购买

¥ 30.0

加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 电工电子技术课件

电工电子技术课件.ppt

电工电子技术课件

教育文库
2018-11-26 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《电工电子技术课件ppt》,可适用于职业岗位领域

第二章正弦交流电路分析正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念大小和方向都不随时间变化的电流、电压和电动势是直流电。大小和方向随时间做周期性变化的电流、电压和电动势统称为交流电。交流电中随时间按正弦函数规律变化的叫正弦交流电简称交流电(或正弦量)。如图所示。电流、电压和电动势在直流电中都是用大写字母表示的而在交流电中用小写字母u、i、e来表示。如图所示图中标出了各量的参考方向。由于交流电的实际方向不断变化所以交流电的实际方向与所选定的参考方向一致时这一瞬间交流电的值是正值反之就为负值。【例】图给定参考方向为a到b情况下某元件中电流i随时间t作正弦变化的曲线(波形图)问t、t、t时刻电流的大小及方向?并画出各时刻电流的实际方向。解:t时刻,电流,表示t时刻电流的大小为A,实际方向与参考方向一致由a到b。t时刻,,表示t时刻电流大小为A,实际方向与所选参考方向相反,由b到a。t时刻,,表示t时刻电流大小为A实际方向与参考方向一致由a到b。图下方用虚线箭头表示出了各时刻电流的实际方向。注意:因为参考方向是任意选取的所以在交流电路中我们仍象直流电路中一样习惯把元件上的电压和电流的参考方向选为关联方向。正弦交流电的三要素、瞬时值、最大值和有效值)瞬时值交流电每一瞬间的值称瞬时值用小写字母u、i、e表示交流电瞬时值的大小和方向都是在不停的变化着。)最大值(振幅值)交流电在一个周期内所能达到的最大数值称最大值(或振幅值)用、、表示如图所示它表示交流电的强弱或高低。())有效值交流电的大小和方向时刻都变化不能确切表示周期量的大小因此引入有效值来表示交流电的大小。如果交流电和直流电通过同样阻值的电阻在相同时间内产生的热量相等即热效应相同就把该直流电的数值称为交流电的有效值。交流电动势和交流电压的有效值也可以用同样的方法来确定用E、U、I表示交流电的有效值正弦交流电的有效值和最大值的关系是:注意:常用的测量交流电的各种仪表在测量正弦交流电时,所指示的数字均为有效值。电机和电器的铭牌上标的也都是有效值。例】有一电容器,耐压为V问能否接在V市电电源上?解分析:因市电是正弦交流电V是电压的有效值则电压的最大值为超过了电容器的耐压可能击穿电容器所以此电容器不能接在V的市电上。【例】正弦电流的最大值为A求用安培表测出的数值为多少?解:因安培表测出的是正弦交流电的有效值,故有用安培表测出的数值为A。、周期、频率及角频率)周期和频率交流电完成一次周期性变化所需的时间称为交流电的周期,用T表示单位为秒(s)。交流电在秒钟内完成周期性变化的次数称为交流电的频率用ƒ表示单位为赫兹(Hz)简称赫。显然周期和频率成倒数关系:()频率常用的单位还有千赫(kHz)和兆赫(MHz)无线电通讯中使用的频率比较高如常见收音机的中波段一般为~kHz短波为~MHz。)角频率单位时间内正弦量所经历的电角度称角频率或电角频率用ω表示单位为弧度秒(rads)。在两极交流发电机中一个周期T内正弦量经历的电角度为π弧度所以()周期或频率是表示正弦量变化快慢的物理量周期越短(频率或角频率越大)交流电变化的越快。【例】我国供电频率是Hz简称工频求其周期与角频率。解)初相与相位如图所示φ是正弦量在计时起点(t=)时的角度叫做初相位简称初相。而正弦量在任意时刻对应的角度(ωtφ)称为正弦量的相位或相位角相位与初相的单位都是度(或弧度rad)。正弦量的初相及相位确定了正弦量在计时起点或某一时刻t的瞬时值反映了正弦量在计时起点或某一时刻t的状态。正弦量的初相和相位都和计时起点的选择有关。