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第5章正弦交流电路稳态分析 知 识 要 点 ·熟悉正弦量三要素、相量、阻抗、谐振的概念； ·掌握用相量法分析求解正弦稳态电路的方法； ·熟悉和掌握正弦稳态电路的功率及功率因数的概念和计算。 5.1 正弦交流的概念 5.1.1 正弦交流电的基本概念 随时间按正弦规律变化的电压或电流，称为正弦交流电。通常所说的交流电就是指正弦交流电，对正弦交流电数学描述，可采用正弦函数，也可以用余弦函数。本书对正弦交流电采用正弦函数描述。 以正弦电流为例，其瞬时表达式为 （ 5-1） 其波形如图5-1所示（≥0），横轴可用表示，也可用表示。 图5-1 正弦电流波形图 5.1.2 正弦量的三要素 大小方向随时间按正弦规律变化的电压或电流都称为正弦量。以电流为例，式（5-1）中三个常数 称为正弦量的三要素。 称为正弦量的振幅，也称为最大值。正弦量是一个等幅振荡、正负交替变化的周期函数。振幅是正弦量在整个振荡过程中达到的最大值，在一定程度上反映正弦量的大小。 称为正弦量的角频率，表示正弦量每秒钟变化的角度大小，国际单位制（SI）中，角频率的单位是弧度·秒-1 （rad·s-1 ）。角频率ω与正弦量的周期T和频率f之间的关系是。频率f的单位为赫兹（Hz），简称赫。我国工业用电频率为50Hz，称为工频。 称为正弦量的相位角，简称为相位，是随时间变化的角度。为t=0时的相位角，称为初相位角，简称初相。初相位的单位用弧度或度表示，通常在主值范围内取值，即;初相位值与计时零点有关。在工程上有时习惯以“度”为单位计量 ，因此在计算中应注意将与 变换成相同的单位。 5.1.3 正弦电流、电压的有效值和相位差 交流电的大小和方向随时间变化，如果随意取值，不能反映它在电路中的实际效果，如果采用最大值，夸大交流电，需要一个数值能等效反映交流电做功的能力。因此在电工技术中，常用有效值来衡量正弦交流电的大小。有效值用大写字母表示，如I和U，与直流量的形式相同。交流电的有效值是根据它的热效应确定的。 有效值的定义：以交流电流为例，当某一交流电流和一直流电流分别通过同一电阻R时，如果在一个周期T内产生的热量相等，那么这个直流电流I的数值叫做交流电流的有效值。 正弦交流电流一个周期内在电阻R上产生的能量为 直流电流I在相同时间T内，在电阻R上产生的能量为 根据有效值的定义，有 于是得 （5-2） 式（5-2）为有效值定义的数学表达式。适用于任何周期变化的电流、电压及电动势。 正弦电流的有效值等于其瞬时电流值的平方在一个周期内积分的平均值再取平方根，所以有效值又称为均方根值。 将正弦交流电流代入式（5-2）得 = （5-3） 同理 （5-4） 正弦量的最大值与有效值之间有固定的倍的关系。我们通常所说的交流电的数值都是指有效值。交流电压表、电流表的表盘读数及电气设备铭牌上所标的电压、电流也都是有效值。用有效值表示正弦电流的数学表达式为： 【】=537V，所以其有效值为 = 则电压的解析式为 t=0.03s时，将t=0.03s代入上式得 在分析和计算正弦电路时，电路中常引用“相位差”的概念描述两个同频率正弦量之间的相位关系，两个同频率正弦量相位之差，称为相位差。用表示。例如：设电流、电压分别为，时，则电压与电流的相位差为 （5-5） 可见，同频率正弦量的相位差始终不变，它等于两个正弦量初相角之差。相位差也是在主值范围内取值。 若0，则电压超前电流，大小为，见图5-2。 若0，则电压滞后电流，-，见图5-3。 若=0，则电压与电流同相位，见图5-4。 若=±π，则称与反相，见图5-5。 若 =±，则称与正交，见图5-6。 当两个同频率正弦量的计时起点改变时，它们的初相角也随之改变，但两者之间的相