模塊2正弦交流電路及應用ppt課件

電工電子技術,多媒體教學課件,廣東交通職業(yè)技術學院機電工程系,交通運輸系：,1,第2章正弦交流電路及應用,第二節(jié) 日光燈電路的安裝與檢修 單相正弦交流電的基本概念 正弦量的相量表示 電感、電容元件的識別 單一參數(shù)的正弦交流電路 復阻抗的串并聯(lián) 功率因數(shù)的提高,第三節(jié) 三相交流電路及測量,第一節(jié) 安全用電及其防護,2,了解單相交流電路中的幾個基本概念 掌握正弦量的基本特征及相量表示法 理解和掌握R、L、C三大基本元件的伏安關系 掌握多參數(shù)組合電路的簡單分析與計算方法 熟悉提高功率因數(shù)的意義和方法 理解有功功率、無功功率及視在功率的概念,學習目的與要求,3,2.1 全用電與緊急救護,為什么要安全用電,造成用電事故的原因,怎樣做到安全用電,發(fā)生用電事故怎么辦,防范措施,4,資料、事例：,全世界每年死于電氣事故的約占全部事故的25%；電氣火災約占火災事故總數(shù)的14%。 從所發(fā)生的觸電死亡事故分析： 移動電具方面而觸電死亡的占51% 違反安全操作規(guī)程、不懂安全操作而死亡的占24.5% 由于設備不良、檢修不及時而造成觸電死亡的占24.5%,5,6,一、 造成用電事故的原因,（1）安全用電管理漏洞 （2）電氣工作人員技術水平低、責任心不強 （3）非電氣人員或其它用電人員缺乏電氣安全常識 （4）假冒偽劣電器產(chǎn)品導致觸電或事故發(fā)生 （5）意外原因或偶然因素,7,觸電是怎么回事？,人碰到了帶電導體而使電流通過人體的現(xiàn)象，叫觸電。,8,二、觸電對人體的損傷情況,1.電擊：電流通過人體時，使內(nèi)部組織受到較為嚴重的損傷。 癥狀：全身發(fā)熱、發(fā)麻、肌肉發(fā)生不由自主的抽搐，逐漸失去知覺，心臟、呼吸機能和神經(jīng)系統(tǒng)受傷，直到停止呼吸、心臟停止跳動。,9,2.電傷：指電流對人體外部造成的局部損傷。 癥狀：電弧燒傷、電的烙印、燒焦 嚴重時變?yōu)殡姄?觸電電流與人體反應,10,三、影響觸電危險程度的因素,1.電壓的高低：越高越危險 根據(jù)環(huán)境不同，國家規(guī)定的安全電壓為,2.電流的種類 一般直流電的危險小于交流電的危險。 25-300Hz的交流電最危險。 無線電波能引起人體體溫升高、身體疲乏、無力、頭痛、失眠等,11,4.通電時間：越長越危險。 5.通過人體的路徑：,12,1、單相觸電 人體觸及電力系統(tǒng)中的任意一根相(火)線,相線,大地,四、常見觸電形式：,13,2、兩相觸電 人體的不同部位同時接觸兩相帶電體，引起的觸電。,14,高壓觸電的兩種形式,高壓電弧觸電,高壓跨步觸電,3、跨步電壓觸電,15,怎樣做到安 全用電？,16,不用濕毛巾擦燈具,17,遠離帶電物體,18,19,不違章亂建,20,21,使用標準規(guī)格的用電器,22,23,專業(yè)人員搶修,24,發(fā)生電氣事故 怎么辦？,25,該怎么辦呢？,26,2.1.2 觸電急救,發(fā)生觸電時，人不一定立即死亡，立即施救可挽回生命。 有資料表明：觸電后1分鐘之內(nèi)施救，90%；6分鐘之內(nèi)，10%；12分鐘后，可能性比較小。,任務：切斷電源，讓觸電者盡快脫離電源 1、未斷電前，禁止使用非安全用具接觸觸電者； 2、較高地方觸電，應采取防跌落措施避免進一步受傷； 3、夜間發(fā)生觸電，應采取應急照明措施； 4、在找不到電源時，應果斷弄斷電線（安全）； 5、在架空線路上觸電，可強制使輸電線路短路，迫使線路跳閘而切斷電源，同時采取防跌落安全措施。,對救護者：,27,28,對被救護者：,1、對輕微觸電者，主要是受到驚嚇，讓其安靜休息； 2、對較重者，通風、保暖、順氣，盡快通知醫(yī)生，懂人工呼吸的可進行人工呼吸救助； 3、嚴禁使用強心針。