注意:由于相位角的周期是π规定|φ|不能超过π弧度(º)。由于正弦量一个周期中瞬时值两次为零所以规定由负值向正值变化过程中的零点叫做正弦量的零值。如取正弦量的零值瞬间为计时起点则初相φ=。图给出几种不同计时起点的正弦电流的波形图。)相位差两个同频率正弦量的相位之差称为相位差例如:i的相位是i的相位是i、i的相位差为:如图所示:i比i早角度到达零值或最大值称i比i越前,或者说i比i滞后。同频率正弦量的相位差不随时间改变是一常数且等于初相之差。对两个同频率正弦量的计时起点做同样改变时,它们的相位和初相也随之改变,但两者之间的相位差始终不变。注意:规定相位差的绝对值不超过°。当φ=时如图所示两个正弦量同时到达零值(或振幅值)称这两个正弦量同相。当φ=π时如图所示一个正弦量达到正的最大值时另一个正弦量到达负的最大值称这两个正弦量反相。当φ=π时如图所示一个正弦量较另一个正弦量越前°称这两个正弦量正交。、正弦交流电的三要素正弦交流电的特征表现在正弦交流电的大小、变化快慢及计时开始时的初始角度三方面而他们分别由最大值、角频率(周期)和初相来确定。因此把最大值、角频率和初相叫做正弦交流电的三要素。当一个正弦交流电的三要素确定了这个正弦交流电也就唯一确定了。正弦交流电的三要素是正弦量之间进行比较和区别的主要依据。【例】写出图中、的最大值、初相和角频率。解e的最大值是V、初相是π、角频率是ωe的最大值是V、初相π是、角频率是ω正弦量的相量表示为了便于分析问题和解决问题一个正弦量可采用多种不同方法来表示。、波形图表示法横坐标表示角度ωt(或时间t)纵坐标表示随时间变化的电动势、电压或电流的瞬时值如图就是正弦交流电波形图。波形图的优点是:不仅可以反映出交流电的最大值、初相及角频率还可以直接看出交流电随时间的变化趋势、以及同频率的不同正弦量间的超前和滞后关系。、解析式表示法解析式表示法即函数表示法如图所示正弦电动势的解析式为:()如果知道了交流电的三要素就可以确定它的解析式。解析式的优点是:可以方便的算出交流电任何瞬间的值。、相量表示法如图所示作一矢量矢量的长度按比例等于正弦量的有效值(或最大值),矢量的初始位置和横轴夹角等于初相,并以角速度ω绕原点逆时针旋转称该矢量是此正弦量的有效值(或最大值)相量。用符号或表示加点表示它是时间的函数。同频率的几个正弦量的相量可以画在同一图上,这样的图叫相量图。例如有三个同频率的正弦量它们的相量图如图所示。正弦量的相量除了可以用图形表示还可以用式子表示图中各正弦量的最大值相量为:注意:若无特殊说明今后提到的相量都是指有效值相量。【例】已知某正弦交流电压的最大值是V,频率是Hz,初相是°写出它的解析式并求s时电压的瞬时值大小、方向及相位角。解电压的解析式为:t=s时电压的瞬时值为:则电压瞬时值大小是V方向与参考方向相反相位角是【例】设已知正弦电压写出u和u的相量并画相量图。解相量图如图所示。【例】在选定的参考方向下已知两正弦量的解析式为:,求每个正弦量的振幅值和初相。解()分析:由于最大值应是正值而电流解析式前有负号所以通过改变初相把负号去掉:则振幅值初相()分析:电压的初相大于π应把初相变成绝对值小于π的角。则振幅值初相、相量运算在物理中我们已经学习了矢量的合成方法(平行四边形法则)。相量类似矢量加减运算时同样用平行四边形法则:两个同频率正弦量进行加法运算时先作出与正弦量相对应的相量图并以这两相量为平行四边形的两个邻边做平行四边形。这两个相量邻边所夹对角线就是两相量的和即对角线的长度表示和的值对角线与水平轴正方向的夹角为和的初相角频率不变。【例】已知:求ii解:()如图所示作出与i、i相对应的相量并做平行四边形画出对角线()由平行四边形法则可知:()由于并且和与轴正方向的夹角均为则()与水平轴正方向一致即初相角为。所以若求两矢量的差时如可改为求即画出的反方向相量使其与相加即可。注意只有同频率正弦量才能画在同一相量图中也只有同频率正弦量才能借助平行四形法则进行加减运算。正弦交流电路中单一元件的约束关系在正弦交流电路中电压和电流都是随时间变化的。