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单相正弦交流电路.ppt

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项目四 正弦交流电路,任务二 正弦交流电路,5-1 正弦交流电及正弦交流电的产生 5.1.1 正弦交流电1.交流电大小和方向都随时间作周期性变化、并且在一个周期内其平均值为零(在一个周期内正负半周的面积相等)的电压或电流,统称为交流电。图5-2是几种交流的波形。,图5-2 几种交流电波形,2.正弦交流电按正弦规律变化的电压或电流,称为正弦交流电(图6-2b)。正弦交流电有时也简称交流电。正弦交流电有着广泛地应用。我国的工业电力网采用的就是50Hz正弦交流电(又简称工频交流电),因为它有以下优点: (1)可以利用变压器升压或降压,便于电能的远距离输送; (2)交流电动机结构简单、成本低、电磁噪声小、使用维护方便; (3)可以通过整流将交流电变为直流电,供直流设备应用。由于正弦交流电随着时间作周期性变化,因此交流电路和直流电路有着很大的区别。在直流电路中各种负载都可以用一个电阻来等效,然后利用电阻电路的计算方法来计算电路中的各个电量。在交流电路中,由于电流在交替变化,除了电阻元件可以通过交流电流之外,电容器也可以通过交流电。,电容器在交流电路中由于不断地充电和放电,相当于电流在电容器中流动;电感线圈在直流电路中相当于短路,但在交流电路中,由于电流的变化使电感线圈产生自感电动势,这个自感电动势阻碍电流的流动,因此,电感线圈在交流电路中的作用与在直流电路中的作用有着本质的区别。 在交流电路中工作的各种电器以及电路器件(电路负载),根据其工作性质不同,可以用电阻、电容、电感来等效。电阻、电容、电感又称为交流电路的三大元件。 5.1.2 正弦交流电的产生 右图所示是发电机的正面示意图。,,右图中转子具有一对N 、S 磁极,磁极的表面制造的比较特殊,使磁感应强度相对绕组按正弦规律分布;A、B 是绕组的两个有效边,固定在定子上,两个端点接负载,图中虚线表示绕组的背面连在一起。,,下面分析转子按逆时针方向匀速转动,绕组切割磁力线产生感应电动势的情况: 当α =0,转子的中性面扫过绕组的A、B 边,由于此时绕组的A、B边不切割磁力线,绕组中没有感应电动势。 当α =90o ,扫过绕组的A、B边磁感应强度最大,绕组中的感应电动势也最大,电流方向为A流出,B 流进。 当α >180o,对于绕组而言,磁极已经反向,绕组中的感应电动势亦反向,即A 为流进,B 为流出。 当α =270o,绕组中的感应电动势达到负的最大值。 当α =360o ,转子转过了一个周期,转子的中性面又经过绕组,其感应电动势为零。,,根据转子磁极表面的磁感应强度相对绕组按正弦规律变化,即B=Bmsinα 又根据电磁感应公式 :E=B l υ, e=υlBmsinα= Em sinα 式中υ ——转子的旋转速度; L ——绕组的A B 有效边长度之和; Em——感应电动势的最大值。 输出电压的表达式为u=Umsinα 当发电机的转子在匀速旋转时,绕组中就输出正弦交流电。由上式可见,发电机的输出电压是转子旋转角度的函数。,,5-2 正弦交流电的基本物理量 5.2.1 正弦交流电的三要素1.周期T 正弦交流电是按周期性变化的,完成一次周期性变化所用时间称为一个周期,用T表示。周期的单位是s(秒),如图所示,2.最大值Im 正弦交流电变化过程中所达到的极值称为最大值,又称为交流电 的振幅,用Im、Um、Em表示。图6-7中Im是电流的最大值。 3.频率f和角频率ω 正弦交流电在单位时间内完成周期性变化的次数,称为频率,用f 表示,单位是Hz(赫兹)。对于比较高的频率用kHz(千赫兹)或MHz(兆赫兹)表示,其换算关系为: 1 kHz =103 Hz1 MHz =103 kHZ =106 Hz 频率和周期互为倒数关系,即 f=1/T,,正弦函数总是与一定的角度相对应,正弦交流电也是如此,当其变化一个周期时,电角度也变化了2π弧度(弧度是角度单位,2π弧度=360o)。因此,正弦交流电变化的快慢除了用频率表示外,还可以用角频率ω来表示,角频率是交流电每秒所变化的电角度。角频率ω的单位是rad/s(弧度/秒)或s-1(1/ 秒)。角频率和周期、频率的关系为=2πf 交流电的表达式可为,4.初相角φ0在下图中,当计时起点t = 0时,正弦交流电已具有电角度φ0 ,φ0我们就称为正弦交流电的初相角。显然,初相角的选择与计时起点有关,如果选择正弦交流电从通过零值向正的方向增加的瞬间作为计算时间的起点,则φ0 = 0。,初相角为φ0的正弦电流,5.2.2 正弦交流电的有效值和平均值 1.正弦交流电的有效值 将一个直流电流和一个交流电流分别通过阻值相等的两个电阻,如果在同一时间内 (例如一个周期T),两个电流做的功相等,这个直流电流和这个交流电流就是等效的,就称这个直流电流是这个交流电流的有效值(等效值)
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