单相正弦交流电路机械基础.doc

1 4 单相正弦交流电路【课题】 正弦交流电路的基本物理量【教学目标】描述正弦交流电的基本概念。了解正弦量的三要素。【教学重点】正弦交流电的三要素。【教学难点】正弦交流电的角频率、有效值、相位、初相位和相位差。【教学过程】【一、复****正弦函数及表达形式。【二、引入新课】本节内容是正弦交流电的基础知识, 是单相正弦和三相正弦交流电路的基础。要特别注意正弦交流电的“三要素”的理解和掌握。【三、讲授新课】 4 . 交流电的基本概念(1 )交流电:大小和方向随时间作周期性变化,并且在一个周期内的平均值为零的电压、电流和电动势。图 画出了直流电和几种交流电的波形。图 直流电和交流电的波形(2 )直流电和交流电的表示:直流电的物理量用大写字母表示,例如: E、I、U 等;交流电的物理量用小写字母表示,例如 e、i、u。(3 )交流电的参考方向:如图 所示为交流电的参考方向。图中标出的 u s、i、u 的方向均为参考方向, 它们的实际方向是在不断反复变化的, 与参考方向相同的半个周期为正值, 与参考方向相反的半个周期为负值。 2 图 交流电的参考方向 4 . 正弦交流电相关量 1 .周期:交流电变化一个循环所需要的时间,如图 所示。 2. 频率: 交流电在单位时间内( 每秒钟) 完成的周期数, 单位是赫[兹]( Hz )。频率和周期是互为倒数,即 f???T 1 图 正弦交流电的波形 3. 角频率: 单位时间内变化的角度( 以弧度为单位), 单位是弧度/秒( rad ???s)。角频率与周期 T、频率 f 之间的关系为????2?f [例4 .1] 我国供电电源的频率为 50Hz ,称为工业标准频率,简称工频,其周期为多少?角频率为多少? [解]T ????50 11?f s ???? ????2?f?2? ? 50 rad ???s= 314 rad ???s 即工频 50 Hz 的交流电,每 s 钟变化一个循环,每秒钟变化 50 个循环。 4 .瞬时值:交流电每一瞬时所对应的值。 5 .最大值:交流电在一个周期内数值最大的值。 6 .有效值:规定用来计量交流电大小的物理量。如果交流电通过一个电阻时,在一个周期内产生的热量与某直流电通过同一电阻在同样长的时间内产生的热量相等, 就将这一直流电的数值定义为交流电的有效值。正弦交流电的有效值和最大值之间的关系为 2 II???? ?I m 一般情况下, 人们所说的交流电流和交流电压的大小以及测量仪表所指示的电流和电压值都是指有效值。[例4 .2] 我国生活用电是 220 V 交流电,其最大值为多少? [解]U m ??2 U??2 ??? 220 V ??? 311 V 7. 相位: 正弦交流电流在每一时刻都是变化的,(ωt+? 0) 是该正弦交流电流在 t 时刻所对应的角度。 8 .初相角: t???0 所对应的角度? 0。 9 .相位差:两个同频正弦交流电的相位之差。????( ?t?+ ? 01) ??( ?t?+ ? 02) ????? 01????? 02 若?0 ????????时, 波形如图 (a) 所示,i 1 总比 i 2 先经过对应的最大值和零值, 这时就称 i 1超前 i 2?角(或称 i 2 滞后 i 1?角)。3 若??????????? 0 时,波形如图 (b )所示,称为 i 1 滞后于 i 2 (或称 i 2 超前 i 1)。若????? 0 时,波形如图 (c )所示,称为 i 1与i 2 相位相同,简称同相。若??????时,波形如图 (d )所示,称为 i 1与i 2 相位相反,简称反相。( a) 0 ?????????????????????????????????????( b)- ???????? 0 ( c)??= 0 ??????????????????????????????( d)??= ?图 4 . 正弦交流电的表示法 1 .波形图表示法波形图表示正弦交流电:如图 所示。 U m ,初相?和角频率ω(ω=2?f)。 2 .解析式表示法用解析式表示正弦交流电为 u???U m sin (?t+? 0)=U m sin?式中??????t???? 0,?为该正弦交流电压的相位( ω为角频率, ? 0 为初相角);U m 为最大值。 3 .旋转矢量表示法旋转矢量表示正弦交流电:如图 所示。图 4 图中矢量的长度表示正弦交流电的最大值( 也可表示有效值); 矢量与横轴的