汽车电工电子基础电子课件单元二-.ppt

1、 汽车工程学院汽车工程学院 知识目标知识目标1.掌握正弦交流电的基本概念掌握正弦交流电的基本概念2.掌握正弦交流电的相量表示法掌握正弦交流电的相量表示法l能力目标能力目标 会做单相照明电路的安装和检查会做单相照明电路的安装和检查交流电基本概念交流电基本概念 1交流电路的交流电路的R、L、C特性特性2电的电的种类大致分为哪三种，日常家庭用电最多是哪种类大致分为哪三种，日常家庭用电最多是哪一种？一种？(a)直流电直流电 (b)交流电交流电 (c)脉冲电脉冲电电路中电压的大小和极性、电流的大小和方向都是不随时电路中电压的大小和极性、电流的大小和方向都是不随时间变化的，这种恒定的电压电流统称为直流电量

2、间变化的，这种恒定的电压电流统称为直流电量 Communal Voice交流电是指电压与电流大小和方向都随时间做周期性变化的电交流电是指电压与电流大小和方向都随时间做周期性变化的电压或电流。压或电流。在正弦电源激励下，电路中电压和电流均按正弦规律变化，这在正弦电源激励下，电路中电压和电流均按正弦规律变化，这样的电路称为正弦交流电路。样的电路称为正弦交流电路。u(i)t+正弦交流电压和电流常统称为正弦电量，简称正弦量。正弦交流电压和电流常统称为正弦电量，简称正弦量。定义定义 便于传输；易于变换便于传输；易于变换 便于运算；便于运算；有利于电器设备的运行；有利于电器设备的运行；正弦交流电的优越性正

3、弦交流电的优越性 正弦交流电瞬时方向正弦交流电瞬时方向正弦交流电也要规定正方向正弦交流电也要规定正方向,表示电压或电流的瞬时方向表示电压或电流的瞬时方向 交流电路进行计算时，首先要规定物理量交流电路进行计算时，首先要规定物理量的参考方向，然后才能用数字表达式来描述。的参考方向，然后才能用数字表达式来描述。实际方向和假设方向一致实际方向和假设方向一致实际方向和假设方向相反实际方向和假设方向相反tiiuR用小写字母表示交用小写字母表示交流瞬时值流瞬时值it i表示方法表示方法1 1、用波形表示、用波形表示t 2 2、用三角函数表示、用三角函数表示+musin()uUtiiI+msin()t角频率角

4、频率它在数值上等于单位时间内正弦函数辐角的增长值，称为角频率它在数值上等于单位时间内正弦函数辐角的增长值，称为角频率 fT22无线通信频率：无线通信频率：30 kHz 30GMHz30 kHz 30GMHz电网频率电网频率我国我国 50 Hz 50 Hz，美国美国 、日本、日本 60 Hz60 Hz高频炉频率：高频炉频率：200 300 200 300 kHZkHZ中频炉频率：中频炉频率：500 8000 Hz500 8000 Hz幅值幅值)sin()(sin0ummtUttUu+上式中上式中Um是电压是电压u的最大值，我们称之为幅值的最大值，我们称之为幅值初相位初相位）（+t：正弦波的相位角

5、或相位。正弦波的相位角或相位。：t t=0 =0 时的相位，称为初相位或初相角。时的相位，称为初相位或初相角。)sin()(sin0ummtUttUu+(-，+)总结总结)sin()(sin0ummtUttUu+由上述可知，角频率由上述可知，角频率(或频率或频率)、幅值、初相位是确定一个正弦量的、幅值、初相位是确定一个正弦量的三个要素。电路中所谓求某一个正弦电量，也就是求出它的三要素三个要素。电路中所谓求某一个正弦电量，也就是求出它的三要素而在正弦交流电路中，由于各正弦量的频率是相同的，往往只要求而在正弦交流电路中，由于各正弦量的频率是相同的，往往只要求得幅值和初相位就可以了。得幅值和初相位就