如果电路中含有R、L、C元件电压和电流之间的关系如何呢?本节就来研究正弦交流电路中只含单一元件的电路称为单一参数正弦交流电路。纯电阻元件的电流、电压关系白炽灯、电炉等电路元件接在交流电路中都可以看成是纯电阻电路。如图所示选定电流和电压的参考方向关联若在电阻两端加正弦电压则根据欧姆定律电路中的电流为:()结论)纯电阻电路中当外加正弦电压时电流也是正弦形式且电流与电压的频率相同如图所示。)电流与电压的相位相同)电阻元件电流和电压的瞬时值、有效值、最大值及相量都符合欧姆定律形式()相量图如图所示。求电阻两端的电压u。【例】已知电阻R=Ω通过的电流解:∵∴又∵∴纯电容元件的电流、电压关系由于电容器的损耗很小一般情况下可以看作纯电容。对于仅含有纯电容元件的电路在电容元件两端加正弦交流电压时电容器极板上的电荷量随电压变化电路中形成电流。如图(a)所示电流和电压的参考方向关联时如外加电压为有:()结论)纯电容电路中当外加正弦电压时电流也是正弦形式且电流与电压的频率相同。)电流超前电压如图(b)所示())电容元件电流和电压的大小关系是:()()纯电容元件电流和电压的最大值、有效值符合欧姆定律形式但瞬时值不符合欧姆定律形式。式中()XC称为电容电抗简称容抗单位为欧姆。它是电容在正弦电流情况下阻碍电流通过能力大小的反映。容抗XC与C和ƒ成反比。电容C一定时容抗XC与频率ƒ成反比即ƒ愈高XC愈小图画出了XC与ƒ的关系曲线。当ƒ→∞时XC→这时电容相当于短路当ƒ=时(相当于在直流情况下)XC→∞这时电容相当于开路表明直流电不能通过电容这就是电容器的“隔直流通交流”作用。式()是电容元件电流与电压之间的相量关系式相量图如图所示。【例】有一容量C=μF的电容器,现把它分别接到()直流电源()HZ正弦交流电源()HZ正弦交流电源三种不同电源上若电压都是V求其容抗和电流有效值解:()直流电源的频率可视为零即ƒ=()将电容接于HZ、V的交流电源上则有()将电容接于HZ、V的交流电源上,则有纯电感元件电流、电压关系当电感线圈的电阻小到可以忽略时这个电感线圈就可以看作纯电感线圈。当正弦交流电通过电感线圈时线圈内的磁场随之变化线圈中产生感应电压。在如图(a)所示关联方向下设电流为则电感元件的端电压为:()结论)纯电感电路中当通过正弦电流时电压也是正弦形式且电压与电流的频率相同。)电压超前电流如图(b)所示())电感元件电流和电压的大小关系是:即或()()或电感元件电流和电压的最大值与有效值都符合欧姆定律形式但瞬时值不符合欧姆定律形式。式中()XL称为电感元件的电抗简称感抗,单位是欧姆。感抗XL与f及L呈正比关系。在f一定时L愈大XL愈大。当L一定时f越高电流变化也就越快XL也愈大。当ƒ→∞时XL→∞这时电感相当于开路当ƒ=时(相当于在直流情况下)XL=这时线圈相当于短路表明直流电通过电容时没有任何阻碍这就是电感线圈的“阻交流通直流”作用。当电压U一定时感抗XL愈大电流IL愈小可见XL的作用和电阻相似:XL是表征电感对交流电阻碍能力大小的一个物理量。式()是电感元件电压与电流之间的相量关系式相量图如图。【例】已知一纯电感电路求电感电流iL,并画出相量图解:选定电流iL与电压uL的参考方向一致因为电感元件的电压在相位上越前电流即电流滞后电压所以:相量图如图所示。电阻、电容、电感的功率、瞬时功率正弦交流电路在某一瞬间所吸收或发出的功率称为瞬时功率用小写字母p表示u、i参考方向关联时有:()以u为参考量二端网络端口处的电压和电流分别为则瞬时功率为:由此可见,瞬时功率由两部分组成,即恒定分量UIcosφ和瞬时分量UIcos(ωtφ),且瞬时分量变化速度是原角频率的两倍注意:当正弦电流和电压参考方向一致时:p>表示二端网络吸收或消耗能量p<表示二端网络发出或产生能量)纯电阻电路的瞬时功率设纯电阻两端电压和电流方向关联时如纯电阻两端电压为:则纯电阻内电流为:所以瞬时功率为:由于电压和电流同相所以瞬时功率总是正值波形图如图所示。纯电阻元件在一个周期内的瞬时功率总大于零表示电阻总是消耗功率把电能转换成热能这种能量转换是不可逆的。)