高職《汽車電工電子技術》PPT電子課件,汽車電工電子技術,高職,汽車,電工,電子技術,PPT,電子,課件 汽車電工電子第2章 正弦交流電路正弦量與正弦電路正弦交流電路分析三相正弦交流電輸配電與安全用電簡介1.掌握正弦交流電的三要素及其相量表示方法。2.掌握電阻、電感、電容組成的交流電路的特點。3.掌握串并聯(lián)諧振電路的特點。4.了解三相交流電路的組成及電路特點 本章學習目標本章學習目標2.1 正弦量與正弦電路正弦量與正弦電路2.1.1 正弦量的時域表示法正弦量的時域表示法1.正弦量正弦量U(I)UItou(i)to+_+_ui正半周uRi+_負半周直流和正弦交流電壓（電流）隨時間變化的波形圖 解析式：正弦交流電量的相位與初相 to(T)12i2i1ii1|t=0i2|t=0正弦交流電量的相位與初相 為正弦交流電流隨時間變化的瞬時值；為電流的最大值；為正弦交流電流的角頻率；為正弦交流電的初相角。2正弦量的三要素正弦量的三要素（1）頻率、周期和角頻率周期是指交流電重復一次所需的時間，用字母T表示，單位為秒（s）。頻率是交流電每秒鐘重復變化的次數(shù)，用f表示。周期和頻率的關系是角頻率、周期、頻率的關系為（2）幅值與有效值 正弦量在任一瞬間的值稱為瞬時值，用小寫字母表示.在正弦交流電中，一般用有效值來描述各量的大小。有效值是通過電流的熱效應來規(guī)定的，若周期性電流在一個周期內流過電阻所產生的熱量與另一個恒定的直流電流流過相同的電阻在相同的時間里產生的熱量相等，即這個直流電流和周期電流熱效應是等效的，因此將這個直流電流的數(shù)值定義為該周期電流的有效值。有效值用大寫字母表示，經數(shù)學推導有效值與最大值之間的關系為（3）初相位當 時的相位叫初相位，簡稱初相，用 表示。212 正弦量的相量表示 1復數(shù)概述 ab+1（1）復數(shù)的表示方法（2）復數(shù)的表示形式基本運算 2正弦量的相量表示法一個正弦量具有三要素，但在交流電路中，當外加正弦交流電源的頻率一定時，在電路各部分產生的正弦電流和電壓的頻率，也都與電源的頻率相同，所以在分析過程中可以把角頻率這一要素當作為已知量，于是只留下正弦量的大小和初相位才需要進行計算。用復數(shù)的模表示正弦量的大小，用復數(shù)的輻角表示正弦量的初相角，來分析計算正弦交流電，就顯得非常合適。這種用于表示正弦交流電的復數(shù)，稱為相量。例如要表示正弦電壓:22 正弦交流電路分析正弦交流電路分析221電阻、電感、電容及其交流伏安特性電阻、電感、電容及其交流伏安特性1.電阻元件電阻元件（1）電壓與電流關系（2）電阻元件的功率 在任意瞬間，電壓瞬時值u與電流瞬時值i的乘積稱為瞬時功率，用小寫字母p表示，由于在電阻元件的交流電路中u與i同相，它們同時為正，同時為負，所以瞬時功率總是正值，即p 0。瞬時功率為正，這表明外電路從電源取用能量。平均功率：2電感元件（1）電感元件上電流與電壓關系 假設線圈只有電感L，而電阻R可以忽略不計，我們稱之為純電感，比較以上兩式可知，在電感元件電路中，電流在相位上比電壓滯后90，且電壓的與電流的有效值符合下式：即在電感元件電路中，電壓的幅值(或有效值)與電流的幅值(或有效值)之比值為L。顯然它的單位也為歐姆。電壓U一定時，L愈大，則電流I愈小?？梢娝哂袑﹄娏髌鹱璧K作用的物理性質，所以稱為感抗。用XL，表示為 XLL2fL（2）電感元件的功率與儲能 知道了電壓u和電i的變化規(guī)律和相互關系后，便可找出瞬時功率的變化規(guī)律，即可見，p是一個幅值為UI，以2角頻率隨時間而變化的交變量，當u和i正負相同時，p為正值，電感處于受電狀態(tài)，它從電源取用電能；當u和i正負相反時，P為負值，電感處于供電狀態(tài)，它把電能歸還電源。電感元件電路的平均功率為零，即電感元件的交流電路中沒有能量消耗，只有電源與電感元件間的能量互換。