,人工呼吸,29,撥打緊急救護,30,防范措施,31,加強安全管理，避免電氣事故發(fā)生,預防觸電，最關鍵的是遵守安全規(guī)程和操作規(guī)程。 1、在任何情況下，都不得用手來鑒定導體或設備是否帶電，在380/220伏系統(tǒng)中可用驗電筆來進行驗電； 2、更換熔絲或安全檢查、檢修電氣設備時，應先切斷電源，避免帶電操作； 3、經(jīng)常接觸、使用的電氣設備，應使用安全電壓。： 致命電流50mA，人體電阻800 U = 800×0.05 = 40V 下浮10% 取36V 國家規(guī)定的安全電壓：36V、24V、12V、6V,32,4、定期檢查電氣設備，發(fā)現(xiàn)溫升過高或絕緣下降，應及時查明原因，消除故障； 5、移動電氣設備時，均應切斷電源后進行； 6、電氣設備的金屬外殼，均應加裝安全接地線； 7、在條件許可的情況下，盡可能安裝觸漏電保護開關； 8、配電箱、電源總開關等地方，應設警告標志。,33,接地和接零和避雷,為了人身安全和電力系統(tǒng)工作的需求，要求電氣設備采取接地、接零措施。 對高層建筑采用避雷。,34,交流電的概念,如果電流或電壓每經(jīng)過一定時間 （T ）就重復變化一次，則此種電流 、電壓稱為周期性交流電流或電壓。如正弦波、方波、三角波、鋸齒波 等。 記做： u(t) = u(t + T ),概述：,35,如果在電路中電動勢的大小與方向均隨時間按正弦規(guī)律變化，由此產(chǎn)生的電流、電壓大小和方向也是正弦的，這樣的電路稱為正弦交流電路。,正弦交流電路,36,正弦交流電也有正方向,一般按正半周的方向假設。,交流電路進行計算時，首先也要規(guī)定物理量 的正方向，然后才能用數(shù)字表達式來描述。,實際方向和假設方向一致,實際方向和假設方向相反,正弦交流電的方向,i,u,R,37,2.2.1 單相交流電路的基本概念,大小和方向均隨時間變化的電壓或電流稱為交流電。如,等腰三角波,矩形脈沖波,正弦波,其中，大小和方向均隨時間按正弦規(guī)律變化的電壓或電流稱為正弦交流電。,了解和掌握正弦交流電的特點，學會正弦交流電路的基本分析方法，是本章學習的目的。,38,1. 正弦交流電的頻率、周期和角頻率,T=0.5s,單位是秒,(1)周期,交流電完成一次周期性變化所需要的時間叫做交流電的周期。用T表示。,u(i),39,交流電在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)稱為交流電的頻率，用f 表示。,1秒鐘,f=2Hz,單位是赫茲,u(i),(2)頻率,我國：50Hz,40,=314rad/s,單位是 每秒弧度,u(i),顯然,三者是從不同的角度反映的同一個問題：交流電隨時間變化的快慢程度。,交流電一秒鐘內(nèi)經(jīng)歷的電角度稱為角頻率，用表示。,交流電變化一個周期，相當于發(fā)電機繞組轉(zhuǎn)動了 弧度或3600。,國標,(3)角頻率,41,2. 正弦交流電的瞬時值、最大值和有效值,交流電隨時間按正弦規(guī)律變化，對應各個時刻的數(shù)值稱為瞬時值，瞬時值是用正弦解析式表示的，即：,瞬時值是變量，注意要用小寫英文字母表示。,(1)瞬時值,(2)最大值,正弦量振蕩的最高點稱為最大值或峰值，用Um(或Im)表示,42,有效值是指與交流電熱效應相同的直流電數(shù)值。,在t 時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q,例,在t 時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量也為Q,兩電流熱效應相同，可理解為二者做功能力相等。