纯电容电路的瞬时功率设纯电容两端电压和电流方向关联时如纯电容两端电压为:则纯电容的电流为:所以瞬时功率为电容元件的瞬时功率是随时间变化的正弦函数其频率为电源频率的两倍u或i变化一周功率变化两周。图是纯电容的功率曲线瞬时功率为正值时电容元件吸取电源的电能即电容充电把电能储存在电容元件的电场中瞬时功率为负值时电容发出能量即电容把电场能量归还给电源电容器放电。纯电容元件在一个周期内的瞬时功率平均值等于零所以电容与电源之间仅存在着能量的转换而不消耗能量。)纯电感电路的瞬时功率设纯电感两端电压和电流方向关联时如纯电感电压为:则纯电感的电流为:所以瞬时功率为电感元件的瞬时功率是随时间变化的正弦函数其频率是电源频率的两倍波形图与电容元件波形图反向。瞬时功率为负值时电感元件发出能量即电感把储存在线圈磁场内的磁能归还给电源瞬时功率为正值时电感吸收能量即电感把电源的能量存储在线圈磁场中。在一个周期内能量消耗也为零说明电感元件也不消耗能量只是把电源的电能与电感元件磁场内的磁能进行周期性的转换。图为电感功率图。、平均功率瞬时功率在一个周期内的平均值称为平均功率用大写字母P表示即对于电元件来说其平均功率为()功率的单位为W(瓦)工程上也常用KW(千瓦)作计量单位KW=W注意:平均功率反映了元件实际消耗电能的情况所以又称有功功率简称功率。例如W的灯泡就是指灯泡的平均功率是W。对于纯电感或纯电容元件来说【例】有一电阻R=Ω通过的电流求电阻消耗的功率。解【例】工频电路中电阻的电压求电阻值和电流。解:工频电路()∵∴()所以电流、无功功率纯电容或纯电感电路的平均功率虽然等于零但电容或电感与电源之间的能量交换始终在进行着瞬时功率不为零。为了反映这种能量交换的规模把瞬时功率的最大值称为无功功率用符号Q表示单位为乏尔(var)。电容的无功功率为:()电感的无功功率为:()【例】电感L=H接在工频电路中电压求XL、i、Q解()()()RLC串联电路基尔霍夫定律的相量形式、交流电路的基尔霍夫电流定律(KCL)基尔霍夫电流定律的根据是电流的连续性原理。在交流电路里任一瞬间电流也是连续的因此在交流电路里基尔霍夫电流定律可写为:()因为正弦交流电路中各电流都是与电源频率相同的正弦量所以电流的相量也应符合基尔霍夫电流定律或()电流的正负同在直流电路中一样由参考方向决定:若参考方向指向节点的电流为正背离节点的电流就为负。、交流电路的基尔霍夫电压定律(KVL)交流电路的任一瞬间都遵从能量守恒定律所以基尔霍夫电压定律也适用于交流电路的任一瞬间即()因为正弦交流电路中各段电压都是与电源同频率的正弦量所以相量形式的KVL为或()电压的正负同在直流电路中一样由参考方向决定:若参考方向与回路的环绕方向相同的电压为正参考方向与回路的环绕方向相反的电压就为负。RLC串联电路分析电阻、电感和电容的串联电路包含了三种不同的电路参数是在实际工作中常常遇到的典型电路。图所示的就是RLC串联电路。、RLC串联电路电压间的关系由于元件串联任一瞬间通过各元件的电流都相同设通过的电流为:电阻两端的电压为:电感两端的电压为:电容两端的电压为:电路总电压的瞬时值为:电路总电压的相量为:图是i、uR、uL、uC的相量图应用平行四边形法则则总电压的大小为:()总电压与电流的相位差为:()由图可以看出U、UR、UL-UC是直角三角形的三个边这个直角三角形称电压三角形如图所示。在电压三角形中:()、RLC串联电路的阻抗将代入式()中,可以得到其中X称为RLC串联电路的电抗单位为Ω。称为RLC串联电路的阻抗单位为Ω。阻抗是电压与电流有效值的比不是相量所以Z的上面不加点。阻抗、电阻R和电抗X也组成一个与电压三角形相似的直角三角形称阻抗三角形。如图所示由于三个量都不是相量所以各边都不画箭头。阻抗与电阻R的夹角称阻抗角它的大小由电路的参数(RLC)以及电源频率f决定。在阻抗三角形中:、RLC串联电路的性质X与元件的参数(RLC)以及电源频率f有关当参数(RLC)以及电源频率f不同时电路呈现不同的性质。