這種能量互換的規(guī)模我們用無功功率Q來衡量，我們規(guī)定無功功率等于瞬時功率的幅值，即無功功率的單位是乏(var)或千乏(kvar)。3電容元件（1）交流電路中電容元件上電流與電壓關系u和i也是一個同頻率的正弦量。電壓的與電流的有效值符合:對電流具有起阻礙作用的物理性質，所以稱為容抗:（2）交流電路中電容元件上的功率p=ui=UIsin2t 由上式可見，p是一個幅值為UI，并以2角頻率隨時間而變化的交變量，如圖(2-7d)所示。當u和i正負相同時，P為正值，電容處于充電狀態(tài)，它從電源取用電能；當u和i正負相反時，P為負值，電容處于放電狀態(tài)，它把電能歸還電源。為了同電感元件電路的無功功率相比較，我們設電流i=Imsint為參考正弦量，則得到電容元件的無功功率為222 阻抗的概念與正弦交流電路分析阻抗的概念與正弦交流電路分析 在實際的電路中，除白熾燈照明電路為純電阻電路外，其他電路幾乎都包含了電感或電容的復雜混合電路。1RLC串聯(lián)交流電路的阻抗與相量形式的歐姆定理(a)電路圖；(b)相量模型圖；(c)電壓相量三角形；(d)阻抗三角形根據(jù)克希荷夫電壓定律 代入 電流相量形式 上兩式中，X稱為電抗，表示電路中電感和電容對交流電流的阻礙作用的大小，單位為歐姆（）；Z稱為復阻抗，它描述了RLC串聯(lián)交流電路對電流的阻礙以及使電流相對電壓發(fā)生的相移。2.電流電壓關系與電壓三角形、阻抗與阻抗三角形電路的阻抗，用Z表示，有了阻抗|Z|,則歐姆定律寫為:U=I|Z|即RLC串聯(lián)電路中的電流與電壓的有效值符合歐姆定理。3電路的性質阻抗Z、電阻R、感抗XL，及容抗XC不僅表示電壓u及其分量、及與電流i之間的大小關系，而且也表示了它們之間的相位關系。隨著電路參數(shù)的不同，電壓u與電流i之間的相位差也就不同，因此，角的大小是由電路(負載)的參數(shù)決定的。我們一般根據(jù)角的大小來確定電路的性質。如果XLXC，則在相位上電流i比電壓u滯后，0，這種電路是電感性的，簡稱為感性電路；如果XLXC，則在相位上電流i比電壓u超前,0，這種電路是電容性的，簡稱為容性電路；當XL=XC，即=0時，則電流i與電壓u同相，這種電路是電阻性的，我們稱之為諧振電路，諧振電路后面我們將詳細介紹。4阻抗的聯(lián)接（1）阻抗的串聯(lián) Z-jXCRjXLuiui(a)RLC串聯(lián)電路的復阻抗形式 (b)等效電路Z為串聯(lián)電路的等效阻抗。（2）阻抗的并聯(lián)）阻抗的并聯(lián)并聯(lián)電路的等效阻抗的倒數(shù)等于各并聯(lián)阻抗倒數(shù)的和。Z為并聯(lián)電路的等效阻抗 a)阻抗并聯(lián)電路 b)等效電路 223 正弦交流電路的功率正弦交流電路的功率1.功率功率電路的平均功率 有功功率無功功率視在功率2.功率因數(shù)功率因數(shù) R、C、L混合電路中負載取用的功率不僅與發(fā)電機的輸出電壓及輸出電流的有效值的乘積有關，而且還與電路(負載)的參數(shù)有關。電路所具有的參數(shù)不同，電壓與電流之間的相位差也就不同，在同樣的電壓U和電流I下，電路的有功功率和無功功率也就不同。電工學中將P=URI=I2R=UIcos中的cos稱為功率因數(shù)。只有在電阻負載(例如白熾燈、電阻爐等)的情況下，電壓與電流才同相其功率因數(shù)為1。對其它負載來說，其功率因數(shù)均介于0與1之間，這時電路中發(fā)生能量互換，出現(xiàn)無功功率Q=Ulsin。無功功率的出現(xiàn)，使電能不能充分利用，其中有一部分能量即在電極與負載之間進行能量互換，同時增加了線路的功率損耗。