一、什么是交流电   大小和方向随时间改变的电压或电流统称交流电，其波形如图2-1 所示。如果电压和电流的方向是按照正弦规律周期性变化的，就称 为正弦交流电。在电路图上所标的方向是指它们的参考方向。     提示：汽车电 路都是直流电路， 但是汽车交流发电 机产生的电流，在 没有整流之前是交 流电流。在汽车维 修企业中，许多大 型汽车维修检测设备是用交流电作为电源的。         交流电路中，有用直流电路的概念无法理解和分析的物理现 象，因此，在学习时必须建立交流的概念，否则容易引起错误。  二、正弦交流电的三要素     一个正弦量可以由频率(或周期)、幅值(或有效值)和初相位三 个特征或要素来确定。 1．频率与周期   正弦量变化一次所需的时间称为周期(T)。每秒内变化的次数称为 频率(f)，它的单位是赫兹 (Hz)。频率是周期的倒数，即 　　　　　　　　　　　 f =1/T 　　我国和大多数国家都采用50Hz作为电力标准频率，有些国家(如 美国、日本等)采用60Hz。这种频率在工业上应用广泛，习惯上也称 为工频。通常的交流电动机和照明设备都采用这种频率。     正弦量变化的快慢除用周期和频率表示外，还可用角频率来表 示。因为一周期内经历了2π rad，所以角频率为 　　　　　　　　　　　ω=2π/T=2πf 它的单位是弧度／秒(rad／s)。 2．幅值与有效值    正弦量在任一瞬间的值称为瞬时值，用小写字母来表示，如i、u 及e分别表示电流、电压及电动势的瞬时值。瞬时值中最大的值，称 为幅值或最大值，用带下标m的大写字母来表示，如Im、Um及Em分别 表示电流、电压及电动势的幅值。它的数学表达式为 　　　　　　　　　　　i=Imsin(ωt) 　　正弦电流、电压和电动势的大小往往不是用它们的幅值，而是用有效值 来计量的。 　　有效值是通过电流的热效应来规定的，无论交流还是直流，只要它们在 相等的时间内通过同一电阻并且两者产生的热效应相等，就把它们看作是相 等的。就是说，在相等的时间内，如果某交流电流和直流电流分别通过同样 大小的电阻，产生的热量相等，那么这个周期性变化的电流i的有效值在数 值上就等于这个直流电流。根据上述，可得                           由此可得出周期电流的有效值       电流为正弦量时,即i=Imsin(ωt),则           因为   提示：有效值都用大写字母表示，和表示直流的字母一样。一般所        讲的正弦电压或电流的大小，例如交流电压380V或220V，都       是指它的有效值。一般交流电流表和电压表的刻度也是根据       有效值来确定的。 3．初相位   正弦量是随时间而周期性变化的，正弦量所取的计时起点不同， 正弦量的初始值就不同，到达幅值或某一特定值所需的时间也就不 同。 正弦量可用下式表示为其波形如图2-2所示。  提示：在一个正弦交流电路中，电压u和电流i的频率是相同的，初       相位不一定相同。 进一步：两个同频率正弦量的相位角之差或初相位角之差，称为相         位角差或相位差。当两个同频率正弦量的计时起点改变         时，它们的相位和初相位不同，所以它们的变化步调是不         一致的，即不是同时到达正的幅值或零值。一般称为相位         超前或者滞后。 三、交流电路中电阻、电感、电容的特性     1．电阻元件的交流电路     图2-3是一个线性 电阻元件的交流电路。 在电阻元件的交流电路 中，电流和电压是同相 的。电压和电流的参考 方向是关联参考方 向。两者的关系由欧姆 定律确定，即         u=iR      由此可知，在电阻元件电路中，电压幅值(或有效值)与电流幅 值(或有效值)的比值，就是电阻R。         知道了电压与电流的变化规律和相互关系后，便可计算出电路 中的功率。         在任意瞬间，电压瞬时值与电流瞬时值的乘积，称为瞬时功 率，用小写字母p代表，即                               p=ui      提示：由于在电阻元件的交流电路中u与i同相，它们同时为 正，同时为负，所以瞬时功率总是正值，即p 0。瞬时功率为正，这 表示外电路从电源取用能量，即电阻元件从电源取用电能而转换为 热能。     操作：用万用表检测。通过一个接到频率为50Hz，电压有效值 为10V的正弦电源上的1000Ω的电阻元件的电流，与保持电压值不 变，而电源频率改变为500Hz时通过的电流是相等的(交流电源由信 号发生器提供)。 2．电感元件的交流电路     图2-4是一个线性电感元件的交流电路。     在电感元件电路中，电压幅值(或有效值)与电流幅值(或有效值) 的比值为ωL，它的单位为欧姆。ω为角频率，L为电感量。当电压 一定时，L愈大，则电流愈小，对交流电流起阻碍作用。     感抗XL与电感L、频率?厂成正比。因此，电感线圈对高频电流 的阻碍作用很大，而对直流则可视作短路。     提示：感抗只是电压与电流幅值或有效值之比，而不是它们的 瞬时值之比，这与电阻电路不一样。在这里电压与电流之间成导数 的关系，而不是成正比关系。     提示：纯电感交流电路中，电压超前电流，其相位差为正，电 路为电感性。     进一步：电感元件的交流电路中，没有能量消耗，只有电源与 电感元件间的能量互换，电感元件交流电路的瞬时功率为p=ui。     操作：用万用表检测。把一个0.1H的电感元件接到频率为 50Hz，电压有效值为10V的正弦电源上，该元件通过的电流，与保持 电压值不变，而电源频率改变为500Hz时通过的电流将不一样。在电 压有效值一定时，频率愈高，通过电感元件的电流有效值愈小。   3．电容元件的交流电路   图2-5是一个线性电容元件的交流电路，电流i和电压u的参考方向 如图中所示。   如果在电容器的两端加一正弦电压u=Umsin(ωt)，则电流i也是一 个同频率的正弦量。在电容元件电路中，在相位上电流比电压超前 90。。     在电容元件电路中，电容对电流变化起阻碍作用所以称为容 抗，用Xc代表。容抗Xc与电容C、电流的频率?成反比。所以电容元 件对高频电流所呈现的容抗很小，可视作短路；而对直流所呈现的 容抗很大，可视作开路，电容元件有隔断直流的作用。     提示：我们规定：当电流比电压滞后时，其相位差Ψ为正；当 电流比电压超前时，其相位差Ψ为负。这样规定便于说明电路是电 感性的还是电容性的。纯电容交流电路中，电流超前电压，其相位 差Ψ为负，电路为电容性。     进一步：电容元件不消耗能量，在电源与电容元件之间只发生 能量的互换。     操作：用万用表检测。一个25pF的电容元件接到频率为50Hz， 电压有效值为10V的正弦电源上，通过的电流，与保持电压值不变， 而电源频率改为500Hz时通过的电流不一样。当电压有效值一定时， 频率愈高，则通过电容元件的电流有效值愈大。 第二节    三相电路 学习目标 1．了解什么是三相交流电源 2．掌握三相交流电源的星形联结 3．了解三相交流电路中负载的连接方法（星形联结和三角形联结） 学习要求 应知：三相交流电源的概念和基本特性；三相交流电源的供电方       式，三相三线与三相四线供
第二章 交流电路.ppt