第二章正弦交流電路主要內(nèi)容

返回目錄§2-3正弦交流電路中的元件

§2-4

電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路

§2-5三相交流電路

§2-1

正弦交流電的基本概念

★本章小結(jié)★§2-2

正弦交流電的表示方法

§2-6

安全用電

職業(yè)教育機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”新形態(tài)教材§2-1正弦交流電的基本概念§2-1正弦交流電的基本概念

一、正弦交流電的產(chǎn)生正弦交流電是指隨時(shí)間按照正弦規(guī)律發(fā)生變化的電壓或電流。正弦交流電通常可以由交流發(fā)電機(jī)來(lái)產(chǎn)生。如圖2-1所示，線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，切割磁力線，在線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。圖2-1交流發(fā)電如果在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)外接負(fù)載，那么線圈和負(fù)載就可以構(gòu)成閉合回路，電路中就會(huì)有正弦電流通過(guò)?！?-1正弦交流電的基本概念

二、正弦交流電的三要素1．振幅值交流電在變化過(guò)程中，每一時(shí)刻的值都不同。正弦量在任一瞬時(shí)的值稱(chēng)為瞬時(shí)值，用小寫(xiě)字母表示，例如i、u、e分別表示電流、電壓和電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值。瞬時(shí)值是時(shí)間的函數(shù)。瞬時(shí)值中最大的值稱(chēng)為幅值或最大值，用帶m下標(biāo)的大寫(xiě)字母表示，如Im、Um、Em分別表示電流、電壓、電動(dòng)勢(shì)的最大值。圖2-2是正弦電流的波形，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為§2-1正弦交流電的基本概念

2．周期與頻率正弦量按正弦規(guī)律完整變化一周所需時(shí)間（如圖2-2所示）稱(chēng)為周期，用T表示，其單位是秒（s）。每秒內(nèi)變化的周數(shù)稱(chēng)為頻率，用f表示，單位是赫茲（Hz）。周期與頻率互為倒數(shù)，即角頻率，單位是弧度/秒（rad/s）圖2-2正弦交流電的波形§2-1正弦交流電的基本概念

3．相位與初相位正弦電流一般表示為

相位，反映了正弦量隨時(shí)間變化的進(jìn)程

初相位，簡(jiǎn)稱(chēng)初相。

圖2-3中兩個(gè)同頻率正弦量的相位角或初相角之差稱(chēng)為相位差，用表示：當(dāng)兩個(gè)同頻率正弦量的計(jì)時(shí)起點(diǎn)改變時(shí)，即圖2-3的縱軸左右移動(dòng)時(shí)，和的相位和初相都跟著改變，但兩者之間的相位差仍保持不變?！?-1正弦交流電的基本概念

圖2-3u和i的相位差§2-1正弦交流電的基本概念

例2-1

已知A，A，求與的角頻率、周期、頻率、幅值、有效值、初相位和相位差，并作圖。圖2-4例2-1圖§2-1正弦交流電的基本概念

交流電流的有效值、交流電壓的有效值和交流電動(dòng)勢(shì)的有效值分別用、和表示有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的，即：某一交流電流通過(guò)電阻在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量，與另一直流電流通過(guò)相同電阻在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則此直流電流的數(shù)值就作為交流電流的有效值。三、正弦交流電的有效值繼續(xù)返回§2-2正弦交流電的表示方法§2-2正弦交流電的表示方法

一、波形圖表示法

波形圖能夠表示正弦量，是因?yàn)樗芊从吵稣伊康娜齻€(gè)要素。波形圖的最高點(diǎn)即是正弦量的幅值，從波形圖與橫軸的交點(diǎn)可以求出正弦量的周期，正弦波從負(fù)到正過(guò)零點(diǎn)的地方與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離就是初相。當(dāng)零點(diǎn)在原點(diǎn)的左側(cè)時(shí)，初相ψ>0；當(dāng)零點(diǎn)在原點(diǎn)的右側(cè)時(shí)，初相ψ<0。用波形圖表示正弦量形象、直觀，但不便于計(jì)算。二、三角函數(shù)表示法三角函數(shù)即為正弦量的解析表達(dá)式，它是正弦量表示最基本的方法，如：§2-2正弦交流電的表示方法