6、可以了。最大值最大值用用Im、Um、Em表示表示)sin()(sin0ummtUttUu+瞬时值瞬时值对应某一时刻的值对应某一时刻的值用用u、i、e表示表示有效值有效值：反映正弦量做功效果的物理量反映正弦量做功效果的物理量用用U、I、E表示表示 若正弦交流电流若正弦交流电流i通过一个电阻通过一个电阻R,R,在一个周期内产生在一个周期内产生的热量与某一直流电流的热量与某一直流电流I I在相同时间内产生的在相同时间内产生的热量相等热量相等的话，则的话，则I I定义为定义为i i的有效值。的有效值。有效值定义有效值定义dtRiT20RTI2则有则有TtiTI02d1 TttIT1022mdsin2m

7、I 同理：同理：2mUU 2mEE 1、在交流电路中，一般所讲电压或电流的大小都是指有效值。在交流电路中，一般所讲电压或电流的大小都是指有效值。2、交流电压、电流表测量数据为有效值、交流电压、电流表测量数据为有效值3、交流设备铭牌标注的电压、电流均为有效值、交流设备铭牌标注的电压、电流均为有效值 电器电器 220V最高耐压最高耐压=300V 若购得一台耐压为若购得一台耐压为 300V 的电器，是否可用于的电器，是否可用于 220V 的的线路上线路上?该电器最高耐压低于电源电压的最大值该电器最高耐压低于电源电压的最大值，所以，所以不能用！不能用！2有效值有效值 U=220V 最大值最大值 Um=

8、220V=311V 电源电压电源电压例例1：两同两同频率频率的正弦量之间的初相位之差。的正弦量之间的初相位之差。相位差：相位差：)sin(1mtUu+)()(21 +tt21 )sin(2mtIi+0=00同相同相uiu i tO 1290120 12012180uitui90OuituiOtuiuiOuitui O例例2：已知：已知 求求u和和i的初相及两者间的相位关系。的初相及两者间的相位关系。AtiVtu)45sin(210,)235sin(2220+VtVtu)125sin(2220)235sin(2220+解解：所以电压所以电压u的初相角为的初相角为-125,电流电流i的初相角为的初

9、相角为45。017045125iuui表明电压表明电压u滞后于电流滞后于电流i 170。例例3：分别写出图中各电流分别写出图中各电流i1、i2的初相位的初相位,并说明并说明i1 与与i2的相位关系的相位关系?2表明表明i1 于于i2 90。解解(a)由图知由图知,432i(b)由图知由图知 ，?1?1表明表明i1 于于 。o0o90滞后滞后超前超前o0?243 ,u2的初相为的初相为,)90sin(2220,)120sin(222021VtuVtu+o1120o29021o2100150o表明表明u1滞后于滞后于u2 150。例例4：已知已知=120-(-90)=210解：解：u1的初相为的初

10、相为u1和和u2的相位差为的相位差为:表示为表示为将将试分析二者的相位关系。试分析二者的相位关系。复数复数1）表示方法）表示方法A.代数形式为代数形式为：A A=a a+j+jb b22bar+abarctancosra sinrb C.C.指数形式：指数形式：B.B.三角函数形式：三角函数形式：jreA)sin(cossincosjrjrrA+sinjcosej+由欧拉公式由欧拉公式:D.D.极坐标极坐标形式：形式：rA 2）复数四则运算）复数四则运算)()(212121bbjaaAA+加减：加减：乘除：乘除：21212211212121221121AA+rrrrArrrrA正弦量的相量表示

11、正弦量的相量表示所谓正弦量的向量表示就是用一个复数表示正弦量，用复数的所谓正弦量的向量表示就是用一个复数表示正弦量，用复数的模表示正弦量的大小，用复数的辐角表示正弦量的初相位，这模表示正弦量的大小，用复数的辐角表示正弦量的初相位，这种用来表示正弦量的复数称为正弦量的相量。种用来表示正弦量的复数称为正弦量的相量。正弦电压正弦电压 最大值相量形式为最大值相量形式为 有效值相量形式为有效值相量形式为)sin(umtUu+ujmmeUUujUeU相量的模相量的模=正弦量的有效值正弦量的有效值 相量辐角相量辐角=正弦量的初相角正弦量的初相角相量的模相量的模=正弦量的最大值正弦量的最大值 相量辐角相量辐角

