《交流电路》课件2.pptVIP

交流电路

课程目标掌握基本概念理解交流电的基本特性和参数学习分析方法掌握交流电路的分析计算技巧实际应用能力

正弦交流电的基本概念定义特点电流大小和方向随时间作周期性变化波形呈正弦规律变化产生原理导体在匀强磁场中匀速旋转切割磁力线法拉第电磁感应定律

正弦量的三要素幅值最大值，表示波形的高度频率每秒完成的周期数，单位赫兹相位描述波形的起始位置

正弦量的数学表达式时域表达式i=Imsin(ωt+φ)u=Umsin(ωt+φ)参数说明Im、Um：电流、电压幅值ω：角频率，单位rad/sφ：初相位，单位rad常用变换ω=2πfT=1/f

相量表示法定义用复数表示正弦量的方法优势将时域微分方程转化为复数代数方程表示形式直角坐标：A∠φ=A(cosφ+jsinφ)极坐标：A∠φ

相量运算加法两相量各分量相加减法两相量各分量相减乘法模相乘，幅角相加除法模相除，幅角相减

正弦交流电路的分析方法结论应用快速计算特定电路相量法转换为复数计算时域分析微分方程直接求解

单一参数交流电路：电阻R欧姆定律仍适用U=IR0°电压电流同相无相位差P=I2R纯有功功率全部转化为热能

单一参数交流电路：电感感抗计算XL=ωL电压超前电流相位差90°能量转换储存和释放磁场能量

单一参数交流电路：电容1容抗计算XC=1/(ωC)2电压滞后电流相位差90°3能量转换储存和释放电场能量

RLC串联电路1总阻抗Z=R+j(XL-XC)2阻抗模值|Z|=√(R2+(XL-XC)2)3相位角φ=arctan((XL-XC)/R)

RLC并联电路总导纳Y=G+j(BC-BL)导纳模值|Y|=√(G2+(BC-BL)2)相位角φ=arctan((BL-BC)/G)

阻抗和导纳阻抗ZZ=R+jX单位：欧姆(Ω)串联电路计算方便导纳YY=G+jB单位：西门子(S)并联电路计算方便相互转换Y=1/ZZ=1/Y

阻抗三角形关系描述Z2=R2+X2阻抗角tanφ=X/R矢量表示Z=|Z|∠φ

导纳三角形关系描述Y2=G2+B2导纳角tanθ=B/G矢量表示Y=|Y|∠θ

功率因数定义cosφ=P/S有功功率与视在功率的比值物理意义电路能量利用效率的指标反映电路的经济性取值范围0≤cosφ≤1越接近1越经济

有功功率、无功功率和视在功率有功功率P真正消耗的功率，单位W无功功率Q交换的功率，单位var视在功率S总功率，单位VA

功率三角形有功功率PP=UIcosφ无功功率QQ=UIsinφ视在功率SS=UI三者关系S2=P2+Q2

提高功率因数的方法最佳方案综合考虑技术经济性并联电容最常用方法改进设备设计减少无功消耗优化运行方式控制低负荷运行时间

谐振电路：串联谐振特征XL=XC，阻抗最小谐振频率f?=1/(2π√LC)现象电压可能出现放大

谐振电路：并联谐振∞Ω等效阻抗谐振时最大f?谐振频率f?=1/(2π√LC)Q品质因数决定谐振电路尖锐度

谐振频率和品质因数谐振频率串联：f?=1/(2π√LC)并联：f?≈1/(2π√LC)品质因数Q串联：Q=ωL/R=1/(ωCR)并联：Q=R/ωL=ωCR物理意义Q值越大，谐振越尖锐储能与损耗能量比值

频率特性曲线

电路的频率响应低频响应电容高阻，电感低阻中频响应谐振频率附近高频响应电容低阻，电感高阻

滤波器基础定义允许某些频率通过，阻止其他频率特性参数截止频率、通带、阻带、过渡带分类低通、高通、带通、带阻

低通滤波器工作原理允许低频信号通过阻止高频信号截止频率RC型：fc=1/(2πRC)RL型：fc=R/(2πL)

高通滤波器工作原理允许高频信号通过截止频率RC型：fc=1/(2πRC)应用噪声滤除、信号提取

带通滤波器工作原理只允许特定频带信号通过特性参数中心频率、带宽、品质因数典型应用无线通信、音频处理

带阻滤波器1工作原理阻止特定频带信号通过2特性参数陷波频率、阻带宽度3应用场景噪声消除、干扰抑制

互感耦合电路互感定义M=k√(L?L?)耦合系数k=M/√(L?L?)能量传递通过磁场实现能量传递

变压器原理工作原理基于电磁感应通过互感耦合传递能量基本关系U?/U?=N?/N?I?/I?=N?/N?实际应用电压变换阻抗匹配隔离保护

理想变压器定义无损耗、完全耦合(k=1)零阻抗、无漏磁关系式U?/U?=I?/I?=N?/N?P?=P?阻抗变换Z?=(N?/N?)2Z?阻抗反射原理

实际变压器损耗类型铜损、铁损、杂散损耗等效电路考虑线圈电阻、漏感、铁耗效率η=P