当XLXC时X总电压超前电流电路对外呈电感性质称感性电路。当XLXC时X总电压滞后电流电路对外呈电容性质称容性电路。当XL=XC时X==总电压与电流同相电路对外呈电阻性质称阻性电路也叫串联谐振。【例】在RLC串联电路中,已知若外加工频电压U=V,试求:()电路的阻抗()电流的有效值()各元件两端电压的有效值()判断电路的性质。解:因工频()电路的阻抗为()电流的有效值()各元件两端的电压有效值分别为()因为XL>XC,则总电压超前电流所以电路呈电感性。、RLC串联电路的功率)有功功率在RLC串联电路中只有电阻消耗能量而电感和电容不消耗能量因此RLC串联电路中的平均功率就是电阻上消耗的能量。即()式中U是总电压Ф是阻抗角。)无功功率电感和电容虽然不消耗能量但与电源之间进行着周期性的能量交换它们的无功功率分别为:、由于电感和电容两端的电压在任何时刻都是反向的所以QL和QC的符号总相反。因此整个电路的无功功率为线圈和电容上的无功功率之差())视在功率电路中电流与总电压的乘积称为视在功率(S)即()()视在功率又称表功功率单位为伏安(VA)。视在功率是电器设备的容量。可以看出P、Q、S也组成一个直角三角形称功率三角形如图所示。在功率三角形中:对于串联电路由于功率三角形、电压三角形和阻抗三角形都是相似三角形则有称为功率因数功率因数越大电源的利用率越高所以要尽量提高功率因数以提高电源的利用率。功率因数常用λ表示【例】由、、组成的RLC串联电路接在的电源上求电流I有功功率P无功功率Q及视在功率S。解:RLC串联电路中当电路中电源的角频率ω、电路的参数L和L满足一定的条件时电路中的电流与电压同相位的现象称为串联谐振。、串联谐振的条件若谐振则有:()上式就是谐振的条件。显然调电源的角频率ω或电路的参数L和C都能使电路谐振若谐振频率用ω(f)表示则有:()谐振时的频率f(或角频率ω)由电路的参数L和C决定是电路所固有的与u、i无关所以f(或ω)常称为电路的固有频率(或固有角频率)。当电源频率fs等于电路的固有频率(即fs=fo)时电路发生谐振。所以电感L和电容C固定不变时可改变电源频率使电路谐振。当电源的频率一定时可改变电路的参数L和C从而改变电路的固有频率f使f等于电源频率fs电路也可以发生谐振现象。调节L或C使电路谐振的过程称为调谐。我们日常生活中使用的收音机就是通过调电容使电路发生谐振达到接收信号的目的。【例】图所示电路中已知C为可变电容变化范围在pF若信号源频率为则C应为何值才能使电路发生谐振。解:由于电源频率一定电感也一定则可调电容使其谐振∵∴、串联谐振电路的基本特征)谐振时的阻抗因谐振时X=则阻抗()阻抗最小,且为纯电阻R。感抗()容抗()()其中称为电路的特性阻抗,单位为Ω。它的大小由构成电路的元件参数L和C决定,而与谐振频率的大小无关。谐振时感抗和容抗相等且等于特性阻抗。)谐振时的电流电源电压为US时:()由于谐振时阻抗最小为R,所以I最大且与US同相。)谐振时的电感电压和电容电压谐振时电感上电压为:电容上电压为:其中()()Q称为串联谐振电路的品质因数。它是电路中电感(或电容)的无功功率QL(或QC)与电路中电阻的有功功率P之比也是电路中的感抗值XL(或容抗值XC)与电路中电阻值R之比。谐振时电感电压和电容电压大小相等,相位相反其大小为电源电压US的Q倍即()电路的Q值一般在~之间。因此即使电源电压不高在谐振时电路元件上的电压仍可能很高()特别对于电力电路来说这就必须注意到元件的耐压问题并且设法避免串联谐振但在无线电技术中常利用谐振获取信号。)谐振时的功率因谐振时则无功功率即谐振时电感和电容之间进行着能量交换而与电源之间没有能量交换电源只向电阻提供有功功率即【例】已知RLC串联电路中,解:谐振时:电源电压。若电路谐振,求电源频率fs,回路的特性阻抗,回路的品质因数及=三相交流电三相交流电的概念、对称三相电源前面讲的都是单相交流电源即电源输出只有两个端口。如三个单相交流电源按一定方式组合成电源称为三相交流电源。