电路应用基础 教学课件 作者 王雪瑜第3章 正弦交流电路的基本概念.ppt

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1、深刻理解正弦量的三要素、相位差、有效值等概念与物理意义，并会求解计算。深刻理解正弦交流电路中电阻、电感和电容的伏安关系；了解参考正弦量的意义及应用；了解感抗频率特性与容抗频率特性。本章学习要求第3章正弦交流电路的基本概念3.1正弦量的三要素3.2正弦交流电阻电路3.3正弦交流电感电路3.4正弦交流电容电路本章大纲3.1正弦量的三要素在电路中，电压、电流的大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电，电压、电流的大小和方向随时间变化的电流称为交流电。中图（a）所示为稳恒直流电流，图（b）所示为波动直流

2、电流，图（c）所示为正弦交流电流，图（d）所示为非正弦交流电流。图2-1电流的变化曲线正弦交流电在变化过程中任一瞬间所对应的数值称为瞬时值，用小写字母e、u、i表示。瞬时值中最大的数值称为正弦交流电的幅值或最大值，用大写字母加下标“m”（maximum）表示，如Em、Um、Im。在交流电路中，一般所讲的电压或电流的大小都是指有效值。例如最常见的供电电压220V就是有效值。交流电在任何瞬间的数值都不能代表整个交变量的大小，其大小只能用它的有效值来表示。交流电的有效值就是同它的热效应相等的直流值，如

3、对同一个电阻R，在相同的时间内，某交流电通过它所产生的热量与另一直流电通过它所产生的热量相等，则这一直流电的数值就是该交流电的有效值。有效值用大写字母表示，如E、U、I。1幅值与有效值正弦量完整变化一周所需的时间，称为周期，用T表示，单位是秒（s）。每秒内变化的周数称为频率，用f表示，单位是赫兹，简称赫（Hz），常用的单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。很多国家包括我国，都采用50Hz作为电力系统的供电频率。有些国家如美国、日本等采用60Hz。这种供电频率称为工业频率，简称工频。2周期和频率

4、交流电的有效值为I=正弦电压有效值为U==0.707Um3相位、初相位、相位差相位在不同的时刻，对应不同的相位，就有不同的电流值。初相位在t=0时的相位称为初相位，简称初相，它决定了正弦量的初始值。一般初相位用－180°～180°，或者－π～π来表示，如果不在这个范围内，则应通过恰当地转化变成这个范围内。当正弦波形的起始点在时间原点0的左侧时，初相位为“+”；当正弦波形的起始点在时间原点0的右侧时，初相位为“－”；当正弦波形的起始点与时间原点0重合时，初相位为零。相位差2个同频率的交流电的相位角

5、之差称为它们的相位差。事实上，2个交流电的相位差等于它们的初相差。3.2正弦交电阻电路由白炽灯、电烙铁和电阻器等组成的交流电路都可近似看成是纯电阻电路。在这些电路中，当外加电压一定时，影响电流大小的主要因素是电阻R的值。设加在电阻两端的电压为电阻电流仍可用欧姆定律来计算1、电阻元件上电压与电流的关系其中2、电阻元件的功率在任一瞬间，电阻中电流瞬时值与同一瞬间电阻两端电压瞬时值的乘积，称为电阻吸收的瞬时功率瞬时功率的曲线由于电流和电压同相，所以在任一瞬间功率的数值都是正值或等于零，这就说明电阻总是

6、要消耗功率的，是耗能元件。由于瞬时功率不便于计算，用处也不大，所以通常用电阻在交流电的一个周期内瞬时功率的平均值来表示功率的大小，叫做平均功率。例如电灯泡的功率为100W，就是指平均功率。平均功率用大写字母P表示，单位仍是瓦（W）。电压、电流用有效值表示时，平均功率P的计算方法与直流电路相同，即3.3正弦交流电感电路电感的文字符号用L表示图形符号电感反映了电能转换为磁能，即电流建立磁场的物理本质。磁通与电流i之间的方向符合右螺旋法则当线圈中的电流发生变化时，它产生的磁通也变化，根据电磁感应定律

7、，在线圈两端将有感应电动势产生。规定感应电动势的方向与电流的方向一致，即与eL的方向也符合右螺旋法则，则1、电感元件电感的电压u与电流i的伏安关系为积分关系为电感元件两端的电压与通过它的电流的变化率成正比。只有当电流变化时，电感元件两端才有电压。若电感元件中通过的电流是直流，电感元件两端的电压为零，所以电感元件对直流可视为短路。电感元件是一种储能元件。当通过电感的电流上升时，电感将电能变为磁能储存在磁场中；当通过电感的电流减小时，电感将储存的磁能变为电能释放给电源。因而当通过电感的电流发生变化

8、时，电感只进行着电能与磁能的转换，电感本身不消耗能量。2、正弦交流电感电路由电阻很小的电感线圈组成的交流电路，可近似地看成是纯电感电路设电感L中流过的电流为iL=ILmsint其中ULm=LILm可得，当电压一定时，L越大，电感中的电流越小，L具有阻止电流通过的性质，称为感抗，用XL表示，即XL=L=2fLXL的单位为欧（）。3.4正弦交流容电路1、电容元件电容的文字符号用C表示图形符号在电容元件两端加上电压u，电容即被充电并建立电场。设极板上所带的电荷为q，则电容的定义为根据电流