1、下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 第第4章章 正弦交流电路正弦交流电路 4.1 正弦电路的基本概念正弦电路的基本概念 4.2 正弦量的相量表示法正弦量的相量表示法 4.3 电阻、电感、电容元件的正弦交流电路电阻、电感、电容元件的正弦交流电路 4.4 电阻、电感与电容元件的串联交流电路电阻、电感与电容元件的串联交流电路 4.5 阻抗的串联和并联阻抗的串联和并联 4.6 复杂交流电路的分析复杂交流电路的分析 4.7 4.7 谐振电路谐振电路 4.8 4.8 交流电路的频率特性交流电路的频率特性 4.9 4.9 功率因数的提高功率因数的提高 4.10 4.10 非正弦
2、周期电压和电流非正弦周期电压和电流 （第十五讲） 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 含有电感和电容的电路，如果无功功率得到完全补偿，含有电感和电容的电路，如果无功功率得到完全补偿， 使电路的功率因数等于使电路的功率因数等于1，即：，即：u、 i 同相，便称此电路处同相，便称此电路处 于谐振状态。于谐振状态。 谐振谐振 串联谐振：串联谐振：L 与与 C 串联时串联时 u、i 同相同相 并联谐振：并联谐振：L 与与 C 并联时并联时 u、i 同相同相 谐振电路在无线电工程、电子测量技术等许多电路中应谐振电路在无线电工程、电子测量技术等许多电路中应 用非常广泛。用非常
3、广泛。 谐振概念谐振概念： 4.7 谐振电路谐振电路 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 1 串联谐振串联谐振 R XX XXR ZXXjRZ CL CL CL arctan 2 2 串联谐振的条件串联谐振的条件 C U R L C U R U L U I 串联谐振电路串联谐振电路 IU 、 、 同相同相 若令：若令： CL XX 0则：则： 谐振谐振 CL XX 串联谐振的条件是：串联谐振的条件是： fCC XfLLX CL 2 11 2 谐振频率谐振频率： o f C L 0 0 1 CL XX LC f 2 1 0 LC 1 0 下一页下一页 总目录总目录
4、章目录章目录 返回返回 上一页上一页 串联谐振应用举例串联谐振应用举例 收音机接收电路收音机接收电路 1 L 2 L 3 L C : 1 L接收天线接收天线 2 L与与 C ：组成谐振电路：组成谐振电路 : 3 L将选择的信号送接收电路将选择的信号送接收电路 C 2 L 2 L R 1 e 2 e 3 e 组成谐振电路组成谐振电路 ，选出所，选出所 需的电台。需的电台。 C - 2 L 321 eee、 为来自为来自3个不同电台个不同电台 （不同频率）的电动势信号；（不同频率）的电动势信号； 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 已知：已知： 20 H250 2 2
5、L RL、 kHz820 1 fC 2 L 2 L R 1 e 2 e 3 e 解：解： CL f 2 1 2 1 2 2 2 1 Lf C pF150 10250108202 1 6 2 3 C 如果要收听如果要收听 节目，节目，C 应配多大？应配多大？ 1 e问题：问题： 结论：结论：当当 C 调到调到 150 pF 时，可收听到时，可收听到 的节目。的节目。 1 e 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 U I RL I C I R L C 2 并联谐振并联谐振 )/()( CL jXjXRZ C jLjR C jLjR 1 ) 1 )( ) 1 ( C Lj
6、R C L 时，发生并联谐振。或 LC ff LC 2 11 00 当将电源角频率当将电源角频率 调到调到 时，时， 0 C L 0 0 1 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 4.9功率因数功率因数的的提高提高 1.功率因数功率因数 :对电源利用程度的衡量对电源利用程度的衡量。 sco Z R X jXRZ + U - Z I 的的意义：电压与电流的相位差，阻抗的辐角意义：电压与电流的相位差，阻抗的辐角 sinUIQ 1cos时时,电路中发生能量互换电路中发生能量互换,出现无功出现无功 当当 功率功率 这样引起两个问题这样引起两个问题: U I 下一页下一页 总
7、目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 (1) 电源设备的容量不能充分利用电源设备的容量不能充分利用 AkV1000 NNN IUS 若用户：若用户： 则电源可发出的有功功率为：则电源可发出的有功功率为： 1cos 若用户：若用户： 则电源可发出的有功功率为：则电源可发出的有功功率为： 0.6cos 800kvarsin NN IUQ 而需提供的无功功率为而需提供的无功功率为: 600kWcos NN IUP 所以所以 提高提高 可使发电设备的容量得以充分利用可使发电设备的容量得以充分利用 cos 1000kWcos NN IUP 无需提供的无功功率。无需提供的无功功率。 下一页下一
