电工电子技术与技能教学课件 作者 陈振源 第3章单相正弦交流电路.ppt

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1、第3章单相正弦交流电路知识目标●了解正弦交流电的基本概念，知道正弦交流电的三要素。●了解正弦交流电的3种表示法。●知道纯电阻、纯电感、纯电容电路在交流电路中的基本特性。●理解RL、RC串联电路的电压、电流关系，会估算其交流阻抗。●了解LC谐振电路的工作特性。技能目标●掌握交流电表、钳形电流表、万用表、试电笔的使用方法。●学习用示波器观察信号波形。●会按照图纸要求安装荧光灯电路，并能排除荧光灯电路简单故障。3.1交流电的基本知识3.2基本正弦交流电路3.3串联交流电路3.4LC谐振电路（选学）3.5技能实训3.1交流电的基本知识交流电是指大小和方向随时间作周

2、期性变化，并且在一个周期内的平均值为零的电压、电流和电动势。3.1.1正弦交流电的三要素观测交流电的波形通常使用的仪器是示波器，如图3.3所示。图3.3示波器电流的一般解析式（即瞬时值表达式）为1．最大值最大值又称振幅或峰值，是指交流电在一个周期内数值最大的值，用大写的字母带下标m表示，如Im、Um、Em等。如果交流电通过一个电阻时，在一个周期内产生的热量与某直流电通过同一电阻在同样长的时间内产生的热量相等，就将这一直流电的数值定义为交流电的有效值。2．角频率角频率是表示正弦交流电变化快慢的物理量，是指单位时间内变化的弧度数，单位是弧度/秒（rad/s）。

3、3．初相位在正弦交流电的表达式中，角度（ωt+φ0）叫相位角，简称相位，初相角则是指正弦交流电在计时起点t=0时的相位角值，也就是角度φ0，初相角的范围是（−，+），它有以下3种情况。（1）交流电i1的相位角φ01＞0，表明正弦量在t=0时的值为正数，其波形图的零点在坐标原点左侧，与纵轴相差的电角度为φ01，如图3.6所示。图3.6初相角的3种情况（2）交流电i2的相位角φ02＜0，表明正弦量在t=0时的值为负数，其波形图的零点在坐标原点右侧，与纵轴相差的电角度为φ02。（3）交流电i3的相位角φ0=0，表明正弦量在t=0时的值为零，其波形图的零点与坐

4、标原点重合。在实际应用中，我们经常需要描述同频率交流电之间的前后关系，于是就有相位差这一物理量，相位差是用来表征两个同频率正弦交流电之间的相位关系。3.1.2正弦交流电的表示法正弦交流电一般有3种表示方法：解析式表示法、波形图表示法和相量表示法。相量表示法又叫矢量图示法，是用旋转矢量表示正弦量的方法。图3.9所示为正弦交流电流的旋转矢量图。图3.9正弦交流电流的矢量图示法3.2基本正弦交流电路3.2.1纯电阻电路由交流电源和电阻组成的电路称为纯电阻电路。图3.13纯电阻用电器1．电压和电流的关系为了体验交流电路中电阻两端所加电压与流过电阻的电流之间的相位关

5、系，先动手做以下实验。图3.14纯电阻电路中电压与电流变化实验电路当电流表和电压表指针同时由左向右偏转，达到右边最大值，同时回到零；电流表和电压表指针又同时由右向左偏转，达到左边最大值。实验现象表明：在纯电阻组成的交流电路中，电流与电压变化步调一致，同时达到最大值、零值和最小值，二者同相位，图3.15纯电阻电路2．功率（1）瞬时功率p。瞬时功率是电路中某时刻电阻所消耗的功率，单位瓦特（W）。p=UI（2）有功功率P。3.2.2纯电感电路电阻和分布电容可以忽略不计的电感线圈作交流负载的电路，称为纯电感电路。1．电流与电压的关系（1）在纯电感的电路交流电路中

6、，电压与电流是同频率的正弦交流电。（2）在纯电感的电路交流电路中，电压超前电流90°，其矢量如图3.19所示。图3.19纯电感的电压超前电流90°2．电感器的感抗电感器所加交流电压uL与流过电感器电流iL的有效值的比值称为感抗，用XL表示，即（1）电感线圈的感抗与电压、电流的有效值无关。（2）在工作频率变化的情况下，频率越高，感抗也越大。所以我们通常认为，电感对直流而言相当于短路，对交流则有阻碍作用，且频率越高，阻碍作用也越大。（3）在工作频率相同的情况下，自感量L越大，感抗越大，即3．电路的功率（1）瞬时功率p。电感上的电压与电流的瞬时值的乘积称为瞬时功

7、率。①瞬时功率以电流i或电压u的2倍频率变化；②当p= 0时，电感从电源吸收电能转换成磁场能储存在电感中，当p＜0时，电感中储存的磁场能转换成电能送回电源；③瞬时功率p的波形在横轴上、下的面积是相等的，所以电感不消耗能量，是个储能元件。（2）有功功率P。P= 0图3.22纯电感电路瞬时功率4．无功功率把纯电感电路中瞬时功率的最大值称为无功功率。3.2.3纯电容电路可忽略漏电阻和分布电感的理想电容元件与交流电源连接组成的电路，称为纯电容电路。1．电流与电压的关系（1）电压与电流是同频率的正弦交流电。（2）电流超前电压90°，其矢量如图3.25所示。（3）电压

8、与电流有效值的关系为。图3.24纯电容电路电压、电流波形图图3.2