电路基础教学课件作者赵守忠7.ppt

7. 1 引言 我们最熟悉和最常用的家用电器采用的都是交流电，如电视、电脑、照明灯、冰箱、空调等家用电器。即便是像收音机、复读机等采用直流电源的家用电器也是通过稳压电源将交流电转变为直流电后使用。这些电器设备的电路模型在交流电路中的规律与直流电路中的规律是不一样的，因此分析交流电路的特征及相应电路模型的交流响应是我们的重要任务。前面章节所接触到的电量，都是大小和方向不随时间变化的稳恒直流电。本章介绍的单相正弦交流电，其电量的大小和方向均随时间按正弦规律周期性变化，是交流电中的一种。这里随不随时间变化是交流电与直流电之间的本质区别。 7. 1 引言 在日常生产和生活中，广泛使用的都是本章所介绍的正弦交流电，这是因为正弦交流电在传输、变换和控制上有着直流电不可替代的优点，单相正弦交流电路的基本知识则是分析和计算正弦交流电路的基础，深刻理解和掌握本章内容，十分有利于后面相量分析法的掌握。 通过学习R, L, C三大电路元件的基本特性，我们要特别注意理解它们对正弦交流电流呈现的阻力的不同之处，其中电阻与频率无关，电阻元件在阻碍电流的同时伴随着能量消耗，感抗与频率与正比，容抗和频率成反比，这两个电抗在阻碍电流的过程中没有能量消耗，这些问题应深刻理解。 7. 2 知识结构和教学要求 1.知识结构 (1)正弦交流电路的基本概念; (2)正弦量的有效值; (3)交流电路中的常用元件; 2.教学要求 (1)熟练掌握正弦电路的基本概念; (2)熟练掌握正弦量的有效值概念以及有效值与最大值之间的数量关系; (3)三大基本电路元件在正弦交流电路中的伏安关系及功率和能量问题。 7. 3 教学内容 7. 3. 1正弦交流电路的基本概念 学习目标: 熟悉正弦量的三要素以及相位的超前和滞后。 在正弦交流电路中，电压和电流的大小和方向随时间按正弦规律变化。凡按照正弦规律变动的电压、电流等统称为正弦量。 一、正弦量的三要素 正弦量随时间变化，对应每一时刻的数值称为瞬时值，分别用u, a和e等来表示。以电流为例，依据正弦量的概念，设某支路中正弦电流a在选定参考方向下的瞬时值表达式为 7. 3 教学内容 式中， Im,w。ψ1和甲分别为振幅、角频率和初相位。称为正弦量的三要素。其波形如图7一1所示。 1.振幅 正弦量在一个周期内的最大值称为振幅(也叫幅值、峰值)。用带下标的大写字母表示。如Im、 Um及Em分别表示电流、电压及电动势的最大值。 2.频率与周期 周期是指正弦量变化一个循环所需要的时间，用T来表示;正弦量每秒内变化的次数称为频率f，它的单位是赫兹} Hz) o频率是周期的倒数，即 7. 3 教学内容 在我国和大多数国家都采用50 Hz作为电力标准频率，习惯上称为工频。 角频率是指交流电在Is内变化的电角度。若交流电Is 内变化了f次，则可得角频率与频率的关系式为 7. 3 教学内容 周期、频率和角频率从不同的角度反映了同一个问题:正弦量随时间变化的决慢程度。 例7一1已知某正弦交流电压为;u=311 sin 314t V，求该电压的最大值、频率、角频率和周期各为多少? 解： 7. 3 教学内容 3.初相 wt+ ψi称为相位，是正弦量随时间变化的电角度，是时间的函数; ψi称为初相，是对应t=0时刻的相位，即初相确定了正弦计时开始的位置。 初相的正负和大小与计时起点的选择有关。通常在|ψi |= π 的主值范围内取值。如果离坐标原点最近的正弦量的正值出现在时间起点之前，则ψi 0;如果离坐标原点最近的正弦量的正值出现在时间起点之后，则ψi 0。 7. 3 教学内容 正弦量的振幅称为它的第一要素，第一要素反映了正弦量的做功能力;角频率(或频率、周期)为正弦量的第二要素，第二要素指出了正弦量随时间变化的快慢程度;初相是正弦量的第三要素，确定了正弦量计时开始的位置。一个正弦量，只要明确了它的三要素，则这个正弦量就是唯一地确定的。因此，表达一个正弦量时，也只需表达出其三要素即可。 二、正弦量的相位差 7. 3 教学内容 相位差指的是两个同频率正弦量之间的相位之差，由于同频率正弦量之间的相位之差实际上就等于它们的初相之差，因此相位差就是两个同频率正弦量的初相之差。注意:不同频率的正弦量之间是没有相位差的概念而言的，如图7一2所示。 份图7一2中 图7一3中电压u和电流i的相位差为 7. 3 教学内容 可见两个同频率正弦量的相位差在任何时 刻都是常数，即等于他们的初相之差。规定ψ的取值范围是|ψ|= π . 如图7一3所示，如果 ψ = ψn一ψi 0，称。超前i ψ角度，简称称。超前i0 ψ = ψn一ψi 0，称。滞后i ψ角度，或为i超前u ψ角度。 ψ =