电的阻碍作用叫容抗。用 XC 表示。   在电路中,用于“通交流、隔直流”的电容叫做隔直电容器;用于“通高频、阻低频”将高频电流成分滤除的电容叫做高频旁路电容器。

+ 理想的电容元件的交流电路如图 1.电流与电压的关系 其关系满足: 如果电容两端加正弦电压: ①u与i的频率相同 C + _ 理想的电容元件的交流电路如图 1.电流与电压的关系 其关系满足: 如果电容两端加正弦电压: ①u与i的频率相同 ② u在相位上滞后i 90o

③ u与i的大小关系: 或 定义: 称为容抗(Ω) 容抗XC与电容C,频率f成反比。对直流电f=0,XC→∞,因此电容对直流相当于开路,电容具有隔直通交的作用。 电压电流的相量式为: 则:

1 XC= 2πfC XC,I f I=U(2πfCL) 容抗 电容具有“通交隔直”的作用 电容电压与电流的波形图与相量图

2.功率关系 (1) 瞬时功率 (2) 平均功率 P=0表明电容元件不消耗能量。只有电源与电容元件间的能量互换。

(3) 无功功率 Q 为了同电感电路的无功功率相比较,设 有: 求得 同理,无功功率等于瞬时功率达到的最大值。 即 单位:var,kvar

u,i ωt (b) (d) i π u 2π + p - 充电 放电 i (a) u - + C (c) · I U

  1.瞬时功率   变化曲线见图。   (2)当 p > 0 时,电容从电源吸收电能转换成电场能储存在电容中;当 p < 0 时,电容中储存的电场能转换成电能送回电源。

  [例] 有一个 50 F 的电容器,接到         的工频交流电源上,求电容的电流有效值和无功率。若将交流电压改为 500 Hz 时,求通过电容器的电流为多少?    [解] (1)电压         的工频交流电压的有效值为 220V,频率为 50Hz,电容容抗为 

 (2)当 f = 500 Hz 时        [解]       电容电流为        电容容抗为       

3.4:电阻、电感和电容串联电路及谐振 电流与电压的关系 功率 电路呈现的三种性质 串联谐振

电流与电压的关系 – + L u C R i uL uC uR 设电路中电流的初相角为零,即 R、L、C 两端的电压分别为

– + L u C R i uL uC uR 总电压为   (1)电源电压矢量为电阻、电感和电容电压矢量之和 UL UC U    电压矢量符合三角形关系 I UC UR

– + L u C R i uL uC uR (2)电路的阻抗 欧(), Z、R 、 XL 、 XC 仍构成与电压相似的三角形。 阻抗角 X 称为电抗。

二、功率 1.有功功率 R、L、C 串联电路中只有电阻是耗能元件,电阻功率即为电路中的有功功率 P = URI = RI2 = UIcos 其中: UR = Ucos  为总电压 U 的有功分量。  2.无功功率 I 为电感和电容无功功率之差。即 UR Q = QL- QC = ULI - UC I = UX I= I2 X 其中:UL – UC = Usin 为总电压 U 的无功分量。 Q = UIsin 

3.视在功率 根据视在功率定义 S = UI 单位是伏安(V·A)   S、P、Q 的关系为三角形关系,与电压、阻抗三角形相似。 I P QL - QC S  U UR R XL - XC Z

三、电路呈现的三种性质 实际电路中 R、L、C 及 f 参数不同,电路对外 会分别呈现三种性质。 当 XL > XC , 电路中电压超前电流  角,电路呈感性; 当 XL < XC , 则电流超前电压  角,电路呈容性; 当 XL = XC , 则电流与电压同相,电路呈阻性。 I U UR UL  UC = U UL> UC UL< UC UL=UC

  [例] R、L、C 串联交流电路如图示。已知 R = 250 、 L= 1.2 H、C = 10 F, 。 求电路中 I、UR、UL、UC、URL 和 P、Q、S 。 – + L u C R i uL uC uR uRL [解] 电流有效值为

电压有效值分别为 UR = RI = 250  0.857 V = 214.3 V – + L u C R i uL uC uR UL = XL I = 376.8  0.857 V = 322.9 V + uRL – P = RI2 = 250  0.8572 W = 183.6 W Q = (XL-XC) I2 = (376.5 - 318.5)  0.8572 var = 42.8 var S = UI = 220  0.857 V·A = 188.5 V · A

四、 串联谐振 i 在 RLC 串联电路中,当 UL = UC,即 uR R 或 时, 谐振条件 u uL L + uC C 四、 串联谐振 – + L u C R i uL uC uR 在 RLC 串联电路中,当 UL = UC,即 或 时, 谐振条件 u 与 i 同相,这时电路中发生串联谐振。 1.谐振频率   当电路中的频率达到 f0 值时,电路就会发生谐振。

2.谐振时的阻抗 其阻抗值最小 3.谐振时电流和电压 电路中电流最大 UL= UC = XLI0 = XCI0 U = UR 4.品质因数 Q   串联谐振时,电感和电容通常会获得很大电压,将 UL 或 UC 与 U 之比称为谐振电路品质因数 其值可高达数百

– + L u C R i uL uc uR I U UR UL UC 当   如果电压过高时,可能会击穿线圈和电容的绝缘。因此,在电力系统中应避免发生串联谐振。而在无线电工程中则用串联谐振以获得较高电压。

  [例] 电阻、电感与电容串联电路参数为 R = 10  ,         L = 0.3 mH,C = 100 pF,外加交流电压有效值为 U = 10 V,          试求在其发生串联谐振时的谐振频率 f0、品质因数Q、         电感电压 UL、电容电压 UC 及电阻电压 UR。           [解] 谐振频率为        

品质因数为         电感电压为       电容电压为         电阻电压为           可见发生串联谐振时,电感和电容上会得到比外加电压高许多倍的电压,利用这个特性,可以从多个不同频率的信号中选出所要求得到的某个特定频率的信号。     

正弦交流电路中的功率

3.4、瞬时功率 设正弦电压、电流分别为 注:电压、电流取关联参考方向。 1.瞬时功率P 其中

(a) (b) 图4-41 正弦交流电路中的瞬时功率  (1) >0时,无源单口网络吸收功率 (2) <0时,无源单口网络送出功率

2.单一元件瞬时功率讨论 (1)电阻元件, 电阻元件瞬时功率波形图 见右图4-42. 图4-42电阻元件瞬时功率

(2)电感元件 a.电感元件瞬时功率波形如图4-43所示 图4-43电感元件瞬时功率

b.电感元件的能量 C.PL>0,电感元件吸收功率 PL<0,电感元件送出功率 (3)电容元件 ) 2 sin( cos( t u C t UI P j w p + - =

a.电容元件瞬时功率波形如图4所示 图4 电容元件瞬时功率 b.电容的能量 C. >0,电容元件吸收功率 <0,电容元件送出能量

日光灯电路安装

单相功率测量

功率因数表使用

单相电能表的安装