12、=正弦量的初相角正弦量的初相角相量图相量图相量图：相量图：相量是一个复数，它在复平面上的图形称为相量图。相量是一个复数，它在复平面上的图形称为相量图。正弦电流正弦电流 例：例：A)45314sin(251+tiA)30314sin(232ti其有效值相量分别为：其有效值相量分别为：AeIj4515AeIj3023其相量图：其相量图：1U 202U 45解解:(1)相量式相量式(2)相量图相量图例例:将将 u1、u2 用用相量表示相量表示V)45(sin21102+tuV)20(sin22201+tu+1+jV202201+UV451102+U【思考题思考题】指出下列各式的错误，并改正。指出下列

13、各式的错误，并改正。相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。)(sinmtIi+？=只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。只有正弦量才能用相量表示，非正弦量不能用相量表示。只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。IeImjm 注意：注意：相量的书写方式相量的书写方式 模模用最大值表示用最大值表示 ，则用符号：，则用符号：mmI U、相量的两种表示形式相量的两种表示形式 相量图相量图:把相量表示在复平面的图形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：实际应用中，模多采用有效值，符号：I U、可不

14、画坐标轴可不画坐标轴)jsincos(ejUUUU+相量式相量式:1 1、单一参数电路元件的交流电路、单一参数电路元件的交流电路纯电阻电路纯电阻电路电压与电流的关系电压与电流的关系在关联参考方向下，任意瞬时在电阻在关联参考方向下，任意瞬时在电阻R两端施加电压为两端施加电压为V)sin(2uRRtUu+)sin(2)sin(2iRuRRRtIRtURui+通过电阻通过电阻R的电流为的电流为iuRUIRmRmRUIRR因此，电压与电流的瞬时值、有效值、最大值、相量形式之间均符因此，电压与电流的瞬时值、有效值、最大值、相量形式之间均符合欧姆定律。合欧姆定律。波形图波形图相量图相量图【例例】把一个把一

15、个120120的电阻接到频率为的电阻接到频率为50Hz,50Hz,电压有效值为电压有效值为12V12V的正的正弦电源上，求通过电阻的电流有效值是多少弦电源上，求通过电阻的电流有效值是多少?如果电压值不变，电如果电压值不变，电源频率改为源频率改为5000Hz5000Hz，这时的电流又是多少，这时的电流又是多少?解：电阻电流的有效值为解：电阻电流的有效值为mA100A1.012012RUI由于电阻元件电阻的大小与频率无关由于电阻元件电阻的大小与频率无关,所以频率改变后，电流仍为所以频率改变后，电流仍为100mA100mA。功率功率（1）瞬时功率）瞬时功率交流电路中，瞬时电压和瞬时电流的乘积为瞬时功

16、率，用交流电路中，瞬时电压和瞬时电流的乘积为瞬时功率，用P表示，表示，单位是单位是W（瓦特）。（瓦特）。222mmsinsin2sinUPUIRIUtItUItR从上式可以看出从上式可以看出,表示电阻从电源吸取功率，所以说电阻是耗能元件表示电阻从电源吸取功率，所以说电阻是耗能元件。（2）有用功率）有用功率有用功率也称作平均功率，表示瞬时功率在一个周期内的平均值有用功率也称作平均功率，表示瞬时功率在一个周期内的平均值 TpdtTP01UIdttUITpdtTPTT00)2cos1(11RURIUIP22对于电阻元件有：对于电阻元件有：由于电压有效值由于电压有效值RIU 纯电感电路纯电感电路电压与

17、电流的关系电压与电流的关系LuLi设任意瞬时，电压设任意瞬时，电压和电流和电流在关联参考方向下的关系为在关联参考方向下的关系为dtdiLuLL如设电流为参考相量，即如设电流为参考相量，即tIiLLsin2 dtdiLuLL)90sin(2+tLIL则有则有在上式中，在上式中，LLLLIXLIULIUXLLL称为电感元件的电抗，简称感抗；单位：欧姆称为电感元件的电抗，简称感抗；单位：欧姆。L表明，同表明，同-个电感线圈个电感线圈(为定值为定值)，对不同频率的正弦电流，对不同频率的正弦电流表现出不同的感抗，频率越高，则感抗越大。因此电感线圈对高频表现出不同的感抗，频率越高，则感抗越大。因此电感线圈