8、页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 （2）增加线路和发电机绕组的功率损耗）增加线路和发电机绕组的功率损耗 (费电费电) 所以要求所以要求提高电网的功率因数对国民经济的发展有重提高电网的功率因数对国民经济的发展有重 要的意义。要的意义。 设输电线和发电机绕组的电阻为设输电线和发电机绕组的电阻为 : r 要求要求: (、定值定值)时时 cosIUP cosU P I rIP 2 所以所以提高提高 可减小线路和发电机绕组的损耗。可减小线路和发电机绕组的损耗。 cos ( (导线截面积导线截面积) ) IS 2. 功率因数功率因数cos 低的原因低的原因 日常生活中多为日常生活中多
9、为感性负载感性负载-如电动机、日光灯，如电动机、日光灯， 其等效电路及相量关系如下图。其等效电路及相量关系如下图。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 I U R U L U 相量图相量图 + U - R L X I + R U - + - L U 感性等效电路感性等效电路 A0.182A 220 40 U P I 40W220V白炽灯白炽灯 1cos例例 cosIUP A0.364A 0.5220 40 co sU P I 40W220V日光灯日光灯 0.5cos 供电局一般要求用户的供电局一般要求用户的 否则受处罚否则受处罚。 0.85cos cos L L
10、I 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 (2) 提高功率因数的措施提高功率因数的措施: : 3.功率因数的功率因数的提高提高 1 I C I I U 1 必须保证必须保证原负载的工作状态不变。原负载的工作状态不变。即：即： 加至负载上的电压和负载的有功功率不变。加至负载上的电压和负载的有功功率不变。 在感性负载两端并电容在感性负载两端并电容 cos I cos (1) 提高功率因数的原则：提高功率因数的原则： C I C + U - R L I 1 I 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 结论结论 并联电容并联电容C后：后： (2)
11、原感性支路的工作状态不变原感性支路的工作状态不变: : 1 cos不变不变 感性支路的感性支路的功率因数功率因数 不变不变 感性支路的电流感性支路的电流 (3) 电路总的有功功率不变电路总的有功功率不变 1 I I U 1 C I 因为电路中电阻没有变，因为电路中电阻没有变， 所以消耗的功率也不变。所以消耗的功率也不变。 (1) 电路的总电流电路的总电流 ，电路总功率因数，电路总功率因数 I cos 电路总视在功率电路总视在功率S 1 I 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 4. 并联电容值的计算并联电容值的计算 相量图相量图: 1 I I U 1 C I 又由相
12、量图可得：又由相量图可得： sinsin 11 IIIC CUIC 所以所以 11sin I sinI C I 即即: sinsin 11 IICU C I C + U - R L I 1 I 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 )tan(tan 1 2 U P C sin cos sin cos 1 1 U P U P CU 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 第第5章章 三相交流电路及安全用电三相交流电路及安全用电 5.1 三相电压三相电压 5.2 三相电路的分析和计算三相电路的分析和计算 5.3 三相电路的功率计算与测量三相电路
13、的功率计算与测量 5.4 安全用电常识安全用电常识 (第十六讲) 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 第第5章三相交流电路及安全用电章三相交流电路及安全用电 本章要求：本章要求： 1. 理解理解对称三相负载对称三相负载Y和和联结时相线电压、相线联结时相线电压、相线 电流关系。电流关系。 2. 掌握掌握三相四线制供电系统中单相及三相负载的正三相四线制供电系统中单相及三相负载的正 确联接方法，理解中线的作用。确联接方法，理解中线的作用。 3. 掌握掌握对称三相电路电压、电流及功率的计算。对称三相电路电压、电流及功率的计算。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返
14、回返回 上一页上一页 图图5.1.1 三相交流发电机示意图三相交流发电机示意图 5.1 三相电压三相电压 1. 三相电压的产生三相电压的产生 工作原理：动磁生电工作原理：动磁生电 (尾端尾端) + eA e B eC X A B Y C Z (首端首端) + + + + _ _ e e A X 图图5.1.2 三相绕组示意图三相绕组示意图 图图5.1.3电枢绕组及其电动势电枢绕组及其电动势 定子定子 转子转子 Z A X Y N S C - + B 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 三相电动势瞬时表示式三相电动势瞬时表示式 相量表示相量表示 铁心铁心（作为导磁路
