单相正弦交流电路的基本知识.pptVIP

电路分析基础 返节目录 返节目录 电路分析基础 返章目录 3.1 正弦 交流电路的 基本概念 3.2 单一 参数的正弦 交流电路 第3章 单相正弦交流电路的基本知识 本章的学习目的和要求 正弦交流电路的基本理论和基本分析方法是学习电路分析的重要内容之一，应很好掌握。通过对本章的学习，要求能够正确理解正弦交流电的基本概念；熟悉正弦交流电的几种表示方法；深刻理解相量的概念，牢固掌握单一参数上电压、电流关系及功率的关系；初步掌握多参数组合的串、并联正弦交流电路的分析与计算方法。 前面两章所接触到的电压和电流均为稳恒直流电，其大小和方向均不随时间变化，称为稳恒直流电，简称直流电。直流电的波形图如下图所示： u、i t 0 电子通讯技术中通常接触到电压和电流，通常其大小随时间变化，方向不随时间变化，称为脉动直流电，如图所示。 3.1 正弦交流电路的基本概念 电压或电流的大小和方向均随时间变化时，称为交流电，最常见的交流电是随时间按正弦规律变化正弦电压和正弦电流。表达式为： u、i t 0 正弦交流电解析式与波型图 波形图为： 3.1.1 正弦量的三要素 1. 正弦交流电的周期、频率和角频率 角频率ω 正弦量单位时间内变化的弧度数。 角频率与周期及频率的关系： 周期T 正弦量完整变化一周所需要的时间。 频率f 正弦量在单位时间内变化的周数。 周期与频率的关系： 3.1.1 正弦量的三要素 2. 正弦量的瞬时值、最大值和有效值 瞬时值 正弦量对应第一时刻的数值，通常用解析式表示： 最大值 正弦量在一个周期内振荡的正向最高点： u t 0 3.1.1 正弦量的三要素 指与交流电热效应相同的直流电数值。 R i i t 时间内在R上产生的热量为Q 例 我们就把与交流电热效应相同的直流电流 I 的数值称为 i 的有效值。有效值可以确切地反映交流电的作功能力。 理论和实际都可以证明 R I I通过Rt 时间内也产生Q热量 有效值 正弦量解析式中随时间变化的电角度(ωt+φ)称为相位，相位是时间的函数，反应了正弦量随时间变化的整个进程。 相位 t=0时的相角φ，初相确定了正弦量计时始的位置。 3.1.1 正弦量的三要素 3. 正弦交流电的相位和初相 初相 u t 0 例 相位 初相 u、i 的相位差为： 显然，相位差实际上等于两个同频率正弦量之间的初相之差。 3.1.2 相位差 两个同频率正弦量之间相位的差值称为它们的相位差 3.1.2 相位差 u1与u2反相，即相位差为180°； ωt u4 u2 u1 u u3超前u190°，或说u1滞后u390°，二者为正交的相位关系。 u1与u4同相，即相位差为零。 介绍几个有关相位差的概念： u3 已知工频电压有效值U＝220V，初相ψu＝60°；工频电流有效值I＝22A，初相ψi＝－30°。求其瞬时值表达式、波形图及它们的相位差。 工频电角频率为314rad/s，所以瞬时值表达式: 波形图: 0 u、i ωt u i 相位差: 正弦量的最大值(或有效值)反映了正弦量的大小及作功能力；角频率(或频率、周期)反映了正弦量随时间变化的快慢程度；初相则确定了正弦量计时始的位置。只要这三个要素确定之后，则正弦量无论是解析式还是波形图，都是唯一和确切的。因此，我们把最大值（或有效值）、角频率（或频率、周期）及初相称为正弦量的三要素。 2、一个正弦电流的最大值为100mA，频率为2KHz，这个电流达到零值后经过多长时间可达50mA？ 3、已知u1=U1msin(ωt+60°)V， u2=U2msin(2ωt+45°)V，能否比较哪个超前哪个滞后？为什么？ 4、有一电容器，耐压值为220V，问能否用在有效值为180V的正弦交流电源上？为什么？ 41.7μs 1、何谓正弦量的三要素，三要素各反映了正弦量的哪些方面？ 5、一个正弦电压的初相为30°，在t=T/2时为-268V，试求它的有效值。 约等于379V i = u R 3.2.1 电阻元件 1、电阻元件上的电压、电流关系 i R u 电压、电流的瞬时值表达式为： 由两式可推出，电阻元件上电压、电流的相位上存在 同相关系；数量上符合欧姆定律，即： 3.2 单一参数的正弦交流电路 I = U R 2. 功率 （1）瞬时功率 p 瞬时功率用小写！ 则 结论：1. p随时间变化； 2. p≥0,为耗能元件。 u i p=UI-UIcos2? t ωt UI －UIcos2? t uip 2.平均功率（有功功率）P (一个周期内的平均值) 由 可得 P = UI 求：“220V、100W”和“220V、40W”灯泡的电阻？ 平均功率用大写！ 解 显然，电阻负载在相同电压下工作，功率与其阻值成反比