所以對用電設備來說，提高功率因數(shù)一方面可以使電源設備的容量得到充分利用，同時也能使電能得到大量節(jié)約。224 阻抗的聯(lián)接與電路的諧振阻抗的聯(lián)接與電路的諧振1.RLC串聯(lián)諧振的條件與諧振頻率-jXCRjXLuiULIUCURRLC串聯(lián)電路中,當XL=XC時，電路呈純電阻性，此時，電流i與電壓u同相，我們稱電路發(fā)生了串聯(lián)諧振。（1）諧振的條件：XL=XC（2）諧振的頻率：（3）RLC串聯(lián)諧振的特點RLC串聯(lián)電路發(fā)生諧振時，具有下列三個基本特點：電路電壓與電流同相，電路呈電阻性；電路的阻抗模最小，電流達到最大值；UL=-UC即電感、電容電壓大小相等、方向相反，相互抵消，對整個電路不起作用。2.電感與電容并聯(lián)諧振電感與電容并聯(lián)諧振把一個電感線圈和一個電容器并聯(lián)起來組成一個電路，當該電路的復阻抗為純電阻性時，我們稱該電路發(fā)生了并聯(lián)諧振。這是一種常見的、應用非常廣泛的諧振電路，（1）并聯(lián)諧振的條件（2）并聯(lián)諧振電路的特點 電路兩端電壓與電流同相位，電路呈電阻性；電路的并聯(lián)阻抗最大，即等于電阻值。因此當電壓一定時，電路中的電流達到最小值；電感電流與電容電流大小相等，相位相反，互為補償，電路總電流等于電阻支路電流；各并聯(lián)支路的電流為2.3 三相交流電路三相交流電路2.3.1三相交流電源1對稱三相交流電源的產生 三相交流電動勢是由三相交流發(fā)電機產生的。相量表示三相電動勢的正弦波形圖及相量圖 a)波形圖 b)相量圖2三相電源的聯(lián)接三相電源的聯(lián)接常用發(fā)電機三相繞組的接法如圖所示，即將三個末端聯(lián)在一起，這一連接點稱為中點或零點，用N表示。這種聯(lián)接方法稱為星形連接。從中點引出的導線稱為中線，從始端A、B、C引出的三根導線L1、L2、L3稱為相線或端線，俗稱火線。a)發(fā)電機三相繞組的接法 b)發(fā)電機三相電壓相量圖2.3.2 三相負載的聯(lián)接方法三相負載的聯(lián)接方法日常使用的各種電器根據(jù)其特點可分為單相負載和三相負載兩大類。照明燈、電扇、電烙鐵和單相電動機等都屬于單相負載。三相交流電動機、三相電爐等三相用電器屬于三相負載。另外分別接在各相電路上的三組單相用電器也可以組成三相負載。三相負載的阻抗相同(數(shù)值相等，性質一樣)則稱為三相對稱負載，反之稱為不對稱負載。三相負載有Y形和形兩種聯(lián)接方法，各有其特點，適用于不同的場合，1三相對稱負載的Y形聯(lián)接 該電路具有如下特點：1)由于三相負載對稱，在三相對稱電壓的作用下負載中的三相電流也是對稱的，而三相對稱電流的和為零(矢量和)，所以不需接中線，三相電流依靠端線和負載互成回路。由于電路是對稱的，故電路的計算可以簡化為單相電路的計算。2)各相負載承受的電壓為電源的相電壓，大小為220V。3)各相負載的線電流Il與相電流Ip相等，即：IlIpUPZP，式中ZP為每相負載阻抗。4)各相支路中電壓與電流的相位差相等，大小為Pcos-1RZ。5)各相負載取用的功率相等，電路的總功率為P3UPIPcosP。2.三相不對稱負載的Y形聯(lián)接 工程實際使用中遇到的問題是將許多單相負載分成容量大致相等的三相，分別接到三相電源上，這樣構成的三相負載通常是不對稱的。對于這種電路，需要使用三相四線制，由于三相負載不對稱，三相電流也不對稱，其三相電流的和不為零，必須引一根中線供電流不對稱部分流過，即必須用三相四線制。由于中性線的作用，電路構成了相互獨立的回路。不論負載有無變動，各相負載承受的電源相電壓不變，從而保證了各相負載的正常工作。如果沒有中線，或者中線斷開了，雖然電源的線電壓不變，但各相負載承受的電壓不再對稱。