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1、第四章 主编4.1.3正弦量的波形图法表示1)2)最大值标在纵坐标上，角频率体现在横坐标的时间变量t之前，如角频率=314rad/s时，图中横坐标就为314t,如图4-3所示。3)波形图中最关键是初相的表示，初相角和时间的起点选择有关，如果t=0时正弦交流电的值为正，则其初相角为正角，反之初相角为负角。在图形上表示初相角时，在所有曲线由负值变为正值的零点里，取离坐标原点最近的零点，它与坐标原点间的距离值(角度值)为初相角，若所取零点位于坐标原点左侧，其初相角为正值，在右侧为负值，在坐标原点处的初相角为零值，如图4-4中所示。另外，初相的大小可根据零点与坐标原点间的弧度值的大小作相应估画。如图4
2、-5中为以正弦量的瞬时值为纵坐标4.1.3正弦量的波形图法表示4)波形图中，t0处的曲线画为实线，t0处的曲线画为虚线,如图4-5所示。图4-4波形中初相的正负表示图4-5初相为几个特殊角时的波形4.1.3正弦量的波形图法表示4.1.4相位差1)相位差=0，即1-2=02)相位差=1-2=3)相位差0，即1-204)相位差0，即1-20图4-6正弦量的相位差4.1.5正弦交流电的有效值图4-7交流电的有效值4.1.5 交流电路中的有效值4.1.6正弦量的矢量表示法1)相量的长度表示正弦交流量的有效值。2)相量与水平方向的夹角仍表示正弦交流量的初相角，沿逆时针转动的角度为正角，反之为负角。3)在
3、仅仅为了表示几个正弦交流电的相位关系时，既可以选横轴的正方向为参考方向，也可任意选一个相量作为参考相量，并取消直角坐标轴。图4-8正弦交流电的旋转矢量图4.1.6正弦量的矢量表示法图4-9相量图在交流电路中，有三种不同性质的负载元件：电阻元件、电感元件和电容元件。三种元件都是从实际用电器中抽象出来的理想元件，具有单一的特性。电阻元件是耗能元件，它把在电路中获得的能量转化成热能消耗掉，其转换过程不可逆转。电感元件和电容元件是储能元件，把从电路中吸取的能量转化成磁场能或电场能存储在其中；但它们又能在一定的条件下放出能量返送回电路。由这些理想元件组成的电路分别称为：纯电阻电路、纯电感电路和纯电容电路
4、，也称为单一参数电路。1)电路中标注的电压、电流方向都是我们选定的参考方向，而它们的实际方向是在不断改变的，瞬时值为正的半个周期，实际方向与参考方向相同；瞬时值为负的半个周期，实际方向与参考方向相反。2)电路中电压和电流的关系主要讨论有效值关系和相位关系，因为在同一交流电路中各正弦量的频率都相同。3)交流电路中的功率一般也是随着时间在变化的，在这里，负载的功率也引伸为代数量，负载功率为正表示该元件从电路吸收能量；负载功率为负表示该元件向电路释放能量。4.2.1纯电阻电路1.电压与电流的关系2.电路中的功率如图4-10a中所标，设加在电阻两端的电压瞬时值为uR=URmsint(4-10)在任意瞬
5、间，电阻上的电压和电流之间应符合欧姆定律，即i=uRR=URmRsint=Imsint(4-11)对比式(4-10)与式(4-11)可得以下结论：(1)电压与电流的频率关系为电压uR与电流i是同频率的正弦量。(2)电压与电流的大小关系为最大值关系：Im=URmR有效值关系：I=URR(4-12)即电量有效值之间符合欧姆定律。(3)电压与电流的相位关系为电压uR与电流i相位相同。电压、电流的相量图、波形图分别如图4-10b、c所示。(3)电压与电流的相位关系为图4-10纯电阻电路及其电流、电压的相量图和波形图图4-11纯电感电路及其电流、电压的相量图和波形图4.2.2纯电感电路1.电压与电流的关
6、系2.电路中的功率图4-12纯电容电路及其电流、电压的相量图和波形图4.2.3纯电容电路1.电压与电流的关系2.电路中的功率1.把日常生产、生活中常见的用电器、电器设备分分类，看哪些可归于电阻性负载；哪些可归于容性或感性负载。2.找一些电容和电感元件，分别将它们接在直流电源和交流电源上(电源电压要小一点)，分别测量其电流，比较看看有什么特点？思考为什么？从而理解容抗和感抗大小和频率之间的关系。3.从上题结果，试分析纯电容和纯电感在直流电路中分别相当于什么状态？4.3.1电压与电流的关系当线圈的电阻不能被忽略时，就可视为由电阻R和电感L串联的元件，若将线圈接于正弦交流电源上，就构成了电阻与电感的