三、相量表示法

復(fù)平面（圖2-5）中從原點(diǎn)引一有向線段即表示一個(gè)復(fù)數(shù)，其實(shí)部為，虛部系數(shù)為，該復(fù)數(shù)的代數(shù)式為該有向線段的長(zhǎng)度為

表示復(fù)數(shù)的大小，稱(chēng)為復(fù)數(shù)的模。

角是該有向線段與實(shí)軸正向之間的夾角，稱(chēng)為復(fù)數(shù)的幅角圖2-5復(fù)數(shù)表示法§2-2正弦交流電的表示方法

復(fù)數(shù)的三角函數(shù)表達(dá)式已知復(fù)數(shù)的模和幅角，就可以寫(xiě)出復(fù)數(shù)的指數(shù)表達(dá)式，其形式為

相量表示法就是用復(fù)數(shù)的模表示正弦量的有效值或最大值，用復(fù)數(shù)的幅角表示正弦量的初相位。線性正弦交流電路中，各支路的電流、電壓的頻率都和電源的頻率相同。這些電流、電壓之間的加、減運(yùn)算，可以歸結(jié)為同頻率正弦量的加減。

2．同頻率正弦量相加減§2-2正弦交流電的表示方法

繼續(xù)返回圖2-6例2-3電路圖§2-3正弦交流電路中的元件

§2-3正弦交流電路中的元件

這種只有某一個(gè)參數(shù)（、或）單獨(dú)作用的電路，稱(chēng)為單一元件電路。一、純電阻元件交流電路（圖2-7）

或

瞬時(shí)功率§2-3正弦交流電路中的元件圖2-7純電阻元件的交流電路a)電路圖b)電壓、電流波形圖c)電壓、電流相量圖d)功率波形圖§2-3正弦交流電路中的元件二、純電感元件交流電路（圖2-8）

純電感電路中如果加直流電壓，則因其電阻為零，所以將呈現(xiàn)短路狀態(tài)；如果加正弦交流電壓，則電路中將有正弦電流通過(guò)。平均功率在純電感元件的交流電路中，在相位上電壓比電流超前90o?！?-3正弦交流電路中的元件圖2-8純電感元件的交流電路a)電路圖b)電壓與電流波形圖c)電壓與電流相量圖d)功率波形§2-3正弦交流電路中的元件在純電感元件的交流電路中，電壓的幅值（或有效值）與電流的幅值（或有效值）之比為。顯然它的單位為歐姆（Ω）。當(dāng)電壓一定時(shí)，越大，則電流越小。可見(jiàn)它具有阻礙交流電流的性質(zhì)，故稱(chēng)為感抗，用表示或感抗與成正比，與頻率成正比。因此，當(dāng)一定時(shí)，電感對(duì)頻率越高的電流阻礙作用越大，而對(duì)直流電流（因其=0）=0，故電感對(duì)直流相當(dāng)于短路。這就是所謂電感的“通直隔交”作用?！?-3正弦交流電路中的元件本題的相量圖如圖示2-9所示。圖2-9例2-5中的相量圖§2-3正弦交流電路中的元件三、純電容元件交流電路（圖2-10）在純電容元件交流電路中，在相位上電壓比電流滯后90?或

容抗與成反比，與頻率成反比。因此，當(dāng)一定時(shí)，頻率越高的電流越易通過(guò)電容，即電容元件對(duì)高頻電流表現(xiàn)的容抗很小，而對(duì)直流電流，因，呈現(xiàn)的容抗，這就是所謂電容的“通交隔直”作用?！?-3正弦交流電路中的元件圖2-10純電容元件的交流電路a)電路圖b)電壓與電流波形圖c)電壓與電流相量圖d)功率波形§2-3正弦交流電路中的元件相量表示在純電容元件的交流電路中，沒(méi)有能量消耗，只有電源與電容元件間的能量交換。表示電壓的有效值等于電流的有效值與容抗的乘積