有的相電壓增高了，有的相電壓降低了。這樣不但使負載不能正常工作，有時還會造成事故。3三相負載的三角形聯(lián)接當用電設備的額定電壓為380V時，負載電路應按形聯(lián)接。該電路的特點是：1)形聯(lián)接沒有零線，只能配接三相三線制電源，無論負載平衡與否各相負載承受的電壓均為線電壓380V；2)各相負載與電源之間獨自構成回路，互不干擾；3)各相負載的相電流為：IpUPZUlZ;4)在形聯(lián)接的各端點上均有三條支路，所以線電流Il不等于相電流Ip，當三相負載對稱時，三個相電流和三個線電流都對稱，兩者之間的關系為：IlIp5)設每相負載阻抗角為P，如果負載對稱，則電路取用的總有功功率為：P3UPIpCOSP3UPIpcosPUlIlcosP 當負載不對稱時：PPAPBPC 233三相電路的功率三相電路的功率1有功功率三相負載總的有功功率等于各相有功功率之和P=P1+P2+P3若負載對稱，則P=3PP=3UPIPcosP（1）當對稱負載作星形聯(lián)接時：（2）當對稱負載作三角形聯(lián)接時：2無功功率(2-58)3視在功率24 輸配電與安全用電簡介輸配電與安全用電簡介241輸配電簡介 發(fā)電廠把自然界蘊藏的各種形式非電能（如燃料的化學能、水的勢能、原子能、太陽能等），通過不同類型的發(fā)電機轉換成電能?；鹆Πl(fā)電廠一般建在燃料產地或交通運輸方便的地方，而水力發(fā)電廠通常建在江河、峽谷、水庫等水力資源豐富之地。各種發(fā)電廠中的發(fā)電機幾乎都是三相同步發(fā)電機。國產三相同步發(fā)電機的電壓等級有400V/30V、3.15kV、6.3kV、l0.5kV、13.8kV、l5.75kV和l8.OkV等多種。在本章231節(jié)中已經介紹過三相對稱電壓的產生。發(fā)電廠的三相定子繞組通常接成Y形，并將電源的中性點N接地，只引出三根相線U、V、W到三相升壓變壓器。當電能輸送到低壓變電所時，再從大地引出中性線N，大地作為良好的導電體，在遠距離送電時，可節(jié)省1/4的線材。242安全用電常識安全用電常識1電流對人體的危害 如人體不慎觸及帶電體，就會產生觸電事故，使人體受到傷害。電流對人體的傷害主要分為電傷和電擊兩種。電傷是指電流的熱效應、化學效應、機械效應等對人體表面所造成的創(chuàng)傷，如電弧燒傷、灼傷、電弧強光刺激等。電擊是指電流通過人體對人體及內部器官造成傷害的觸電事故，它又分為直接電擊和間接電擊兩種。人體直接接觸正常的帶電體所造成的觸電傷害稱為直接電擊，如站在地上的人接觸到電源的相線或電氣設備帶電體，或者站在絕緣體上的人同時接觸到電源的相線和零線，這屬于單相觸電；如果人體同時接觸帶電的任意兩相線，這屬于兩相觸電，人體處于線電壓之下危險性更大。2安全用電預防措施為了人身安全，防止觸電事故的發(fā)生，及電力系統(tǒng)、電氣設備的正常工作，應該從技術上、制度上加強安全用電。從技術措施的角度，應該做到:對于電力系統(tǒng)和電氣設備應配有良好的專用接地系統(tǒng)，有可靠的保護接地、保護接零措施;單相電氣設備和民用電器的使用切不可忽視必要的外殼接地措施。對電源配備安全保護裝置，如漏電保護器、自動斷路器等。使用固定式電氣設備時，應注意電氣隔離、絕緣操作，并確保電氣設備在額定狀態(tài)下工作。使用移動式電氣設備時，應根據(jù)具體工作場所的特點，采用相應等級的安全電壓，如36V、Z4V、l2V等。移動式電器使用的電源線應該是帶有接零(地)芯線的橡套軟線。注意特殊環(huán)境場所的用電安全，如在高壓帶電體附近時，千萬不要過分靠近，以免發(fā)生人與高壓帶電體間的放電而被電弧燒傷;在礦井等潮濕環(huán)境下要采用安全電壓供電；對易燃易爆等危險場所，應采用密閉和防爆型電器;特別場所，要采取防靜電火災的措施等。