中职-电工电子技术第二章-正弦交流电路.ppt

杨杨 凌凌 电电 工工 电电 子子 技技 术术 第第2 2章章 正弦交流电路正弦交流电路化学工业出版社化学工业出版社 2.1 交流电的基本概念交流电的基本概念tu(t)UmUm0ti(t)0ti(t)ImIm0tu(t)UmUm0周期性交流电的一般波形周期性交流电的一般波形2.1 交流电的基本概念交流电的基本概念一、正弦交流电的三要素一、正弦交流电的三要素0tti(t)Im0ti=Imsin(t+0)幅值角频率初相位周期频率2.1 交流电的基本概念交流电的基本概念tuUm00tuUm00tuUm0（a）（b）（c）图（a）中，0=0，u=Umsint；图（b）中，00，u=Umsin(t+0)；图（c）中，00，u=Umsin(t0)。0的正、负问题。的正、负问题。0R 或并联谐振并联谐振电路发生并联谐振时，具有以下特征。电路发生并联谐振时，具有以下特征。2.6 电路中的谐振电路中的谐振（1）电路的阻抗模）电路的阻抗模值最大，在电源电压值最大，在电源电压U不变不变的前提下，电路中的电流达到最小值，即的前提下，电路中的电流达到最小值，即f0ZI并联谐振时，Z和I 随f变化的曲线Rf0Z,I（2）电路呈纯阻性。）电路呈纯阻性。（3）并联支路的电流比总电流大）并联支路的电流比总电流大Q倍倍 电流谐振电流谐振。2.7 功率因数的提高功率因数的提高P=UIcosQ=UIsin 对电阻性负载而言，对电阻性负载而言，0cos1,电路中发生能量互换，从而电路中发生能量互换，从而引出了下面两个问题。引出了下面两个问题。1.发电设备的容量不能充分利用发电设备的容量不能充分利用2.例如，一台发电机的容量为例如，一台发电机的容量为75000kVA，若电路的功率，若电路的功率因因3.数数cos=1，则发电机可输出，则发电机可输出75000kW的有功功率；若的有功功率；若cos=0.7，则发电机最多只能输出，则发电机最多只能输出750000.7=52500kW的的有功功率，这时，发电机输出功率的能力没有被充分利用，有功功率，这时，发电机输出功率的能力没有被充分利用，其中有一部分能量（无功功率）在发电机与负载之间进行其中有一部分能量（无功功率）在发电机与负载之间进行互换。互换。2.7 功率因数的提高功率因数的提高式中，式中，r是是发电发电机机绕组绕组和和线线路的等效路的等效电电阻。阻。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 当发电机的电压当发电机的电压U和输出功率和输出功率P一定时，电流一定时，电流I与与功率因功率因数成反比，即数成反比，即而线路和发电机绕组上的功率损耗而线路和发电机绕组上的功率损耗P则与则与功率因数的平功率因数的平方成反比，即方成反比，即2.7 功率因数的提高功率因数的提高提高功率因数常用的方法是在电感性负载两端并联适当的提高功率因数常用的方法是在电感性负载两端并联适当的电容器（设置在用户或变电所中），如下图所示。电容器（设置在用户或变电所中），如下图所示。iCi1iu+LCR（a）电路图IC1I1I（b）相量图U在感性负载上并联了电容器以后，能量的互换主要或完全发生在感性负载上并联了电容器以后，能量的互换主要或完全发生在电感性负载与电容器之间，故使发电机容量得到充分利用。在电感性负载与电容器之间，故使发电机容量得到充分利用。另外，线路电流减小了（另外，线路电流减小了（II1），故减小了功率损耗。），故减小了功率损耗。2.7 功率因数的提高功率因数的提高【例例2-4】220V，50Hz的正弦电源接感性负载，感性负载的的正弦电源接感性负载，感性负载的 功率功率 P=10kW，功率因数，功率因数cos1=0.6。为了提高功率因数，。为了提高功率因数，在负载两端并联一电容器。（在负载两端并联一电容器。（1）如欲将功率因数提高到）如欲将功率因数提高到 cos=0.9，试求与负载并联的电容器的电容值；（，试求与负载并联的电容器的电容值；（2）比）比 较电容器并联前后线路电流的大小；（较电容器并联前后线路电流的大小；（3）如欲将功率因）如欲将功率因数从数从0.9再提高到再提高到1，试问并联电容器的电容值还需增加多少？，试问并联电容器的电容值还需增加多少？【解解】（1）由上页图（由上页图（b）可以看出）可以看出2.7 功率因数的提高功率因数的提高而而 所以所以 由此得到并联电容器的计算公式由此得到并联电容器的计算公式已知已知 cos1=0.6，即，即1=53o；cos=0.9，即，即=26o故所需并联电容器的电容值为故所需并联电容器的电容值为2.7 功率因数的提高功率因数的提高（2）电容器并联前的线路电流为）电容器并联前的线路电流为电容器并联后的线路电流为电容器并联后的线路电流为（3）如欲将功率因数从）如欲将功率因数从0.9再提高到再提高到1，则需要增加的，则需要增加的电容值为电容值为2.7 功率因数的提高功率因数的提高 可见，可见，在功率因数已经接近在功率因数已经接近1时再继续提高，所需的电时再继续提高，所需的电容值是很大的。