电工基础 第2版 教学课件 1 作者 赵景波第5章.ppt

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1、第5章正弦交流电路正弦交流电路的基本概念5.1正弦交流电的相量图表示法5.2单一元件的正弦交流电路5.3RLC串联正弦电路5.4第5章正弦交流电路串联谐振电路5.5实验1：交流电压和电流的测量5.6实验2：认识正弦交流电路5.75.1正弦交流电路的基本概念5.1.1正弦交流电的产生5.1.2正弦交流电3大要素5.1.3正弦交流电的相位差5.1.4正弦交流电的有效值和平均值5.1.1正弦交流电的产生电磁感应现象使人类“磁生电”的梦想成真，发电机就是根据电磁感应原理制成的，而正弦交流电由交流发电机产生。一个简单的交流发电机模型

2、，磁极N、S固定不动，线圈abcd在匀强磁场中由外界其它动力带动绕固定转轴逆时针匀速转动，将线圈的两端分别焊接到随线圈一起转动的两个铜环上，铜环通过电刷与电流表连接。线圈每旋转一周，指针就摆动一次。这表明：转动的线圈里产生了感应电流，并且感应电流的大小和方向都随时间作周期性变化，交流电就这样产生了！简单的交流发电机模型线圈的截面图。线圈abcd以角速度ω沿逆时针方向匀速转动，当线圈转动到线圈平面与磁感线垂直位置时，线圈ab边和cd边的线速度方向都与磁感线平行，导线不切割磁感线，所以线圈中没有感应电流产生。线圈平面与磁感线垂

3、直时的位置叫中性面。线圈截面图线圈转动的起始时刻（t=0），线圈平面与中性面夹角为；t秒后线圈转过角度ωt，则t时刻线圈平面与中性面夹角为，设ab边、cd边长度为l，磁场的磁通密度为B，采用适当形状的磁极可以使线圈两边产生的感应电动势为。由于这两个电动势是串联的，所以在t时刻整个线圈产生的感应电动势e为。当线圈平面转动到与磁感线平行位置时，ab边和cd边都垂直切割磁感线，此时线圈中产生的感应电动势最大，用表示。若线圈有N匝，面积为S，则有因此，线圈产生的感应电动势可表示为e表示t时刻电动势的瞬时值交流电的瞬时值用小写字母表

4、示，如电流瞬时值，电压瞬时值，和分别称为电动势、电流和电压的最大值，也叫振幅或峰值，用大写字母下加小写m表示。交流电的变化规律除了可以解析式形式表示外，还可以用波形图形式表示。正弦量的波形图5.1.2正弦交流电3大要素观察正弦交流电的瞬时值表达式，可以发现它主要由三个重要的量来进行表征。式中，——最大值。——角频率。——初相位。最大值在正弦交流电瞬时值表达式中，正弦符号sin前面的系数，和称为正弦量的最大值，它是交流电瞬时值中所能达到的最大的值。从图5-3所示正弦交流电的波形图可知，交流电完成一次周期性变化时，正、负最大值

5、各出现一次。初相位称为交流电的相位，又称相角，称为初相位，t=0时刻的相位它反映了交流电起始时刻的状态。分别是初相位，和时正弦电流的波形图不同初相位的正弦电流的波形图可见正弦量的初相位不同，初始值就不同，到达最大值和某一特定值所需时间也不同。对比图发现，图（b）波形为图（a）波形向左平移了一个角度,图（c）波形为图（a）波形向右平移了一个角度。角频率角频率是描述正弦交流电变化快慢的物理量。把交流电每秒钟变化的电角度，称为角频率，单位是弧度／秒（rad／s）。在工程中，常用周期T或频率f来表示交流电变化的快慢。交流电完成一次

6、周期性变化所需的时间，称为周期，单位是秒（s）；交流电在1秒钟内完成周期性变化的次数，称为频率，单位是赫兹（Hz），简称赫。正弦交流电的周期和频率可以看出，周期和频率互为倒数，即：和因为交流电完成1次周期性变化所对应的电角度为，所用时间为T，所以角频率与周期T和频率f的关系是我国工农业生产和日常生活多采用的是频率为50Hz的正弦交流电，也称为工频交流电，其周期是0.02s，即20ms，角频率是rad／s或314rad／s，电流方向每秒钟变化100次。我国工农业生产采用50Hz正弦交流电任何一个正弦量的最大值、角频率和初相位

7、确定后，就可以写出解析式，并可以计算出任一时刻的瞬时值。因此，最大值、角频率和初相称为正弦量的三要素。欧美部分国家采用频率为60Hz的正弦交流电，试着写出其周期、频率和角频率。由正弦电压瞬时值表达式V可知(1)最大值(2)角频率(3)周期(4)频率(5)相位(6)初相(7)波形图（8）时瞬时值时瞬时值5.1.3正弦交流电的相位差两个同频率正弦量的相位之差，叫做它们的相位差，用表示。设有两个同频率的正弦交流电可以得出，是电压u的相位；是电流i的相位，则电压u和电流i的相位差为两个同频率正弦量的相位差等于它们的初相位之差，是个

8、常量，与时间t无关。相位差是描述同频率正弦量相互关系的重要特征量，它表征两个同频率正弦量在时间上超前或滞后到达正、负最大值或零值的关系。规定用绝对值小于（180度）的角来表示相位差。两个同频率正弦电压和电流的相位关系。同频率正弦量的相位关系（a）中，，相位差，称为电压u超前电流i角度，或称电流i滞后电压