7、串联电路，简称RL串联电路，如图4-13a所示。工厂里常见的电动机、变压器所组成的交流电路都可以看成是RL串联电路。显然，研究RL串联电路具有很强的实际意义。图4-13电阻与电感的串联电路及电压、电流相量图4.3.1电压与电流的关系图4-14电压三角形图4-15阻抗三角形4.3.1电压与电流的关系4.3.2电路中的功率1.电路的有功功率2.电路的无功功率3.视在功率 如图4-164.功率因数图4-16功率三角形4.4.1提高功率因数的意义1.大大提高了电源设备的利用率2.大大减小了供电线路上的能量损耗电源设备(发电机或变压器)的容量大小一般是用其额定的视在功率来衡量的，也称电源设备的额定容量。
8、额定容量等于额定电压UN与额定电流IN的乘积，即为可见，在容量一定情况下，负载有功功率的大小取决于负载(电路)功率因数的大小。负载的功率因数是供电系统中的一个重要参数，它的大小取决于负载的性质，当功率4.4.2提高功率因数的一般方法1.并联补偿电容器2.提高自然功率因数1.想一想，功率因数大小和负载本身功率大小有什么关系？2.采用并联电容设备的方法可提高感性电路的功率因数，思考回答，并联电容前后电路中哪些电量没有变？哪些变了？1.单相交流电度表及连接方法2.交流电压表及使用方法3.交流电流表及使用方法4.功率表(瓦特表)及使用方法1.实训目的2.所用仪器设备3.测量电路及实物连接图图4-17感
9、性电路并联补偿电容器4.4.2提高功率因数的一般方法4.训练内容及步骤5.注意事项1.实训目的2.所用仪器设备3.主要部件介绍4.电路原理图及电路原理5.电路实物装配图6.操作内容及步骤7.思考问题8.注意事项图4-32三相交流发电机的原理4.5.1三相交流发电机及三相交流电的产生三相交流电由三相发电机产生的。图4-32a所示是三相交流发电机的原理图，它主要由定子和转子两部分组成。发电机的定子是固定的，它是由硅钢片叠加制成的圆筒，圆筒图4-33对称三相正弦量的波形4.5.1三相交流发电机及三相交流电的产生图4-34对称三相正弦量的相量图4.5.1三相交流发电机及三相交流电的产生4.5.2三相正
10、弦交流电源三相交流发电机的每一相绕组都可以看作是一个独立的单相电源，它们可以各自图4-35三相六线制接到自己的负载上，构成三相六线制，向负载提供单相交流电，如图4-35所示。但这种供1.三相电源的星形()联结图4-36三相电源的星形联结2.三相电源的三角形()联结图4-37三相电源的三角形联结图4-38三相四线制电路1.三相负载的星形()联结*4.5.3三相负载的连接2.三相负载的三角形()联结图4-40负载的三角形联结*4.5.4三相电路的计算1.三相星形()电路的计算(1)对称星形电路(2)不对称星形电路1)当有中性线时，由于三相电压对称，各相负载上的电压仍是对称的(照明电路即是如此)，各
11、相负载仍能正常工作。2)当中性线断开时，负载端相电压不再对称，导致有的相电压太低，以致负载不能正常工作，有的相电压却又高出负载额定电压许多，同样造成负载不能正常工作，严重时烧毁负载。2.三相三角形()电路的计算*4.5.5三相电路的功率三相电路中每一相负载有功功率的计算方法与单相电路完全一样。不论采用哪种接法，三相电路的有功功率都等于各相负载的有功功率之和，即P=PU+PV+PW=UUIUcosU+UVIVcosV+UWIWcosW(4-55)当三相负载对称时，其总有功功率为P=3PP=3UPIPcosP(4-56)式中P三相负载的总有功功率，简称三相功率，单位为W；UP负载的相电压，单位为V；IP负载的相电流，单位为A；cosP每相负载的功率因数。
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