容值是很大的。因此，在实际生产中，并不要求把功率因因此，在实际生产中，并不要求把功率因数提高到数提高到1。功率因数提高到什么程度为宜，只能在具体的。功率因数提高到什么程度为宜，只能在具体的技术经济比较之后才能确定。技术经济比较之后才能确定。2.8 三相交流电路三相交流电路一、三相交流电源一、三相交流电源 三相交流电源一般来自三相交流发电机或变压器副边的三相交流电源一般来自三相交流发电机或变压器副边的三相绕组。下图是三相交流发电机的示意图。三相绕组。下图是三相交流发电机的示意图。W1W2U1U2V1V2NS定子三相绕组定子三相绕组U1U2、V1V2、W1W2的空间位置互差的空间位置互差120o，分别称为分别称为U相、相、V相、相、W相。相。当转子被原动机拖动做匀速当转子被原动机拖动做匀速转动时，三相定子绕组切割转动时，三相定子绕组切割转子磁场而产生三相交流电转子磁场而产生三相交流电动势。动势。2.8 三相交流电路三相交流电路V2uWUuW+V1L1L2NL3uU+U1U2W1W2uV+uUVuVW 将三个绕组的末端将三个绕组的末端U2、V2、W2连在一起引出一根连线称为中性线连在一起引出一根连线称为中性线N（中性线接地时又称为零线）（中性线接地时又称为零线）,三三个绕组的始端个绕组的始端U1、V1、W1分别引出分别引出称为端线（中性线接地时又称为火称为端线（中性线接地时又称为火线），这种连接称为电源的星形连线），这种连接称为电源的星形连接，如左图所示。接，如左图所示。由三根端线和一根中性线所组成的供电方式称为由三根端线和一根中性线所组成的供电方式称为三相四线三相四线制；制；只用三根端线组成的供电方式称为只用三根端线组成的供电方式称为三相三线三相三线制。制。1、相电压、相电压2.8 三相交流电路三相交流电路utuU02uVuWUV120o120oUUUW120oUP相电压的有效值2.8 三相交流电路三相交流电路2、线电压、线电压UVUWUUUVUWUV30o30oUUUW30oUUUVW相电压相电压与与线电压线电压的相量图的相量图uUV=uUuV uVW=uVuW uWU=uWuU 或或UL线电压的有效值线电压的有效值2.8 三相交流电路三相交流电路 线电压的相位超前对应的相电压相位线电压的相位超前对应的相电压相位30o。线电压、相电。线电压、相电压均为三相电压。压均为三相电压。通常的三相四线制低压供电系统线电压为通常的三相四线制低压供电系统线电压为380V，相电压为，相电压为220V，可以提供两种电压供负载使用。，可以提供两种电压供负载使用。一般常提到的三相供电系统的电源电压，都是指其线电压。一般常提到的三相供电系统的电源电压，都是指其线电压。二、三相负载的连接二、三相负载的连接 三相负载有两种连接方式：星形三相负载有两种连接方式：星形(Y)和三角形和三角形()连接。连接。若负载所需的电压是电源的相电压，像电照明负载，家用若负载所需的电压是电源的相电压，像电照明负载，家用电器等，应当将负载接到端线与中线之间。当负载数量较多时，电器等，应当将负载接到端线与中线之间。当负载数量较多时，应当尽量平均分配到三相电源上，使三相电源得到均衡的利用，应当尽量平均分配到三相电源上，使三相电源得到均衡的利用，这就构成了负载的星形连接，如下页图（这就构成了负载的星形连接，如下页图（a）所示。）所示。2.8 三相交流电路三相交流电路UVWNZUZVZW（a）星形连接）星形连接 （b）三角形连接）三角形连接UVWNZUVZVWZWU若负载所需的电压是电源的线电压，像电焊机，功率较大的若负载所需的电压是电源的线电压，像电焊机，功率较大的电炉等，应当将负载接到端线与端线之间。当负载数量较多电炉等，应当将负载接到端线与端线之间。当负载数量较多时，应当尽量平均分配到三相电源上，这就构成了负载的三时，应当尽量平均分配到三相电源上，这就构成了负载的三角形连接，如上图（角形连接，如上图（b）所示。）所示。2.8 三相交流电路三相交流电路 若三相电源上接入的负载完全相同，即阻抗值相同，阻若三相电源上接入的负载完全相同，即阻抗值相同，阻抗角相等的负载，称为三相对称负载。像三相电动机、三相抗角相等的负载，称为三相对称负载。像三相电动机、三相变压器等，它们均有三个相同的绕组。变压器等，它们均有三个相同的绕组。