第2章汽车电工与电子技术基础

三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路汽车电工与电子技术基础主讲：伍时和三亚学院理工学院第二章正弦交流电路第二章正弦交流电路三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路第二章正弦交流电路要点：1、电容器和电感线圈的基本特性及应用常识。2、正弦交流电的有效值、角频率、相位与相位差的概念。3、RLC单一元件上，正弦电流与电压的约束关系。4、用相量法分析和计算简单交流电路，改善功率因数的意义。5、三相电源与负载的连接方法及分析计算。第二章三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路第一节电容器和电感线圈第二节正弦交流电及其相量表示第三节电阻、电感、电容在交流电路中的特性第四节RLC串联电路第五节感性负载与电容的并联电路第六节三相交流电路第二章正弦交流电路三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路UQC电容量：一.电容器具有存储电荷能力且其两端电压随存储电荷多少而变化的器件。平行板、纸质、电解等电容器。单位：法拉F、微法pF、微微法ppF。第一节电容器和电感线圈平行板电容器cuCiqq电路符号ucicCqq库伏特性cu0qqCucCUQ1、电容的基本特性三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路3、电容器的基本参数一.电容器平行板、纸质、电解、陶瓷介质等电容器。单位：法拉F、微法pF、微微法ppF。平行板电容器cuCiqq电路符号ucicCqq2、电容的种类2）、额定所作电压1）、标称容量3）、绝缘电阻单位：伏特V、千伏kV。108~1010Ω，100~10000MΩ。第一节电容器和电感线圈三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路2电容元件种类三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路21QQQ4、电容器的串联、并联串联：21UUU储存的能量：20021CUCCtCCCUduCudtiuWCC1C2串联U1U2+_U第一节电容器和电感线圈21CCQCQ21Q21211:1CCUU：2111CCC1111UCQ222UCQUCCCU2121UCCCU2112C串联等效图U+_UCUQ三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路21UUU4、电容器的串联、并联并联电压：21QQQC1C2并联U1U2+_U第一节电容器和电感线圈2211UCUCCU21CCC111UCQ222UCQC并联等效图U+_U例：FCC47012NNNUUU21FCCCCC2352121串FCCC94021并21NNNUUU？求C三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路Vuucc0)0()0(5、电容器的充电、放电充电：1)0()0(RUtii第一节电容器和电感线圈tcUeUtu)(R1C2电容充电、放电R2U2iU0)()(tiiUtuucc)()(tceRUti1)(电路的换路定律电路初始状态电路终止状态电容端电压的变化规律CR1电路的时间常数三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路(3)初始状态为零时电容电压uC的变化规律)0()()e1e1(ttRCtUUuCRCtCUUue暂态分量稳态分量电路达到稳定状态时的电压-UCuCu+UCu仅存在于暂态过程中63.2%U-36.8%UtCuo-UCutceRUti1)(三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路电阻电压：RCtURiuCReRCtRUtuCiCCedd放电电流RCtUuCe电容电压CuCiRu2.电流及电阻电压的变化规律3.、、变化曲线RuCiCutO三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路4.时间常数(2)物理意义RC令:单位:S(1)量纲sVAΩsUUuC008.36e1t当时RCtUtuCe)(时间常数决定电路暂态过程变化的快慢008.36时间常数等于电压Cu衰减到初始值U0的所需的时间。三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路0.368U23越大，曲线变化越慢，达到稳态所需要的时间越长。Cu时间常数的物理意义1URCτtRCtUUuCee321t0uc三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路当t=5时，过渡过程基本结束，uC达到稳态值。(3)暂态时间理论上认为、电路达稳态0Cut0Cu工程上认为~、电容放电基本结束。)53(ttCu0.368U0.135U0.050U0.018U0.007U0.002U234651e2e3e4e5e6etete随时间而衰减三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路5、汽车中电容式闪光电路1、触点2、弹簧片3、串联线圈4、并联线圈5、灭弧电阻6、铁心7、电解电容8、转向灯开关9、左（10右）转向信号灯及指示灯11、电源开关第一节电容器和电感线圈电路利用电容的充电、放电过程，使继电器的串联线圈3和并联线圈4产生的电磁吸力时而相加，时而相互抵消，实现触点1时而断开，时而连接从而控制灯光闪烁。P133第五章第三节内容。充电和放电的时间常数是不同的。放电通过并联线圈、触点闭合，充电通过串并联线圈、电灯闭合。3421US765118910三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路二、电感元件三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路描述线圈通有电流时产生磁场、储存磁场能量的性质。1.物理意义iNΦiψL电感:(H、mH)线性电感:L为常数;非线性电感:L不为常数电流通过N匝线圈产生(磁链)NΦψ电流通过一匝线圈产生(磁通)Φui+-线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的导磁性能等有关。lNSμL2二、电感元件三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路(H)lNSμL2自感电动势：tiLtψeLdddd2.自感电动势方向的判定(1)自感电动势的参考方向规定:自感电动势的参考方向与电流参考方向相同,或与磁通的参考方向符合右手螺旋定则。