下载文档原格式
正弦交流电路知识点总结一、正弦交流电路的基本概念正弦交流电路是指由正弦波形状的电压或电流组成的电路。
在正弦交流电路中，电压或电流随时间呈周期性变化，其波形为正弦曲线。
正弦交流电路中，频率、振幅、相位等是重要的参数。
二、正弦交流电路中的元件1. 交流源：提供正弦波形状的电压或电流。
2. 电阻：阻碍电流通过的元件。
3. 电感：储存磁能量并抵抗变化的元件。
4. 电容：储存电能量并抵抗变化的元件。
三、正弦交流电路中的基本定律1. 欧姆定律：U=IR，其中U为电压，I为电流，R为阻值。
2. 基尔霍夫定律：任意一个节点上所有进入该节点和离开该节点的支路所构成的代数和等于零。
3. 诺依曼定理：在任意一个闭合回路中，沿着这个回路方向绕一圈所得到所有增加量之和等于所有减少量之和。
四、串联和并联1. 串联：将多个电阻、电感、电容依次连接在一起，即为串联。
串联后的总阻值为各元件阻值之和。
2. 并联：将多个电阻、电感、电容同时连接在一起，即为并联。
并联后的总阻值等于各元件倒数之和的倒数。
五、交流电路中的功率交流电路中的功率分为有功功率和无功功率两部分：1. 有功功率：指交流电路中被转化成有用能量的功率。
2. 无功功率：指交流电路中被转化成储存于元件中的能量或者从元件中释放出来但不能做有用工作的能量。
六、交流电路中的相位相位是指两个正弦波形状的信号之间时间上的差异。
在正弦交流电路中，相位是一个重要参数。
不同元件间存在着不同相位差，而且相位差随频率变化。
七、滤波器滤波器是指通过对信号进行滤波，去除不需要或者干扰信号来得到所需信号的设备。
根据滤波器对信号处理方式不同，可以将其分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
八、交流电路中的共振共振是指在交流电路中，当电容和电感与外部信号频率相等时，电路中的阻抗达到最小值。
在共振状态下，电路中的能量传输效率最高。
九、交流电路中的谐波谐波是指在交流电路中，除了基频信号之外产生的频率为整数倍于基频信号频率的信号。
正弦交流电路公式总结
正弦交流电路中的主要公式和概念包括：
1. 周期和频率：
周期（T）：交变电流完成一次周期性变化（线圈转一周）所需的时间，
单位是秒（s），公式为T=2π/ω。
频率（f）：交变电流在1s内完成周期性变化的次数，单位是赫兹（Hz）。
周期和频率的关系：T=1/f。
2. 正弦式交变电流的函数表达式（线圈在中性面位置开始计时）：
电动势e随时间变化的规律：e=Emsinωt。
负载两端的电压u随时间变化的规律：u=Umsinωt。
电流i随时间变化的规律：i=Imsinωt。
其中ω等于线圈转动的角速度，Em=nBSω。
3. 在纯电阻性电路中，当电路与电源之间不再有能量的交换时，电路呈电阻性。
以上内容仅供参考，如需更具体全面的信息，建议查阅电路学相关书籍。
课题：正弦交流电路中的功率及功率因数的提高教学目标：1.掌握有功功率、无功功率、视在功率和功率因数教学重点：功率的计算教学难点：功率的计算教学过程：正弦交流电路中的功率及功率因数的提高在中分析了电阻.电感及电容单一元件的功率，本节将分析正弦交流电路中功率的一般3. 7.1有功功率.无功功率.视在功率和功率因数设有一个二端网络，取电压.电流参考方向如图所示，則网络在任一瞬间时吸收的功率即瞬时功率为设u(t) = 41U sin(co/ + cp)i(t) = >j2l sin cor其中申为电压与电流的相位差。
/?(/) =«/(/) •/(/)=yflU sin( 3/ + <p) •血/ sin co/ =Ulcos(p-U/ cos(2co/+(p)(2-49)其波形图如图所示。
瞬时功率有时为正值，有时为负值，表示网络有时从外部接受能量，有时向外部发出能董。
如果所考虑的二端网络内不含有独立源，这种能量交换的现象就是网络内储能元件所引是的。
二端网络所吸收的平均功率P 为瞬时功率“(°在一个周期内的平均值，将式(2-49)代入上式得P = 1 £ [U1 coscp-UI co^o/ + (p)] dt = VJcos©一50)可见，正弦交流电路的有功功率等于电压、电流的有效值和电压、电流相位差角余弦的乘积。
cos®称为二端网络的功率因数，用入表示，即x = cos<p,申称为功率因数角。
在二端网络为纯电阻情况下，^ = °,功率因数cos<p = 1 ,网络吸收的有功功率P R=UI；当二端网络为纯电抗情况下，^ = ±90°,功率因数COS<P = 0,则网络吸收的有功功率Px=O , 这与前面2. 3节的結果完全一致。