它可以同时提供三个电压分别是:()或()图是三相电源的相量图和波形图可以看出由于对称三相正弦量之和为零:、对称三相电源的星形连接将提供三相电源的发电机绕组的相尾X、Y、Z连接在一起称为中性点N从中点引出的线称中线。相头A、B、C各引出一根线作输出线称端线(俗称火线)这种连接称为星形连接如图所示。有中线的称三相四线制无中线的称三相三线制。端线间的电压叫线电压分别用uAB、uBC、uCA表示Ul表示线电压的有效值。电源每相绕组两端的电压即端线与中线间的电压称为电源的相电压分别用uA、uB、uC表示Up用来表示相电压的有效值。根据基尔霍夫电压定律有:由相量图可以得出()()结论:当三个相电压对称时三个线电压也是对称的线电压的有效值UL是相电压有效值UP的倍线电压越前相应相电压。电源星形连接并引出中线可以供应两套对称三相电压一套是对称的相电压另一套是对称的线电压。目前电力网的低压供电系统(市电)中电源就是中性线接地(零线)的星形连接。此系统供电的线电压为V相电压为V常写作“电源电压VV”。【例】星形连接的三相对称电源线电压写出其他线电压和相电压的解析式。解:从线电压的对称关系有从线电压和相电压的关系可以得出相电压分别是:、对称三相电源的三角形连接把三相电源的三相绕组头尾依次连接成一个闭合回路再分别从三个连接点引出三根端线称为三角形(△形)连接见图。显然三角形连接是三线制。由图可以看出线电压与相电压相同即:()三相电源接成三角形时三相绕组构成闭合回路。因回路对称uAuBuC=所以在负载断开时电源绕组内并无电流。若某相绕组接反回路不对称时回路内电压和不为零这时即使外部没有负载由于发电机每相绕组本身阻抗较小闭合回路内将产生很大的电流使绕组过热甚至烧坏。所以三相电源作三角形连接时为保证三角形连接正确应先将三相绕组接成开口三角形经电压表闭合如图所示。如此表的读数是零说明连接正确撤去电压表将电路闭合否则重新连接。三相交流电路的连接与三相电源连接的负载为三相负载其中与每一相电源连接的负载称为三相负载的一相。三相负载也有星形(Y形)连接和三角形(∆形)连接。三相负载与三相电源按一定方式连接起来组成三相电路。、三相交流电路的星形连接三相负载星形连接就是把三相负载的一端共同连接成一点N另一端分别接到电源的端线上如图所示。每相负载的电压称为负载的相电压参考方向规定为自端线指向负载中性点N用表示。在三相四线制中因为有中线的存在每相负载的工作情况与单相交流电路相同。若忽略连接导线的阻抗(线路上的损耗)则负载相电压等于发电机绕组上对应的相电压即,通过端线的电流叫做线电流参考方向规定为自电源端指向负载端用iA、iB、iC表示有效值以IL表示。流过负载的电流叫做相电流参考方向与相电压关联有效值为。星形连接电路中的线电流与相应的相电流显然是相等的。即()若每相负载的复数阻抗都相同则称为对称负载。三相电路中若电源对称负载也对称则称为对称三相电路。对于三相对称电路相电流也是对称的其相量和等于零即中线电流为零说明N点与N点是等电位点中线断开对负载的相电压与相电流无任何影响。所以可以省去中线成为三相三线制对称电路。()三相三线制对称电路对称的三相三线制电路中电源和负载都是对称的如要计算电压、电流的有效值由于对称性只需计算任一相就可以了。即每相功率因数为其中|Z|是每相负载的阻抗R是每相负载的电阻φ是每相负载的阻抗角。三相感应电动机就是对称三相负载故采用对称三相三线制供电。解由于负载对称相电压为:【例】如三相对称负载作星形连接设每相的电阻为感抗为电源线电压V试求相电流及线电流。因为是星形连接相电流和线电流相同即:()三相四线制电路三相负载很多情况下是不对称的最常见的照明电路就是不对称负载照明电路必须连接成有中性线的星形三相电路即三相四线制电路。由于三相负载不对称而负载的相电压都是V所以相电流不对称即中线电流不为零此时中线不能断开否则可能造成危险。因此三相负载不对称时必须连接成三相四线制电路而且任何时候中线上都不能装保险丝有时甚至用钢线做中线。【例】如图(a)所示不对称三相负载电路的各项参数如图中所示当B相和中线断开时会出现什么情况?W灯的阻值是:W灯的阻值是:各灯两端的电压是:由于W灯的电阻比W灯的电阻小所以W的灯两端分得的电压也小实际吸收的功率少灯较暗。