18、对高频电流的阻碍作用大。电流的阻碍作用大。ui的相位差的相位差与与 90iu 即电感元件上电流即电感元件上电流i比电压比电压u滞后滞后90 电压和电流的相量形式电压和电流的相量形式dtdiLuLL)90sin(2+tULLLLLIXLIU【例例】把一个把一个0.2H0.2H的电感元件接到频率为的电感元件接到频率为50Hz50Hz，电压有效值为，电压有效值为12V12V的正弦电源上，求通过电感的电流有效值是多少？如果电压的正弦电源上，求通过电感的电流有效值是多少？如果电压值不变，电源频率改为值不变，电源频率改为5000Hz5000Hz，这时的电流有效值又是多少？，这时的电流有效值又是多少？解：当

19、解：当f f=50Hz=50Hz时时8.622.05014.322 fLXLmA191191.08.6212AXUILL当当f f=5000Hz=5000Hz时时62802.0500014.322 fLXLmA91.100191.0628012AXUILL由上式可见，电感元件的瞬时功率是随时间变化的正弦量，其由上式可见，电感元件的瞬时功率是随时间变化的正弦量，其频频率为电源频率的两倍。率为电源频率的两倍。mmm m1cossinsin2sin22puiUt ItU ItUIt功率功率(1)瞬时功率：瞬时功率：(2)有功功率有功功率由上式可知，瞬时功率在一个周期内的平均值为零，即电感元由上式可知

20、，瞬时功率在一个周期内的平均值为零，即电感元件的有功功率为零件的有功功率为零(3)无功功率无功功率电感与电源之间进行功率的交换，并没有消耗功率，这部分功率称电感与电源之间进行功率的交换，并没有消耗功率，这部分功率称为无功功率。其交换功率常用瞬时功率的最大值来衡量。无功功率为无功功率。其交换功率常用瞬时功率的最大值来衡量。无功功率用用 表示，单位为表示，单位为var（乏）。（乏）。QUIQL【例例2-3】电感元件的电感电感元件的电感 =19.1mH，接在，接在 V的电源端。计算电感元件的感的电源端。计算电感元件的感抗抗 、电流、电流 和无功功率。和无功功率。解：解：（1）电感元件的感抗）电感元件

21、的感抗 电源电压电源电压 电感元件的电流电感元件的电流 瞬时值表达式瞬时值表达式 A 无功功率无功功率 varLu=220 2sin(314t+30)LXi-3314 19.1 l06LXL 220 30U220 3036.6760j6 90LUIX36.67 2sin(31460)it8067.4QUI纯电容电路纯电容电路电压与电流的关系电压与电流的关系CuCi设任意瞬时，电压设任意瞬时，电压和电流和电流在关联参考方向下的关系为在关联参考方向下的关系为dtduCicc如设电压为参考相量，即如设电压为参考相量，即tUuCCsin2 则有则有dtduCicc)90sin(2+tCUCCCCUIC

22、CCXfCCIU211在上式中，在上式中，即即 ui的相位差的相位差 90iu电压和电流的相量形式电压和电流的相量形式90CCCUICCCjXUCjU1或或 F159V)60314sin(2220+tu在电容为在电容为的电容器两端加的电容器两端加试求电容的电流。试求电容的电流。【例例】的电压，的电压，解：解：2010159314116CXCV220CU电容电流的有效值为电容电流的有效值为A1120220CCCXUI则有则有A)150314sin(211+tiCmmmm1sincossin2sin22puiUtItU ItUItsin2PUIt0P 22sinCCUQUIX IX功率功率(1)瞬

23、时功率瞬时功率(2)有功功率有功功率瞬时功率在一个周期内的平均值为零，即电容元件的有功功率为零瞬时功率在一个周期内的平均值为零，即电容元件的有功功率为零,(3)无功功率无功功率【例例】有有 的电容接到的电容接到 V的的交流电源上。求（交流电源上。求（1）电容容抗）电容容抗 ，（，（2）电路中电流的有）电路中电流的有效值和瞬时值，（效值和瞬时值，（3）无功功率）无功功率 。解：（解：（1）电容容抗）电容容抗 （2）电路中电流的有效值）电路中电流的有效值 A 电流的瞬时值电流的瞬时值 （3）无功功率）无功功率 var31.8CF220 2sin(31430)ut+CXQ61110022 3.14 50 31.8 10CXfC2202.2100CUIR90120iu+2.2 2sin(314120)it+2202.2484QUI