15、经）（作为导磁路经） 三相绕组三相绕组 匝数相同匝数相同 空间排列互差空间排列互差120 : 直流励磁的电磁铁直流励磁的电磁铁 定子定子 转子转子 发电机结构发电机结构 tEe sin mA )120sin( mB tEe )120sin( mC tEe EEE 0 A ) 2 3 j 2 1 (120 B EEE ) 2 3 j 2 1 (120 C EEE 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 相量图相量图 波形图波形图 e 0 eA eB eC 2 120 240 360 t 相量表示相量表示 EB EA . . 120 120 120 EC . 三相电动势瞬
16、时表示式三相电动势瞬时表示式 tEe sin mA )120sin( mB tEe )120sin( mC tEe EEE 0 A 120 B EE 120 C EE 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 对称三相电动势的瞬时值之和为对称三相电动势的瞬时值之和为 0 三相交流电到达正最大值的顺序称为三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。相序。 0 CBA eee即：即： 0 CBA EEE 或或 最大值相等最大值相等 频率相同频率相同 相位互差相位互差120 称为对称三相电动势称为对称三相电动势 三个正弦交流电动势满足以下特征三个正弦交流电动势满足以下特征 供电系统
17、三相交流电的相序为供电系统三相交流电的相序为 A B C 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 2. 三相电源的星形（三相电源的星形（Y）联结）联结 (1) 联接方式联接方式 中性线中性线(零线、地线零线、地线) 中性点中性点 端线端线(相线、火线相线、火线) 在低压系统在低压系统,中中 性点通常接地，性点通常接地， 所以也称地线。所以也称地线。 相电压相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压 线电压线电压：端线与端线间的电压：端线与端线间的电压 CBA UUU 、 CABCAB UUU 、 、Up C U + + B
18、U + A U 、Ul X Y Z N B C A eA + eC + eB + AB U + + BC U + CA U 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 (2) 线电压与相电压的关系线电压与相电压的关系 BAAB UUU CBBC UUU ACCA UUU 根据根据KVL定律定律 由相量图可得由相量图可得 相量图相量图 30 B U AB U A U C U B U A X Y Z N B C eA + eC + eB + C U + + B U + A U AB U + + BC U + CA U 303 AAB UU 303 P U 30 L U 下一页
19、下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 同理同理 3. 三相电源的三角形联结三相电源的三角形联结 p 相电压相电压线电压线电压 时时结结结论：电源结论：电源 形联形联 UUl 且超且超线电压线电压形联结时形联结时结论：电源结论：电源,3,Y P UUl 。三相线电压也是对称的三相线电压也是对称的前相应的相电压前相应的相电压 ,30 + + + B A C AB U CA U BC U BC U 90903303 LPBBC UUUU 1501503303 LPCCA UUUU 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 5.2 三相电路的分析和计算三相
20、电路的分析和计算 三相负载三相负载 不对称三相负载：不对称三相负载： 不满足不满足 ZA =ZB = ZC 如由单相负载组成的三相负载如由单相负载组成的三相负载 对称三相负载：对称三相负载：ZA=ZB= ZC 如 如三相电动机三相电动机 1. 三相负载的连接三相负载的连接 分类分类 单相负载：单相负载：只需一相电源供电只需一相电源供电 照明负载、家用电器照明负载、家用电器 负载负载 三相负载：三相负载：需三相电源同时供电需三相电源同时供电 三相电动机等三相电动机等 三相负载的联接三相负载的联接 三相负载也有三相负载也有 Y和和 两种接法，至于采用哪种方两种接法，至于采用哪种方 法法 ，要根据负
21、载的额定电压和电源电压确定。，要根据负载的额定电压和电源电压确定。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 三相负载连接原则三相负载连接原则 （1） 电源提供的电压电源提供的电压=负载的额定电压；负载的额定电压； （2） 单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。 A B 电源电源 C 保险丝保险丝 三相四线制三相四线制 380/220380/220伏伏 N 额定相电压为额定相电压为 220伏的单相负载伏的单相负载 额定线电压为额定线电压为 380伏的三相负载伏的三相负载 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页
