交流电基础知识

第二节交流电的基础知识第十二章交直流电的基础知识各种形式的交流电()etttt()etttt简谐波尖脉冲矩形波调幅波锯齿波调频波交流电:电源电动势随时间作周期性变化正弦交流电概念：1交流电：大小和方向随时间作有规律变化的电压和电流称为交流电,又称交变电流.2正弦交流电是随时间按照正弦函数规律变化的交流电.3由于交流电的大小和方向都是随时间不断变化的,也就是说,每一瞬间电压（电动势）和电流的数值都不相同,所以在分析和计算交流电路时,必须标明它的正方向.一、单相正弦交流电的基本概念1.正弦交流电（1）正弦交流电的产生：正弦交流电由交流发电机产生的。（2）正弦交流电的三要素：最大值、频率、初相角电动势电压电流)tsin(Eeem)sin(umtUu)sin(imtIi初相角正弦值最大值)sin(emtEe表达式各部分的含义电动势瞬时值相位角频率itωt10Ф2uuiФ1t2ππ22.正弦交流量的瞬时表达式：tIimsintitmI：电流最大值：角频率（弧度/秒）：初相角mI特征量:tIimsin为正弦电流的最大值mI在工程应用中常用有效值。常用交流电表指示的电压、电流读数，就是被测物理量的有效值。标准电压220V，也是指供电电压的有效值。最大值电量名称必须大写,下标加m。如：Um、Im3.正弦波特征量之一----最大值、有效值tIisin2有效值:交流电与直流电在灯泡上消耗的电能等值直流交流K灯泡100W表示符号:必须用大写：E、U、I表示.有效值概念•若一个交流电流i和一个直流电流Ⅰ在相同的时间内通过同一电阻产生的热量相等.则我们称直流电流Ⅰ为交流电i的有效值。有效值与最大值的关系:mmE707.02EE.12:EEm即mmI707.02II.22:IIm即mmU707.02UU.32:UUm即符号说明瞬时值---小写u、i有效值---大写U、I最大值---大写+下标mU问题电器~220V最高耐压=300V若购得一台耐压为300V的电器，是否可用于220V的线路上?该用电器最高耐压低于电源电压的最大值，所以不能用。2有效值U=220V最大值Um=220V=311V电源电压描述变化周期的几种方法1.周期T：变化一周所需的时间单位：秒，毫秒..Tf1fT223.角频率ω：每秒变化的弧度单位：弧度/秒2.频率f：每秒变化的次数单位：赫兹，千赫兹...itTtIimsin角频率ω：单位时间内交流电所经历的电角度(反映交流电变化快慢的物理量)。正弦波特征量之二--角频率e0π2πtT1.周期（T）：正弦交流电从零→最大→零→负最大→零；这样循环变化一周所需的时间叫周期.周期表明交流电变化的快慢,我国交流电的周期为:T=0.02秒变化一周所需要的时间称之为周期2.频率（F）：1).定义:正弦交流电在1秒钟内完成周期变化的次数叫频率。式中:T－周期（S秒）F－频率（Hz赫芝）单位:1千赫芝=1000赫芝FT1TF12).周期与频率的关系T我国交流电频率每秒变化50次e0π2πt周期为:T=0.02秒ω单位:（弧度/秒）∵f=50HZ∴秒弧度/3145014.3222fT3.电角速度（角频率ω）每秒变化的弧度1).相位(又称相位角):表示正弦量进程的物理量.上解析式中(ωt+φ)称为正弦量的相位,它表明周期运动中处于什么状态和位置的一个量(用电度角φ或θ).相位一般是指两个同频率波形，过零点的时间差。例.2).初相位:式中φ为正弦量的初相角,也就是t=0时的相位角.Emet那当,90)(0e,180)t(那当例.)300sin(3110e那么就是的初相位。030e正弦波特征量之三--初相位说明：给出了观察正弦波的起点或参考点，常用于描述多个正弦波相互间的关系。it1212tt222111sinsintIitIimm122i1it3).