汽车电学基础第2章_交流电路.pptVIP

一、什么是交流电 大小和方向随时间改变的电压或电流统称交流电，其波形如图2-1 所示。如果电压和电流的方向是按照正弦规律周期性变化的，就称 为正弦交流电。在电路图上所标的方向是指它们的参考方向。 提示：汽车电 路都是直流电路， 但是汽车交流发电 机产生的电流，在 没有整流之前是交 流电流。在汽车维 修企业中，许多大 型汽车维修检测设备是用交流电作为电源的。 交流电路中，有用直流电路的概念无法理解和分析的物理现 象，因此，在学习时必须建立交流的概念，否则容易引起错误。 二、正弦交流电的三要素 一个正弦量可以由频率(或周期)、幅值(或有效值)和初相位三 个特征或要素来确定。 1．频率与周期 正弦量变化一次所需的时间称为周期(T)。每秒内变化的次数称为 频率(f)，它的单位是赫兹 (Hz)。频率是周期的倒数，即 　　　　　　　　　　　 f =1/T 　　我国和大多数国家都采用50Hz作为电力标准频率，有些国家(如 美国、日本等)采用60Hz。这种频率在工业上应用广泛，习惯上也称 为工频。通常的交流电动机和照明设备都采用这种频率。 正弦量变化的快慢除用周期和频率表示外，还可用角频率来表 示。因为一周期内经历了2π rad，所以角频率为 　　　　　　　　　　　ω=2π/T=2πf 它的单位是弧度／秒(rad／s)。 2．幅值与有效值 正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母来表示，如i、u 及e分别表示电流、电压及电动势的瞬时值。瞬时值中最大的值，称 为幅值或最大值，用带下标m的大写字母来表示，如Im、Um及Em分别 表示电流、电压及电动势的幅值。它的数学表达式为 　　　　　　　　　　　i=Imsin(ωt) 　　正弦电流、电压和电动势的大小往往不是用它们的幅值，而是用有效值 来计量的。 　　有效值是通过电流的热效应来规定的，无论交流还是直流，只要它们在 相等的时间内通过同一电阻并且两者产生的热效应相等，就把它们看作是相 等的。就是说，在相等的时间内，如果某交流电流和直流电流分别通过同样 大小的电阻，产生的热量相等，那么这个周期性变化的电流i的有效值在数 值上就等于这个直流电流。根据上述，可得 由此可得出周期电流的有效值 电流为正弦量时,即i=Imsin(ωt),则 因为 提示：有效值都用大写字母表示，和表示直流的字母一样。一般所 讲的正弦电压或电流的大小，例如交流电压380V或220V，都 是指它的有效值。一般交流电流表和电压表的刻度也是根据 有效值来确定的。 3．初相位 正弦量是随时间而周期性变化的，正弦量所取的计时起点不同， 正弦量的初始值就不同，到达幅值或某一特定值所需的时间也就不 同。 正弦量可用下式表示为其波形如图2-2所示。 提示：在一个正弦交流电路中，电压u和电流i的频率是相同的，初 相位不一定相同。 进一步：两个同频率正弦量的相位角之差或初相位角之差，称为相 位角差或相位差。当两个同频率正弦量的计时起点改变 时，它们的相位和初相位不同，所以它们的变化步调是不 一致的，即不是同时到达正的幅值或零值。一般称为相位 超前或者滞后。 三、交流电路中电阻、电感、电容的特性 1．电阻元件的交流电路 图2-3是一个线性 电阻元件的交流电路。 在电阻元件的交流电路 中，电流和电压是同相 的。电压和电流的参考 方向是关联参考方 向。两者的关系由欧姆 定律确定，即 u=iR 由此可知，在电阻元件电路中，电压幅值(或有效值)与电流幅 值(或有效值)的比值，就是电阻R。 知道了电压与电流的变化规律和相互关系后，便可计算出电路 中的功率。 在任意瞬间，电压瞬时值与电流瞬时值的乘积，称为瞬时功 率，用小写字母p代表，即 p=ui 提示：由于在电阻元件的交流电路中u与i同相，它们同时为 正，同时为负，所以瞬时功率总是正值，即p0。瞬时功率为正，这 表示外电路从电源取用能量，即电阻元件从电源取用电能而转换为 热能。 操作：用万用表检测。通过一个接到频率为50Hz，电压有效值 为10V的正弦电源上的1000Ω的电阻元件的电流，与保持电压值不 变，而电源频率改变为500Hz时通过的电流是相等的(交流电源由信 号发生器提供)。 2．电感元件的交流电路 图2-4是一个线性电感元件的交流电路。 在电感元件电路中，电压幅值(或有效值)与