是一個(gè)幅值為，并以2的角頻率隨時(shí)間變化的交變量

§2-3正弦交流電路中的元件圖2-11例2-6的相量圖其相量圖如圖2-11所示。繼續(xù)返回§2-4電阻、電感、電容元件

串聯(lián)的交流電路圖2-12電阻、電感與電容串聯(lián)的交流電路

a)電路圖b)相量圖§2-4

電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路

一、串聯(lián)電路電阻、電感、電容元件組成的串聯(lián)電路，簡(jiǎn)稱(chēng)串聯(lián)電路。

§2-4電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路

稱(chēng)為串聯(lián)電路的阻抗，它具有對(duì)交流電流起阻礙作用的性質(zhì)，其單位也是歐姆（Ω）。電源電壓與電流之間的相位差（圖2-13b）

在一定的頻率下：①如果，則>0，說(shuō)明電路總電壓超前電流，此種情況電路呈電感性；②如果，則<0，電路總電壓滯后電流，電路呈電容性；③如果，則=0，電路總電壓與電流同相，電路呈純電阻性。

二、阻抗及阻抗三角形§2-4電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路圖2-13串聯(lián)電路中的三個(gè)三角形a)阻抗三角形b)電壓三角形c)功率三角形§2-4電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路用相量表示電壓與電流的關(guān)系，則為

三、電壓與電流的相位關(guān)系§2-4電阻、電感、電容元件串聯(lián)的交流電路串聯(lián)交流電路的無(wú)功功率為

功率因數(shù)視在功率單位V·A或kV·A繼續(xù)返回功率三角形如圖2-13c§2-5三相交流電路§2-5三相交流電路

一、三相電動(dòng)勢(shì)三相交流電路是由三個(gè)單相交流電路組成。這三個(gè)單相交流電路的電動(dòng)勢(shì)最大值相等，頻率相同，相位彼此各自相差120?，即

由圖2-14可知，三相對(duì)稱(chēng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值之和恒等于零，即。

圖2-14三相電動(dòng)勢(shì)的波形圖與相量圖§2-5三相交流電路二、三相電源繞組的聯(lián)結(jié)圖2-15三相電源繞組的星形聯(lián)結(jié)相電壓線電壓中性點(diǎn)零線火線§2-5三相交流電路圖2-16電源繞組星形接法時(shí)線電壓與相電壓的相量圖線電壓與相電壓的大小關(guān)系也可從相量圖上得出或

§2-5三相交流電路三、三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)1．三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)三相電路中每相負(fù)載中的電流稱(chēng)為相電流，記為，每根相線中的電流稱(chēng)為線電流，記為。在三相負(fù)載為星形聯(lián)接時(shí)，相電流即為線電流，即圖2-17負(fù)載星形聯(lián)結(jié)的完整三相四線制電路§2-5三相交流電路2．三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)圖2-18三相負(fù)載的三角形聯(lián)結(jié)§2-5三相交流電路三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)時(shí)的相量圖如圖2-19所示。由圖中可見(jiàn)，顯然線電流也是對(duì)稱(chēng)的。線電流在相位上比對(duì)應(yīng)的相電流滯后30?。圖2-19三相負(fù)載對(duì)稱(chēng)的三角形聯(lián)結(jié)時(shí)電壓與電流相量圖§2-5三相交流電路★結(jié)論：當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載作三角形聯(lián)結(jié)時(shí)，如果三相電源對(duì)稱(chēng)，則三相負(fù)載的相電壓、相電流也對(duì)稱(chēng)。其負(fù)載相電壓為對(duì)應(yīng)的電源線電壓，相線中的線電流是負(fù)載中相電流的倍，各線電流在相位上比對(duì)應(yīng)的相電流滯后30?。