相位差:同频率正弦量的相位之差称相位差(不随时间变化的常数).同相位1i1221t2i021落后于2i1i2it1相位落后21i2i相位领先1i12021领先于1i2it两种正弦信号的相位关系Δφ=φ1—φ2=±π/2Δφ=φ1—φ2=πΔφ=φ1—φ2=0Δφ=φ1—φ2＞0iut01020iut01020同相反相iut01020相位差10u和i正交Φ1超前φ2（Φ2滞后φ1)BuCuAut三相交流电路：三相电压初相位各差1200幅度：A707.021A1IIm301000sinti已知：Hz159210002rad/s1000f频率：30初相位：例：三要素计算二、交流电路的功率和功率因数电阻元件在交直流电路中都是限制电流的，从电源取用能量，在这里就是电阻元件从电源取用电能而转换为热能，这是一种不可逆的能量转换过程，定义为有功功率。电感元件和电容元件都是储能元件，它们与电源间进行能量互换，是工作所需，但这对电源来说，也是一种负担，对储能元件本身说，没有消耗能量，故将往返于电源与储能元件之间的功率命名为无功功率。1.有功功率和功率因数有功功率是电路中负载实际消耗的功率:P=UIcosφ有功功率P的单位是瓦特【W】。上式表明，有功功率等于电路端电压有效值U和流过负载的电流有效值I的乘积，再乘以cosφ。式中cosφ称为功率因数。其值取决于电路中用电器的性质。2.无功功率无功功率是与电源交换的功率：Q=UIsinφ对于感性电路，φ＞0，则sinφ＞0，无功功率Q为正值；对于电容性电路，φ＜0，则sinφ＜0，无功功率Q为负值。当Q＞0时，为吸收无功功率；当Q＜0时，则为发出功率。无功功率Q的单位是：乏（var）3.视在功率在交流电路中，端电压与电流的有效值乘积称为视在功率，用S表示。即S=UI视在功率的单位为伏安(VA)或千伏安(KVA)。视在功率S通常用来表示电气设备的容量。容量说明了电气设备可能转换的最大功率。电源设备如变压器、发电机等所发出的有功功率与负载的功率因数有关，不是一个常数，因此电源设备通常只用视在功率表示其容量，而不是用有功功率表示。有功功率P,，无功功率Q，视在功率S之间存在如下关系：P=UIcosψ=ScosψQ=UIsinψ=SsinψS==UIψ=显然，S、P、Q构成一个直角三角形，如上图所示。此三角形成为功率直角三角形,它与同电路的电压三角形，阻抗三角形相似。22QPPQtg1有功功率P的单位是瓦特【W】；无功功率Q的单位是乏尔【var】；视在功率S的单位是伏安【VA】。a.三个是相似三角形。如下图b.电压三角两边除以Ⅰ得阻抗三角，电压三角两边乘以Ⅰ得功率三角。c.阻抗三角的R，X，Z不是矢量，其三边不能画成矢量图。Z和R间的夹角为阻抗角。A.有功功率的计算：B.无功功率的计算：C.视在功率的计算：功率关系：φUULUR电压三角形ZXLR阻抗三角形φSQP功率三角形cos2IURIIUPRsinIUIUQLL22LQPIUS电压三角形，阻抗三角形和功率三角形特点：实际生产和生活中，大多数电气设备和用电器都是感性的，因此要向电源吸取一定的无功功率，造成线路功率因数较低的现象。功率因数低不仅造成电力能源的浪费，还能增加线路上的功率损耗，为了避免此类现象造成的影响，电力系统要设法提高线路的功率因数。提高功率因数的意义是什么？如何提高？电路的功率因数决定于负载的性质。只有电阻性负载（例如白炽灯，电阻炉等）的功率因数才等于1，其它负载的功率因数均小于1。4、功率因数的提高1）.提高功率因数的意义2）.提高功率因数的方法尽量减少感性设备的空载和轻载。jXLR-jXCIUaICI1电动机当用电气设备是感性负载时，用一个适当的电容与之并联，就能够提高电气设备的功率因数，从而提高整个电网的功率因数。在感性设备两端并联适当电容。让无功电流在电容和电感之间进行环流。