而W的灯两端的电压大于V,可能被烧毁。解由于B相和中线断开电路就变成(b)图即W灯和W灯串联后接在V电压之间。、三相交流电路的三角形连接当三相负载接成三角形时就构成三相三角形负载见图。负载为三角形连接时不用中线故不论负载对称与否电路均为三相三线制。规定三角形连接时负载相电压与线电压参考方向相同故负载相电压等于线电压。即以iAB、iBC、iCA表示各相电流如相电流与相电压的参考方向关联则有若三相负载对称有:则对称电源对称负载的相电流为:即负载相电流也是对称的。各线电流分别为:由负载相电流的相量图根据平行四边形法则就可以画出各线电流的相量图如图所示。可以看出负载相电流对称时线电流也是对称的线电流是对应负载相电流的倍而滞后于对应相电流º。即()()对于对称电路来说求电压或电流的有效值时计算任一相都行。,,根据KCL定律三角形负载三个线电流之和恒为零与电路是否对称及负载如何连接无关。【例】有三个Ω的电阻将它们连接成星形或三角形分别接到线电压为V的对称三相电源上。求线电压、相电压、线电流和相电流各是多少?解:()负载作星形连接如图(a)所示。负载的线电压为相电压为线电流等于相电流负载作三角形连接如图(b)所示。负载的线电压和相电压相等相电流为线电流为结论:对称负载三角形连接时线电流是对称负载星型连接时线电流的倍。三相交流电路的功率三相电路中无论三相负载是否对称负载总有功功率或无功功率等于各相的相应功率之和。、有功功率三相负载的有功功率:如负载对称电路中每相有功功率相同则()对于星形接法有而三角形接法有,代入()式都有:()注意:式()中是负载相电压和负载相电流之间的相位差而不是线电压与线电流之间的相位差。三相电机铭牌上标明的有功功率都是指三相总有功功率。、无功功率三相负载的无功功率为同上对称电路中无论负载何种接法三相无功功率均是()、视在功率三相负载的视在功率为:()对称负载时可写为:()、功率因数三相负载的功率因数为:对称负载时即对称电路中三相电路的功率因数等于每相负载的功率因数【例】一个KW三相电动机绕阻为星形连接接在的三相电源上试求负载的相电压及相电流。解∵星形接法∴互感及变压器互感及变压器都是多端元件在实际电子电路中应用非常广泛。互感电路的概念、互感现象单个线圈中的电流发生变化时,线圈中产生变化的磁通Ф和变化的磁链(),从而在线圈中感应出电压(自感电压)的现象叫自感现象。如果在匝数为N的线圈Ι附近放置另一个匝数为N的线圈II如图所示。当线圈I中通过变化的电流i时在线圈Ι中产生变化的自感磁通Ф和变化的自感磁链()进而产生自感电压UL。由于两线圈放置的很近磁通Ф中一部分磁通Ф穿过线圈II对线圈II来说这部分磁通叫互感磁通。随着i的变化互感磁通Ф和互感磁链()也变化因而在线圈II中同样也产生感应电压U。同理如果线圈II中有电流i变化时线圈II中会产生自感电压UL而在线圈I中也会产生感应电压U。这种因为一个线圈中电流变化而在另一个线圈中产生感应电压的现象称互感现象由于互感作用而产生的电压称互感电压。两线圈的磁通相互穿过对方线圈的现象称为磁耦合(匝链)。、互感系数在两个有磁耦合的线圈中互感磁链与产生此磁链的电流的比值叫做这两个线圈的互感系数简称互感用符号M表示。即对于理想线圈有()()互感系数的单位是亨(H)。互感系数只和这两个线圈的结构、几何尺寸、相互位置及磁介质有关。当用磁性材料作耦合磁路时M是变量。、耦合系数两个线圈耦合一般情况下电流的磁通只有部分相互交链彼此不交链部分称为漏磁通。为了说明两耦合线圈相互交链磁通的多少即两个线圈耦合的紧密程度引入耦合系数K。()可以推出通常所以K接近零时为松耦合K近似时为紧耦合k=时为全耦合此时自感磁通都是互感磁通。K的大小与线圈的的结构、两线圈的相互位置及周围磁介质的性质有关改变两线圈的相互位置可以改变M的大小这就是可变电感器的原理。互感线圈同名端的测试方法在电子电路中对于两个或两个以上的有电磁耦合的线圈常常需要知道互感电压的极性。