_・・》兰在一般情况下，二端网络的Z = R + jX , 3 = “小疋,COSQH O,即P = £7/cos<p o 二端网络两端的电压U和电流I的乘积UI也是功率的量纲，因此，把乘枳UI称为该网络的视在功率，用符号S来表示.图图瞬时功率波形图即S = ui(3-51)为与有功功率区别，视在功率的单位用伏安(VA)o视在功率也称容董，例如一台变压器的容量为4000kVA,而此变压器能榆出多少有功功率，要视负载的功率因数而定。
实验十二 正弦交流电路及功率因数的提高一、实验目的1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。
2. 熟悉日光灯电路的组成，各元件的作用及日光灯的工作 原理，学会日光灯电路的连接，了解线路故障的检查方法。
3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明 图12-11. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得 各支路的电流值， 用交流电压表测得回路各元件两 端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔 霍夫定律，即 ΣI ＝0和ΣU ＝0 。
2. 图12-1所示的RC 串联电路，在正弦稳态信号U 的激励下，U R 与U C 保持有90º的相位差，即当 图12-2 R 阻值改变时，U R 的相量轨迹是一个半园。
U 、U C 与U R 三者形成一个直角形的电压三 角形，如图12-2所示。
R 值改变时，可改 变φ角的大小，从而达到移相的目的。
3. 日光灯线路如图12-3所示，图中 A 是日光灯管，L 是镇流器， S 是启辉器， C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数 （cos φ值）。
有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。
图12-3三、实验设备四、实验内容1. 按图12-1 接线。
R 为220V 、15W 的白炽灯泡，电容器为 4.7μF/450V 。
经指导教师检查后，接通实验台电源， 将自耦调压器输出( 即U)调至220V 。
记录U 、U R 、U 值，验证电压三角形关系。
序号 名称 型号与规格 数量 备注 1 交流电压表 0～500V 12 交流电流表 ０～5A1 3 功率表 1 （DGJ-07）4 自耦调压器1 5 镇流器、启辉器 与40W 灯管配用各1 DGJ-04 6 日光灯灯管 40W1 屏内 7 电容器 1μF,2.2μF,4.7μF/500V各1 DGJ-05 8 白炽灯及灯座 220V ，15W1~3 DGJ-04 9电流插座3DGJ-04图 1UcU R2. 日光灯线路接线与测量。
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：Tf 1= 角频率ω：每秒变化的弧度，单位：s rad /。
f Tππω22==（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090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)、CL 11X 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)、CL 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)、CL 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fCfL ππ212=LCf π210=， LC10==ωω，0arctanCL =-=RX X ϕ 2）、串联谐振的特性（1）电路的阻抗|Z|=2C L 2)(X X R -+=R ，其值最小。
在U 不变得情况下，电流最大，==0I I RU 。
（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 RUIX 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RL CR U U U U Q 00L C 1ωω====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0021%7.70I I I ==处频率上下限之间的宽度称为通频带宽度，即12f f f -=∆（见图4-1）通频带宽度越小，表明谐振曲线越尖锐，电路的选频性越强；而谐振曲线的尖锐程度与Q 值有关。