iu+-eL+-L电感元件的符号S—线圈横截面积（m2）l—线圈长度（m）N—线圈匝数μ—介质的磁导率（H/m）二、电感元件三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路(2)自感电动势瞬时极性的判别tiLeLdd0eL与参考方向相反eL具有阻碍电流变化的性质eL实+-eLui+-+-eL实-+tiddi0eLui+-+-eL与参考方向相同0tiLeLddi0tidd三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路(3)电感元件储能221LiWtiLeuLdd根据基尔霍夫定律可得：将上式两边同乘上i，并积分，则得：20021ddLiiLituiti即电感将电能转换为磁场能储存在线圈中，当电流增大时，磁场能增大，电感元件从电源取用电能；当电流减小时，磁场能减小，电感元件向电源放还能量。磁场能三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路正弦量：随时间按正弦规律做周期变化的量。iRu+___itu+_正弦交流电的优越性：便于传输；易于变换便于运算；有利于电器设备的运行；.....正半周负半周iRu+_第二节正弦交流电及其相量表示法三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路设正弦交流电流：角频率：决定正弦量变化快慢幅值：决定正弦量的大小幅值、角频率、初相角成为正弦量的三要素。初相角：决定正弦量起始位置tIisinmIm2TitO第二节正弦交流电及其相量表示法三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路周期T：变化一周所需的时间（s）角频率：πfTπω22（rad/s）Tf1频率f：（Hz）T*无线通信频率：30kHz~30GMHz*电网频率：我国50Hz，美国、日本60Hz*高频炉频率：200~300kHZ*中频炉频率：500~8000HzitO第二节正弦交流电及其相量表示法三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路有效值：与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。幅值：Im、Um、Em则有TtiTI02d1交流直流dtRiT20RTI2TttωIT1022mdsin2mI幅值必须大写,下标加m。同理：2mUU2mEE有效值必须大写第二节正弦交流电及其相量表示法三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路给出了观察正弦波的起点或参考点。:4.1.3初相位与相位差ψt相位：注意：交流电压、电流表测量数据为有效值交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值初相位：表示正弦量在t=0时的相角。反映正弦量变化的进程。itω)sin(mψtωIiO0)(tt第二节正弦交流电及其相量表示法三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路)sin(1mψtωUu如：)()(21tt21ψψ若021ψψ电压超前电流两同频率的正弦量之间的初相位之差。相位差：uiuiωtO12)sin(2mψtωIi第二节正弦交流电及其相量表示法)mVsin(30560t1u如：mA0540)sin(3t1i)3/105()3/105(tt3233）（三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路电流超前电压9021ψψ90电压与电流同相021ψψ电流超前电压021ψψ电压与电流反相18021ψψuiωtuiOuiωtui90°OuiωtuiOωtuiuiO三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路②不同频率的正弦量比较无意义。①两同频率的正弦量之间的相位差为常数，与计时的选择起点无关。注意:ti2i1iO三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路二、正弦量的相量表示法瞬时值表达式)sin(mtUu前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。波形图１.正弦量的表示方法重点必须小写相量ψUUutωO三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路2.正弦量用旋转有向线段表示ω)(sinmψtUu设正弦量:若:有向线段长度=mUω有向线段以速度按逆时针方向旋转则:该旋转有向线段每一瞬时在纵轴上的投影即表示相应时刻正弦量的瞬时值。有向线段与横轴夹角=初相位1u1tωu0xyOmUψutωO动画三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路+j+1Abar03.正弦量的相量表示复数表示形式设A为复数:(1)代数式A=a+jbabψarctan22bar复数的模复数的辐角实质：用复数表示正弦量式中:ψracosψrbsin(2)三角式)sinj(cossinjcosψψrψrψrA由欧拉公式:2jeesinjjψψψ,2eecosjjψψψ三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路(3)指数式ψrAjeψψψsinjcosej可得:)(sinmψtωUu设正弦量:相量:表示正弦量的复数称相量电压的有效值相量ψrrrjrbaAψjesincosj(4)极坐标式ψrA相量表示:相量的模=正弦量的有效值相量辐角=正弦量的初相角ψUUeUψj三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路电压的幅值相量①相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。注意:)(sinmψtωIi？=②只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。③只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。相量的模=正弦量的最大值相量辐角=正弦量的初相角ψUeUUψmjmm或：ψIeIψmjmUI三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路⑤相量的书写方式模用最大值表示，则用符号：mmIU、④相量的两种表示形式相量图:把相量表示在复平面的图形实际应用中，模多采用有效值，符号：IU、可不画坐标轴如：已知)V45(sin220tωuVe220j45mUVe2220j45U则或)jsincos(ejψψUψUUUψ相量式:UI三亚学院理工职业学院第二章正弦交流电路90je旋转因子：j90sinj90cosej90⑥“j”的数学意