第3章-正弦交流电路总结与提高

第3章 单相正弦交流电路复习

一、内容提要

本章主要讨论正弦交流电的基本概念和基本表示方法，并从分析R 、L 、C 各单一参数元件在交流电路中的作用入手，进而分析一般的R 、L 、C 混联电路中电压和电流的关系（包括数值和相位）及功率转换问题。最后对于电路中串联和并联的谐振现象也作概括的论述。

交流电路不仅是交流电机和变压器的理论基础，同时也要为电子电路做好理论准备，它是工程技术科学研究和日常生活中经常碰到的。所以本章是本课程中重要的内容之一。

二、基本要求

1、对正弦交流电的产生作一般了解；

2、掌握正弦交流电的概念；

3、准确理解正弦交流电的三要素、相位差及有效值的定义及表达式；

4、掌握正弦交流电的各种表示方法及相互间的关系；

5、熟悉各种交流电气元件及才参数；

6、在掌握单一参数交流电路的基础上，重点掌握R 、L 、C 串、并联电路的分析与计算方法；

7、掌握有用功功率和功率因数的计算，了解瞬时功率、无功功率、视在功率的概念 8、理解提高功率因数的意义；掌握如何提高功率因数； 9、了解谐振电路的特性。

三、 学习指导

1. 正弦量的参考方向和相位

1)、大小和方向随时间按正弦函数规律变化的电流或电压称为正弦交流电。正弦交流电的参考方向为其正半周的实际方向。

2）、正弦交流电的三要素

一个正弦量是由频率（或周期）、幅值（或有效值）和初相位三个要素来确定。

（1）频率与周期：正弦量变化一次所需的时间（S ）称为周期T 。每秒内变化的次数称为频率ｆ，单位：Z H 。频率与周期的关系为：T

f 1= 角频率ω：每秒变化的弧度，单位：s rad /。 f T

ππ

ω22==

（2）幅值与有效值

瞬时值：正弦量在任一时刻的值，用i u e ,,表示。

幅值（或最大值）：瞬时值中的最大值，用m m m I U E ,,表示。

有效值：一个周期内，正弦量的有效值等于在相同时间内产生相同热量的直流电量值，用I U E ,,表示。

幅值与有效值关系：I I U U E E m m m 2,2,2===。

注意：符号不能混用。

（3）初相位：正弦量的相位（i t ϕω+）是反映正弦量变化进程的，初相位用来确定正弦量的初始值。画波形图时，如果初相位为正角，t=0时的正弦量值应为正半周，从t=0点向左，到向负值增加的零值点之间的角度为初相位的大小；如果初相位为负角，t=0时的正弦量值应在负半周 ，从t=0向右，到向正值增加的零值点之间的角度为初相位的大小。

相位差：两个同频率的正弦量的相位之差等于初相位之差。

21ϕϕϕ-=

2. 相量表示

应注意:相量只能表示正弦量，而不能等于正弦量。只有正弦周期量才能用相量表示，否则，不可以用；只有同频率的正弦量才能画在同一向量图上，否则，不可以。倘若画在一起则无法进行比较与计算的。

3.“j ”的数学意义和物理意义

1)、数学意义：1-=

j 是虚数单位

2)、物理意义：j 是旋转0

90的算符，即任意一个相量乘以±j 后，可使其旋转±90度。 4. 电压与电流间的关系

各种形式的电压与电流间的关系式，是在电压、电流的关联方向下列出的，否则，式中带负号。

5. R 、L 、C 串联电路中，当R ≠O 时，L X 与C X 的大小对于电路的性质有一定影响。 1)、当C L X X >，则C L U U >，0>ϕ电路中的电流将滞后于电路的端电压（感性电路）；

2)、当C L X X <，则C L U U <，0=ϕ，电路中的电流将超前于电路的端电压（容性电路）

6. R 、L 、C 并联电路

在R 、L 、C 并联电路中，当电路的参数和电源的频率使得；

1)、C

L 1

1X X >时，则C L I I >，0>ϕ，电路的总电流滞后于电路的端电压（感性电路）

2)、C

L 11X X <时，则C L I I <，0<ϕ，电路的总电流超前于电路的端电压（容性电路）；

3)、

C

L 11X X =时，则C L I I =，0=ϕ，电路的总电流与电路的端电压同相（电阻性

电路）---并联谐振。

7. 在R 、L 、C 电路中，如何选择参考相量

一般情况下，选公共量或已知量作为参考相量，比如在R 、L 、C 串联电路中通常选电流作为参考相量；在R 、L 、C 并联电路中，通常选电压作为参考相量。但在已知某个电气量的情况下，应选其作为参考相量。参考相量选定之后，即可由电路中参数的性质及其电压电流的相位关系画出相量图。

8. 复杂正弦交流电路的分析与计算

在复杂的文正弦交流电路中，将电压和电流用相量表示之后，即可用支路电流法、回路电流法、节电电压法、叠加原理、戴维南定理和诺顿定理等方法进行分析与计算。

9. 谐振

在具有电感和电容元件的交流电路中，通过调节电路的参数或电源的频率而使电压与电流同相，这时电路中就发生谐振现象（分为串联谐振和并联谐振）。

1)、串联谐振条件

C L X X =或fC

fL ππ21

2=

LC

f π210=

， LC

10=

=ωω，0arctan

C

L =-=R

X X ϕ 2）、串联谐振的特性

（1）电路的阻抗|Z|=2

C L 2

)(X X R -+=R ，其值最小。 在U 不变得情况下，电流最大，=

=0I I R

U 。 （2）ϕ=0（电源电压与电路中电流同相），电路对电源呈现电阻性。电源供给电路的能量全部被电阻所消耗，电源与电路之间不发生能量的互换，能量的互换只发生在电感线圈与电容器之间。

（3）|L •

U |=|C •

U |且在相位上相反，互相抵消，对整个电路不起作用，因此R U U •

•=。 但L L L X R U IX U =

=及C C C X R

U

IX U ==的单独作用不容忽视

（因为当R X X >=C L 时，U U U >=C L ，电压过高可能会击穿线圈或电容器的绝缘）。串联谐振也称电压谐振。电力工程中一般应避免之。

3）、品质因数

R

L CR U U U U Q 00L C 1

ωω====

称为电路的品质因数，简称Q 值。其物理意义： （1）表示谐振时电感或电容上的电压是电源电压的Q 倍； （2）值越大，则谐振曲线越尖锐，选择性越强。

4）、通频带宽度 在002

1%7.70I I I =

=处频率上下限之间的宽度称为通频带宽度，即