5）、并联谐振电路的特性（1）电路发生并联谐振时的频率LCL R LC f ππ21121220≈-=（2）•U 与•I 同相位，电源只供给电阻消耗的有功功率，而无功功率的交换只在电感支路之间进行。
（3）•L I 与•C I 的无功分量相等而相位相反，2C 2L 0I I I -=，当R=0时，0C L I I I >>≈。
（4）在谐振点附近，电路呈现高阻抗值：RCLZ =。
在电压U 保持一定时，则在谐振点附近电流值很小。
10．功率因数的提高1）、交流电路的平均功率为：ϕcos UI p =称为电路的功率因数，它决定于电路（负载）的性质，其值介于0与1之间。
当1cos ≠ϕ时，出现无功功率ϕsin UI Q =，电路中发生能量的互换。
从而引起两个问题：(1) 发电设备的容量不能充分利用；（2）增加线路和发电机绕组的功率损耗。
通常要求功率因数为0.9～0.95。
功率因数不高的原因由于电感性负载的存在，电感性负载的功率因数之所以小于1，是由于负载本身需要一定的无功功率。
提高功率因数的意义在于解决这个矛盾，即减少电源与负载之间的能量互换，又使电感性负载取得所需的无功功率。
按照供用电规则，高压供电负荷平均功率因数不低于0.9，其它负荷不低于0.85。
2）、功率因数的提高提高功率因数常用的方法就是在保持用电设备原有的额定电压、额定电流及功率不变，也即工作状态不变。
在电感性负载并联静电电容器（设备在用户或变电所中）,其电路图和f707.0I 0I 图4-1相量图如图4-2所示。
图4-2 并联电容器以后，电感性负载的电流2L211XR I +=和功率因数2L21cos XR R +=ϕ均未变化，这是因为所加电压和负载参数没有改变。
但电压U 和线路电流i 之间的相位差ϕ变小了，即ϕcos 变大了。
这里所讲的提高功率因数，是指提高电源或电网的功率因数，而不是指提高某个电感性负载的功率因数。
因此，在选择静电电容器的容量时，必须了解补偿前同载的平均功率因数，它可根据一年的电能消耗量来计算：2Q2PP 22221)8760()8760(8760cos WW W P Q P PQ P S P +=+=+==ϕ式中P 和Q 分别是年消耗有功率（kW ）和无功功率（kvar ）；P W 和Q W 分别为年有功电能消耗量)(h kW ⋅和无功电能消耗量（h k ⋅var ），可由有功电度表和无功电度表读取；8760是全年的总时数。
然后根据下式计算所需静电电容器的容量)tan (tan 1max ϕϕγ-=P Q式中m ax P 是负载的最大有功功率；γ是负载系数，一般取0.85；1ϕ是补偿前的相位差；ϕ是补偿后的相位差。
或由相量图4-2b ）推出该电容器的电容值)tan (tan 212ϕϕω-=U pC 电容器的安装常采用高压集中补偿和低压分散补偿两种方式，也可以二者结合。
3.1 已知,A )30314sin(210,A )45314sin(21521-=+=t i t i （1）试问i 1与i 2的相位差等于多少？（2）画出i 1与i 2的波形图；（3）在相位上比较i 1与i 2谁超前谁滞后。
解：（1）021753045=+=-=ϕϕϕ （2）（3），超前21i i 。
滞后12i i3.2 已知,A )30200sin(210,A )20100sin(21021-=+=t i t i ππ两者的相位差为50，对不对？答：错3.3 已知正弦电流I =15A ，且t =0时，I 为3A ，频率f =50H Z 。
试写出该电路的瞬时值表达式，并画出波形图。
解： A )314sin(2150ϕ+=t i ，当0=t 时，A 3=I ，则 1414.0arcsin ,1414.0sin sin 2153000==⇒=ϕϕϕ3.4 下列两组正弦量，写出它们的相量，画出它们的相量图，分别说明各组内两个电量的超前、滞后关系。
（1）,A )152513sin(28,A )452513sin(21021-=+=t i t i （2）,A )1402000sin(210,V )1201000cos(221 -=--=t i t u解：（1）A,45210A,45100101∠=∠=••m I Iω t题4-3 i 曲线图ω t题4-1 21i i 、曲线图A,158A,1580202-∠=-∠=••m I I，超前02160i i 或。