22、2. 星形联结的三相负载及中性线的作用星形联结的三相负载及中性线的作用 N I 线电流：线电流：流过端线的电流流过端线的电流 CBA III 、 相电流：相电流：流过每相负载的电流流过每相负载的电流 结论结论： 负载负载 Y联联 结时，线电结时，线电 流等于相电流等于相电 流。流。 a I Y: 三相三线制三相三线制 Y0：三相四线制：三相四线制 (1) 联结形式联结形式 + ZB ZC ZA N N A U B U C U + + A I B I C I N 电源中性点电源中性点 N 负载中性点负载中性点 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 (2) 负载负载Y联
23、结三相电路的计算联结三相电路的计算 1)1)负载端的线电压电源线电压负载端的线电压电源线电压 2)2)负载的相电压电源相电压负载的相电压电源相电压 3)3)线电流相电流线电流相电流 PL 3UU PL II Y 联结时：联结时： CBAN IIII 4)4)中线电流中线电流 C C C B B B A A A Z U I Z U I Z U I 负载负载 Y 联结带中性线时联结带中性线时, 可将各相分别看作单相电路计算可将各相分别看作单相电路计算 A I B I C I N I a I + ZB ZC ZA N N A U B U C U + + 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回
24、返回 上一页上一页 负载对称时负载对称时,中性线无电流中性线无电流, 可省掉中性线。可省掉中性线。 (3) 对称负载对称负载Y 联结三相电路的计算联结三相电路的计算 0 CBAN IIII 中线电流中线电流 CBA ZZZ 因为三相电压对称，且因为三相电压对称，且 所以负载对称时，所以负载对称时，三相电流也对称。三相电流也对称。 P 3 L UU 负载对称无中性线时负载对称无中性线时 负载负载对称时对称时， 只需计算一相电只需计算一相电 流，其它两相电流，其它两相电 流可根据对称性流可根据对称性 直接写出。直接写出。 A I B I C I N I + ZB ZC ZA N N A U B U
25、 C U + + A15010 A9010 A3010 C B A I I I 可知：可知： 如：如： 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 例例1 1： N + + + B I C I A I N I A U B U C U N RA RB RC A C B 若若RA=RB= RC = 5 ，求线电流及中性线电，求线电流及中性线电 若若RA=5 , RB=10 , RC=20 ,求线电流及求线电流及 一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电一星形联结的三相电路，电源电压对称。设电 源线电压源线电压 。 负载为负载为 V)30314sin(2380 AB tu 电灯
26、组，电灯组， 流流 IN ; 中性线电流中性线电流 IN 。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 中性线电流中性线电流 0 CBAN IIII 解：解： 已知：已知： V30380 AB U N + + + B I C I A I N I A U B U C U N RA RB RC A C B V0220 A U A044A 5 0220 A A A R U I (1) 线电流线电流 三相对称三相对称 A12044 B I A12044 C I 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 (2) 三相负载不对称三相负载不对称（RA=5 、R
27、B=10 、RC=20 ） 分别计算分别计算各线电流各线电流 中性线电流中性线电流 A12011A 20 120220 C C C R U I A12022A 10 120220 B B B R U I A1929 A12011A12022A044 CBAN IIII A044A 5 0220 A A A R U I 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 结论结论 （1）不对称负载）不对称负载Y联结又未接中性线时，负载相电联结又未接中性线时，负载相电 压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。压不再对称，且负载电阻越大，负载承受的电压越高。 （2） 中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的中线的作用：保证星形联结三相不对称负载的 相电压对称。相电压对称。 （3）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供）照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供 电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器或刀 闸开关。闸开关。 下一页下一页 总目录总目录 章目录章目录 返回返回 上一页上一页 本节小结 本讲主要介绍三相交流电路的基本概念 星型电路的特点 作业 P137 4-26 P153 5-5 (第十六讲结束)