例如LC正弦波振荡器中必须使互感线圈的极性正确连接才能产生振荡。但是在实际的电路图上要把每个线圈的绕法和各线圈的相对位置都画出来运用楞次定律来判断感应电压的极性是不实际的因此在电路图中用同名端标记来解决这一问题。、同名端的概念当两相邻线圈通入电流后所产生的磁通方向相同即相互增强则这两个线圈的电流流入端为同名端用“*”或“·”表示。同名端电压极性相同。如图(a)所示当线圈a中通以电流i(实际方向如图中虚线所示)在线圈a中产生的磁通向左而b中电流从端进入、c中电流从端进入时产生的磁通也都向左由同名端定义可知、、端为同名端电压极性相同。那么因、、端都是电流输出端极性应与、、的极性相反。如、、为正极、、就为负极如图(a)所示。显然、、也是同名端当电流从端流入时由同名端定义用同名端“•”标出后图(a)的三个线圈就可以画成图(b)的简单形式了。、同名端的判断方法若两互感线圈中分别有电流i、i流入且i产生的磁通与i产生的磁通是相互增强的那么i、i的流入端口就是同名端这就是同名端的判断方法。如图由同名端的判断方法标出了互感线圈的同名端。对于图因为没有一根磁感应线可以同时穿过这三个线圈因此这三个线圈不像图(a)中的三个线圈那样具有共同的同名端只能每两个线圈之间有同名端所以有三组同名端须用不同的符号来区分。对于线圈a、b来说其同名端、用“•”表示线圈b、c的同名端、用“*”表示线圈c、a的同名端、用“△”表示。在实际工作中有时会碰到两个互感线圈的绕向无法判别的情况。例如有些设备中的线圈是封装着的。这时常用试验方法来测定两线圈的同名端接线方式如图所示。按下开关电路接通瞬间电流i由端子流入如果此时电流计G向正方向偏转则与电流计G正端相连的端子和端子是同名端。因为端是高电位端这时也是高电位。若电流计G反向偏转则端子和端子是同名端。理想变压器、理想变压器利用互感耦合实现从一个电路向另一个电路传递能量和信号的装置称为变压器。理想变压器是实际变压器忽略某些条件抽象出的理想化装置。它由两个耦合线圈组成电路图如图所示。其中与电源相连的线圈为原线圈(原饶组)与负载相连的线圈为副线圈(副饶组)。、理想变压器的电压比变压器中电压、电流的参考方向关联时若原绕组匝数为N副饶组匝数为N,则有:()初次级饶组的端电压与它们的匝数成正比称为变压器的变压比(或变换系数)。当n>时U>U称为降压变压器当n<时U<U称为升压变压器。、理想变压器的电流比由于理想变压器不储能也不耗能只传递能量所以原、副绕组的功率相等即()原绕组电流I和副绕组电流I与它们的端电压成反比因而高压端电流小可用细导线做绕组低压端的电流大则用粗导线做绕组。又:即I增加时I也增加I减小时I也随之减小。、理想变压器的阻抗变换图(a)中从原绕组端看进去的输入阻抗Z为负载阻抗ZL为通过变压器等效变换到原绕组的等效阻抗。从变压器初级端视入时理想变压器的等效电路如图(b)所示。变压器负载阻抗的等效变换应用非常广泛。如,在晶体管收音机电路中,作为负载的扬声器电阻RL一般不等于晶体管收音机二端网络的等效内阻Ri,这就需要用变压器进行等效变换以满足Ri=nRL达到阻抗匹配此时扬声器获得最大的功率,如图所示。()理想变压器的电压变换、电流变换及阻抗变换都只与变压比n有关而与两线圈的电感L、L及互感M无关。【例】有一理想变压器初级绕组接在V电压上测得次级绕组的端电压为V如初级绕组的匝数为匝求变压器的变压比和次级绕组的匝数。解:∵∴匝【例】某晶体管收音机输出变压器的原绕组匝数N=匝,副绕组匝数N=匝。原来配有音圈阻抗为Ω的电动扬声器现在要改接Ω的扬声器问输出变压器副绕组的匝数应如何变动(原绕组匝数不变)。解设输出变压器副绕组变动后的匝数为N′当时当时根据题意,即:则匝。

VIP尊享8折文档

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/117

电工电子技术课件

¥30.0

会员价¥24.0

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利