1、负载的星形连接、负载的星形连接ZVZUL3L2L1iWNiVNiNiWiU+ZWUVNWuW+uUuV+iViUN相电流相电流IP（IUN、IVN、IWN）线电流线电流IL（IU、IV、IW）中线上的电流称为线电流中线上的电流称为线电流IN 2.8 三相交流电路三相交流电路各端线电流等于对应的各相电流各端线电流等于对应的各相电流 IU=IUN IV=IVN IW=IWN中线电流中线电流 iN=iUN+iVN+iWN=iU+iV+iW（1）对称三相负载）对称三相负载 ZU=ZV=ZW=ZP U=V=W=P IUN=IVN=IWN=IP iN=iUN+iVN+iWN=02.8 三相交流电路三相交流电路对称三相负载星形连接时电流对称三相负载星形连接时电流的波形图和相量图的波形图和相量图t1t2itiUN02iVNiWN（a）（b）PIVNPIUNUVPUUUWIWN（2）不对称三相负载）不对称三相负载 三相负载不对称时，中性线电流不为零，中性线不三相负载不对称时，中性线电流不为零，中性线不能省去，一定采用三相四线制供电。能省去，一定采用三相四线制供电。2.8 三相交流电路三相交流电路 中性线的存在，保证了每相负载两端的电压是电源的相电中性线的存在，保证了每相负载两端的电压是电源的相电压，保证了三相负载能独立正常工作，各相负载有变化时都不压，保证了三相负载能独立正常工作，各相负载有变化时都不会影响到其他相。如果中性线断开，中性线电流被切断，各相会影响到其他相。如果中性线断开，中性线电流被切断，各相负载两端的电压会根据各相负载阻抗值的大小重新分配。有的负载两端的电压会根据各相负载阻抗值的大小重新分配。有的相可能低于额定电压使负载不能正常工作；有的相可能高于额相可能低于额定电压使负载不能正常工作；有的相可能高于额定电压以至将用电设备损坏，这是不允许的。因此，中性线决定电压以至将用电设备损坏，这是不允许的。因此，中性线决不能断开，在中性线上不能安装开关、熔断器等装置。不能断开，在中性线上不能安装开关、熔断器等装置。2负载的三角形连接负载的三角形连接2.8 三相交流电路三相交流电路iUVL2L3iWUiVWiWiUUVWL1ZUViVZVWZWU三相对称感性负载三角形连接时三相对称感性负载三角形连接时各各相电流相电流及各及各线电流线电流的相量图的相量图30oIUIWUIVWIUV30o30oUUVUWUUVWIVIW2.8 三相交流电路三相交流电路【例例2-5】三相对称负载，每相三相对称负载，每相R=6，XL=8，接到，接到UL=380V的三相四线制电源上，试分别计算负载作星形、三角的三相四线制电源上，试分别计算负载作星形、三角 形连接时的相电流、线电流。形连接时的相电流、线电流。每相负载的阻抗值每相负载的阻抗值 相电流相电流 线电流等于相电流线电流等于相电流 IL=IP=22A【解解】负载作星形连接时，每相负载两端承受的是电源的相负载作星形连接时，每相负载两端承受的是电源的相 电压，即电压，即 UUN=UVN=UWN=UP=220V 2.8 三相交流电路三相交流电路相电流相电流 线电流等于线电流等于倍相电流倍相电流 三、三相电路的功率三、三相电路的功率 负载作三角形连接时，每相负载两端承受的是电源的线负载作三角形连接时，每相负载两端承受的是电源的线电压，即电压，即 UUV=UVW=UWU=UL=380V 2.8 三相交流电路三相交流电路 三相交流电路可以看成是三个单相交流电路的组合，因三相交流电路可以看成是三个单相交流电路的组合，因此，三相交流电路的有功功率、无功功率为各相电路有功功此，三相交流电路的有功功率、无功功率为各相电路有功功率、无功功率之和。无论负载是星形连接还是三角形连接，率、无功功率之和。无论负载是星形连接还是三角形连接，当三相负载对称时，电路总的有功功率、无功功率均是每相当三相负载对称时，电路总的有功功率、无功功率均是每相负载有功功率、无功功率的负载有功功率、无功功率的3倍，即倍，即P=3PP=3UPIPcos Q=3QP=3UPIPsin 在实际中，线电流的测量比较容易，因此，三相功率的计在实际中，线电流的测量比较容易，因此，三相功率的计算常用线电流算常用线电流IL、线电压、线电压UL表示，即表示，即 2.8 三相交流电路三相交流电路【例例2-6】计算计算【例例2-5】中负载作星形、三角形连接时的有中负载作星形、三角形连接时的有 功功率、无功功率、视在功率。功功率、无功功率、视在功率。【解解】负载作星形连接时负载作星形连接时 IL=IP=22A 2.8 三相交流电路三相交流电路负载作三角形连接时负载作三角形连接时 IL=66A UL=380V欢欢 迎迎 提提 出出 批批 评评 指指 正正 !