我們把做功能力相等的直流電的數(shù)值I定義為相應交流電i 的有效值。有效值可確切地反映正弦交流電的大小。,(3)有效值,有效值用U或I表示。,理論和實踐都可以證明，正弦交流電的有效值和最大值之間具有特定的數(shù)量關系，即：,43,3. 正弦交流電的相位、初相和相位差,顯然，相位反映了正弦量隨時間變化的整個進程。,初相確定了正弦量計時開始的位置，初相規(guī)定不得超過±180°。,(1)相位,(2)初相,正弦量與縱軸相交處若在正半周，初相為正。,正弦量與縱軸相交處若在負半周，初相為負。,44,u、i 的相位差為：,顯然，兩個同頻率正弦量之間的相位之差，實際上等于它們的初相之差。,已知,(3)相位差,，求,電壓與電流之間的相位差。,注 意,不同頻率的正弦量之間不存在相位差的概念。相位差不得超過±180°!,45,思考 回答,何謂交流電的三要素？它們各反映了什么？,耐壓為220V的電容器，能否用在180V的正弦交流電源上？,何謂反相？同相？超前？滯后？,正弦量的三要素是指它的最大值、角頻率和初相位。最大值反映了交流電大小的變化范圍；角頻率反映了交流電變化的快慢；初相位反映了交流電的初始狀態(tài)。,不能！因為180V的正弦交流電，其最大值255V 180V!,u1與u2反相，即相位差為180°；,u1與u4同相，即相位差為零。,=1-2， 當0,1超前2； 當0,1滯后2； 當=0，12同相位； 當=180，12反相； 當=90，12正交；,46,* 電網(wǎng)頻率： 中國 50 Hz 美國 、日本 60 Hz,小常識,* 有線通訊頻率：300 - 5000 Hz,* 無線通訊頻率： 30 kHz - 3×104 MHz,47,【例2-1】某正弦電壓的最大值Um=310V,初相u=300;某正弦電流的最大值Im=14.1A,初相i=-600。它們的頻率均為50Hz。（1）分別寫出電壓和電流的瞬時值表達式。（2）正弦電壓和電流的相位差。,解：,答：電壓和電流的瞬時值表達式分別是310sin(314t+300)V， 14.1sin(314t-600A ，正弦電壓和電流的相位差是900 。,(1),(2),48,【例2-2】設在工頻電路中，電流i=Imsin(t+1200）,已知接在電路中的安培表讀數(shù)為1.3A，求初相位和t=0.5s時的瞬時值。,解：,答：初相位是2/3 rad，t=0.5s時的瞬時值是1.59A。,(1),(2),初相位:,最大值:,角頻率:,則:,當t=0.5s時：,49,2.2.2正弦交流電的相量表示方法,波形圖,50,概念 ：一個正弦量的瞬時值可以用一個旋轉(zhuǎn)的有向線段在縱軸上的投影值來表示。,矢量長度 =,矢量與橫軸夾角 = 初相位,51,3. 相量符號 包含幅度與相位信息。,有效值,1. 描述正弦量的有向線段稱為相量 (phasor )。若其 幅度用最大值表示 ，則用符號：,最大值,相量的書寫方式,2. 在實際應用中，幅度更多采用有效值，則用符號：,52,相量法就是用相量來表示正弦量，相量是用復數(shù)來表示的 。,一、 復數(shù)及其運算,1.復數(shù)的表示方法,(1)代數(shù)式 A = a +jb (2)三角函數(shù)式 A = r(cos +jsin ) (3)指數(shù)式 A = rej (4)極坐標式,2.復數(shù)的四則運算 設有兩個復數(shù)A、B，分別為 A = a1 + jb1 = r1 1 , B = a2 + jb2 = r2 2 (1)加減運算 A B = ( a1 a2 ) + j( b1 b2 ),電工電子技術(少學時) 高職高專 ppt 課件,53,復數(shù)的加減運算還可以用矢量合成分析，利用平行四邊形法則進行運算，如圖所示。 (2)乘除運算,矢量的平行四邊形法則,二、正弦量的相量表示法,建立一個復平面：復數(shù)的模為正弦量有效值I，幅角為正弦量的初相角 ，逆時針旋轉(zhuǎn)的速度為角頻率，這個復數(shù)就稱為電流i的有效值相量，記作 ，即,= I,電工電子技術(少學時) 高職高專 ppt 課件,54,在復平面中，相量 可用長度為U，與實軸正方向的夾角為的矢量表示。這種表示相量的圖形稱為相量圖，如上圖所示。,電壓的相量圖,也可以用幅值相量來表示正弦量： = Im 正弦量和相量是一一對應的關系（注意：正弦量和相量不是相等關系).如 = I 和 i = Imsin(t +)是 一一對應的關系（不能寫成i = Imsin(t +) = = I )。,電工電子技術(少學時) 高職高專 ppt 課件,描述正弦交流電的有向線段稱為相量。,55,正弦量：,例：,56,波形圖,瞬時值,相量圖,復數(shù) 符號法,小結(jié)：正弦量的四種表示法,57,一. 電阻電路,根據(jù) 歐姆定律,2.2.4 單一參數(shù)的正弦交流電路,1 電阻元件上的電壓、電流關系,1）頻率相同 2）相位：同相 3）幅值和有效值關系： 4）相量關系：,58,2 電阻元件上的功率關系,1)瞬時功率 p,瞬時功率用小寫！,則,結(jié)論：1. p隨時間變化,p,2. p0；耗能元件,吸收電能，轉(zhuǎn)換為熱能,59,2） 平均功率（有功功率）P：一個周期內(nèi)的平均值,大寫,60,【例】電路中只有電阻R=2，正弦電壓u=10sin(314t-600)V,試完成（1）寫出通過電阻的電流瞬時值表達式（2）電阻消耗的功率。,公式：,解：,答：通過電阻的電流瞬時值表達式是5sin(314t-600），電阻消耗的功率是25W。,61,二. 電感元件,1.電感器,電感器是用漆包線、紗包線或塑皮線等在絕緣骨架或磁芯、鐵芯上繞制成的一組串聯(lián)的同軸線匝。,L,L,帶磁芯或鐵芯的電感器,2.電感量,電感量也稱自感系數(shù)，是表示電感器產(chǎn)生自感應能力的一個物理量。,a 線圈匝數(shù)；b 繞制方式；c 有無鐵芯或磁芯,影響因素,62,電感量用L表示，基本單位是H(亨利),特點,a 通直流，阻交流； b 通低頻，阻高頻；,電感對交流電的這種阻礙作用稱為電感抗，簡稱感抗，或電抗。用XL表示，單位是。,3.純電感交流電路,電感上的電壓u和電流i是一個同頻率的正弦量，并且電流i在相位上比電壓u滯后900。,63,基本關系式：,64,1）電感電路中電流、電壓的關系,設：,65,(4)相量關系,設：,66,感抗（XL =L ）是頻率的函數(shù)， 表示電感電路中電壓、電流有效值之間的關系，且只對正弦波有效。,2)關于感抗的討論,故：通直流，阻交流,67,3）電感電路中的功率,(1)瞬時功率 p ：,68,儲存 能量,釋放 能量,可逆的 能量轉(zhuǎn)換 過程,69,(2)平均功率 P (有功功率),結(jié)論：純電感不消耗能量，只和電源進行能量交換（能 量的吞吐）。,（1）p0，電感線圈吸取電能，并以磁能的方式儲存起來 （2）p0，電感線圈把儲存的磁能轉(zhuǎn)換為電能，還給電路,70,(3)無功功率 Q,Q 的單位：乏、千乏 (var、kvar),Q 的定義：電感瞬時功率所能達到的最大值。用 以衡量電感電路中能量交換的規(guī)模。,電感元件雖然不耗能，但它與電源之間的能量交換始終在進行，這種電能和磁場能之間交換的規(guī)?？捎脽o功功率來衡量。,71,【例】在電壓為220V、工頻50Hz的電力網(wǎng)內(nèi)，接入電感L=0.127H、而電阻可忽略不計的電感線圈。試求電感線圈的感抗、電感線圈中電流的有效值及無功功率。,解：,答：電感線圈的感抗是40、電感線圈中電流的有效值是5.5A，無功功率為1210var。,72,