3．三相功率三相交流電路可以看成是三個(gè)單相電路的組合。因此，三相交流電路總的有功功率必等于各相有功功率之和，即相位差相電壓相電流§2-5三相交流電路繼續(xù)返回當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)時(shí):

無(wú)功功率:視在功率:當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)時(shí):

§2-6安全用電§2-6安全用電

。

一、觸電事故用電中可能發(fā)生各種不同形式的觸電事故，從總的情況來(lái)看，常見(jiàn)的觸電形式有如下幾種：1）接觸了帶電體。這種觸電往往是由于用電人員缺乏用電知識(shí)或在工作中不注意，不按有關(guān)規(guī)章和安全工作距離辦事等，直接觸碰裸露在外面的導(dǎo)電體。這種觸電是最危險(xiǎn)的。2）由于某些原因，電氣設(shè)備絕緣受到了破壞而漏電，用電人員沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)或是疏忽大意，觸碰了漏電的設(shè)備。3）由于外力的破壞等原因，使送電的導(dǎo)線斷落在地上，導(dǎo)線周?chē)写罅繑U(kuò)散電流向大地流入，人行走時(shí)跨入了有危險(xiǎn)電壓的范圍，造成跨步電壓觸電?！?-6安全用電

4）高壓送電線路處于大自然環(huán)境中，由于風(fēng)力的摩擦或與其他帶電導(dǎo)線并架等原因而受到感應(yīng)，在導(dǎo)線上帶了靜電，工作時(shí)不注意或未采取相應(yīng)措施，上桿作業(yè)時(shí)觸碰帶有靜電的導(dǎo)線而觸電。二、影響觸電傷害程度的因素根據(jù)大量觸電事故資料的分析和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，觸電所引起的傷害程度與下列因素有關(guān)：1）人體電阻的大小2）電流的大小3）電流通過(guò)時(shí)間的長(zhǎng)短§2-6安全用電

三、觸電方式1）單相觸電2）兩相觸電3）跨步電壓觸電4）接觸電壓觸電5）感應(yīng)電壓觸電6）剩余電荷觸電§2-6安全用電

四、家庭安全用電措施1）不要購(gòu)買(mǎi)“三無(wú)”的假冒偽劣家用產(chǎn)品。2）使用家電時(shí)應(yīng)有完整可靠的電源線插頭。對(duì)金屬外殼的家用電器都要采用接地保護(hù)。3）不能在地線上和零線上裝設(shè)開(kāi)關(guān)和保險(xiǎn)絲。禁止將接地線接到自來(lái)水、煤氣管道上。4）不要用濕手接觸帶電設(shè)備，不要用濕布擦抹帶電設(shè)備。5）不要私拉亂接電線，不要隨便移動(dòng)帶電設(shè)備。6）檢查和修理家用電器時(shí)，必須先斷開(kāi)電源。7）家用電器的電源線破損時(shí)，要立即更換或用絕緣布包扎好。8）家用電器或電線發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)先斷開(kāi)電源再滅火?！?-6安全用電

五、焊接安全用電措施1）所有焊接中使用的各種焊機(jī)應(yīng)放在通風(fēng)，干燥的地方，放置平穩(wěn)。需露天作業(yè)的，要做好防雨，防雪工作。2）焊接設(shè)備的安裝、修理和檢查應(yīng)由電工進(jìn)行，焊工不得私自拆修。焊機(jī)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)立即拉下電源閘刀，通知電工檢修。3）焊接作業(yè)前，應(yīng)先檢查焊機(jī)外殼接地（或接零）是否可靠，電纜接線是否良好，否則，不得合閘作業(yè)。4）推拉電源閘刀開(kāi)關(guān)，必須戴絕緣干燥的皮手套且頭部偏斜，站在左側(cè)、推拉動(dòng)作要快，以防面部被電火花灼傷。5）起動(dòng)焊機(jī)時(shí)，焊鉗與焊件不能接觸