第三章单相正弦交流电.pptx

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机电教学部
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电工与电子技术基础
第三章单相正弦交流电

第一节正弦交流电
一、正弦交流电的基本概念
1、定义:
大小和方向随时间作周期性变化的电动势、电压和电流分别称为交变电动势、交变电压和交变电流,三者统称为交流电。
2、分类:
交流电分为正弦交流电和非正弦交流电两大类。正弦交流电是随时间按正弦规律变化的,简称交流电(AC)如图所示。
3、波形图:
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4、优点:
在实际工程中,因为正弦交流电有很多优点,例如:能够很方便地实现电能的生产、传输、分配,而且交流电气设备比直流电气设备结构简单、成本低、工作可靠,所以交流电在实践中得到广泛应用。
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二、表征正弦交流电的物理量
1、正弦交流电周期、频率与角频率
(1)周期与频率
交流电变化一次所需要的时间称为周期,用T表示,单位是s(秒)。
单位时间内(每秒钟)变化的次数称为频率,用f表示,单位是Hz(赫)。
工程上还有千赫兹(KHz)兆赫兹(MHz)吉赫兹(GHz),他们的关系是:
1KHz=103Hz 1MHz=106Hz 1GHz=109Hz
频率和周期是互为倒数,即
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(2)角频率
单位时间内变化的角度叫做角频率,用ω表示,单位是rad/s(弧度/秒)或1/s(1/秒)。角频率ω与周期T、频率f之间的关系为
ω= 2πf
2、相位、初相位、相位差
相位:正弦量的变化进程常常用随时间变化的电角度(即相位)来反映。电压瞬时值表达式u=Umsin (ωt+φ)中的(ωt+φ)就是反应正弦交流电压在变化过程中任意时刻所对应的电角度,它随着时间而变化,通常把它称为相位角,也叫相位或相角。
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初相位:t=0时的相位角φ称为初相角。初相反映了正弦交流电计时起点的状态。在正弦量的解析式中通常规定初相不得超过±1800.
相位差:两个同频率正弦交流电的相位之差,用字母表示。设i1的相位为(ωt +φ01),初相位为φ01;i2的相位为(ωt +φ02),初相位为φ02,其相位差为:
=(ωt +φ01)-(ωt +φ02)=φ01-φ02
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正弦交流电的相位差
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3、瞬时值、最大值、有效值
瞬时值:
交流电每一瞬时所对应的值称为瞬时值。瞬时值用小写字母表示,例如e、i、u等。由于交流电是随时间变化的,所以在各不同瞬时的瞬时值一般大小和方向都不相同。
最大值:
交流电在一个周期内数值最大的瞬时值称为最大值或幅值(也叫振幅、峰值)。最大值用大写字母加下标m表示,例如Em、Im、Um等。
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有效值:
有效值是用来计量交流电大小的物理量。它是这样定义的: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流通过同一电阻在同样长的时间内产生的热量相等的话,就将这一直流电的数值定义为交流电的有效值。有效值用大写字母表示,例如E、I、U等。根据定义,可求得正弦交流电的有效值和最大值之间的关系为:
大多数电工设备、仪器仪表上标志的电流或电压值都是有效值。例如,常用的交流电压是220V或380V,其就是有效值。
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三、正弦交流电的表示方法
正弦交流电可以用多种形式表示,但就其特征而言,必须准确地描述正弦量的最大值、角频率和初相这三个要素。正弦量用解析式表示的特点是简单准确,用波形图表示的特点是直观明了。
1、三角函数表示法
电动势、电压、电流
e=Emsin(ωt+Φ0)
u=Umsin( ωt+Φ0 )
i=Imsin( ωt+Φ0 )
2、波形图表示法
3、相量表示法
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