电工电子技术第二章.ppt

学习目的与要求 了解单相交流电路中的几个基本概念 掌握正弦量的基本特征及相量表示法 理解和掌握R、L、C三大基本元件的伏安关系 掌握多参数组合电路的简单分析与计算方法 熟悉提高功率因数的意义和方法 理解有功功率、无功功率及视在功率的概念 想想 练练 1.电阻元件在交流电路中电压与电流的相位差是多少？ 判断下列表达式的正误。 2.纯电感元件在交流电路中电压与电流的相位差是多 少？感抗与频率有何关系？判断下列表达式的正误。 3.纯电容元件在交流电路中电压与电流之间的相位差是 多少？容抗与频率有何关系？判断表达式的正误。 2.4 多参数组合的正弦交流电路 I U UR a jXL R －jXC UL UC b 电路相量模型 1、R、L、C串联电路的相量分析法 设 可得 对假想回路列相量形式的KVL方程： 为电路参考相量 式中 复阻抗Z的模值对应正弦交流电路中的阻抗|Z|，幅角对应总电压与电流的相位差。阻抗 |Z|反映了多参数串联电路对正弦交流电流总的阻碍作用。阻抗的单位是欧姆[Ω]。 对R、L、C串联电路进行相量分析 I UL UR UC U RLC串联电路相量图 式中 由相量图可导出几个三角形 U UR UX 电压三角形 Z R j(XL-XC) 由相量图可以看出： UX=UL+UC ÷I= 阻抗三角形 ×I2= 功率三角形 复功率S S P j(QL-QC) 注意：上述三角形都是按照感性电路画出的。其中复功率的模对应电路的总功率S，通常称为视在功率(表观功率)。 U UR UX 电压三角形 Z R j(XL-XC) 阻抗三角形 功率三角形 S P j(QL-QC) 电压三角形是相量图。它不仅定性反映各电压间的数量关系，还可反映各电压间的相位关系。 阻抗三角形不是相量图！它的各条边仅仅反映了各个复阻抗之间的数量关系。 功率三角形也不是相量图！其各边也是仅仅表明了各种功率之间的数量关系。 2. 多参数组合串联电路的功率 观察三个三角形可看出：同相位的电压和电流构成了有功功率P，显然这是由电阻元件耗能的电特性决定的。 P的单位是瓦特。有功功率的能量转换过程是不可逆的。 由几个三角形还可看出：正交关系的电压和电流构成的是无功功率Q，电感元件的QL为正；电容元件的QC为负。 Q的单位是乏尔。无功功率的能量转换过程可逆。 视在功率是电路中的总功率，它包含了有功功率和无功功率。 S的单位是伏安。视在功率表征电源或设备的总容量。 有关电路性质的讨论 由 可知，电路的性质取决于电抗UX。 当 时，UX0，电路呈感性，u超前i一个φ角； 时，UX0，电路呈容性，u滞后i一个φ角； 时，UX=0，电路呈阻性，u和i同相，φ=0。 I UL UR UC U UX=UL+UC I UL UR UC U UX=UL+UC UX=0 I UL UR UC U 同理： 在含有L和C的电路中，出现总电压与电流同相的阻性电路时，称电路发生了谐振。 电路发生谐振时，情况比较特殊。由于谐振时电抗为零，所以阻抗最小；电压一定时谐振电流最大；在L和C两端将出现过电压情况等等。 电力系统中的电压一般为380V和220V，若谐振发生出现过电压时，极易损坏电器，因此应避免谐振的发生。谐振现象被广泛应用在电子技术中。 想想 练练 交流电路中的三种功率，单位上有什么不同？ 有功功率、无功功率和视在功率及三者之间的数量关系如何？ 阻抗三角形和功率三角形是相量图吗？电压三角形呢？你能正确画出这几个三角形吗？ 在含有L和C的电路中出现电压、电流同相位的现象，称为什么？此时RLC串联电路中的阻抗如何？电压一定时电流如何？L和C两端有无电压？多大？ 3. 功率因数 电力设备如变压器、感应电动机、电力线路等，除从电力系统吸取有功功率外，还要吸取无功功率。无功功率仅完成电磁能量的相互转换，并不作功。无功和有功同样重要，没有无功，变压器不能变压，电动机不能转动，电力系统不能正常运行。但无功功率占用了电力系统发供电设备提供有功功率的能力，同时也增加了电力系统输电过程中的有功功率的损耗，导致用电功率因数降低。 式中cosφ称为电路的功率因数。 可得 世界各国电力企业对用户的用电功率因数都有要求，并按用户用电功率因数的高低在经济上给予奖惩。 功率因数是电力技术经济中的一个重要指标。提高功率因数意味着： 1)提高用电质量，改善设备运行条件，保证设备在正常条 件下工作，有利于安全生产； 2)可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例 如：当cosφ=0.5时的损耗是cosφ=1时的4倍； 3)提高企业用电设备利用率