《交流电源》课件.ppt

交流电源概述交流电源是现代电力系统的基础，通过电流周期性变化提供能量传输。

课程目标掌握交流电基本原理理解正弦交流电特性与数学表示熟悉交流电路分析方法能够计算复杂交流电路的电压、电流和功率认识交流电源设备了解发电机、变压器和电动机工作原理理解电源质量与安全

交流电基本概念定义方向和大小随时间周期性变化的电流特点可以通过变压器改变电压，便于长距离输电应用家用电器、工业设备和电力系统

正弦交流电的特征波形遵循正弦函数变化规律幅值波形达到的最大值周期完成一次完整振荡所需时间相位波形在时间轴上的相对位置

频率和周期频率定义单位时间内完成的周期性变化次数单位：赫兹(Hz)标准工频：50Hz(中国)/60Hz(美国)周期定义完成一次完整振荡所需时间单位：秒(s)周期T=1/频率f

相位和相位差相位定义交流量在一个周期内的瞬时位置1相位差两个同频率交流量之间的相位角度差异2超前与滞后相位差为正表示超前，为负表示滞后3应用三相系统中的相位差为120°4

有效值和平均值1平均值一个周期内瞬时值的代数平均正弦交流电的平均值为零2有效值产生相同热效应的直流电值正弦波有效值=最大值/√23实际应用仪表显示的通常是有效值家用电为220V指的是有效值

交流电的数学表示时域表示i=Imsin(ωt+φ)相量表示I=Im∠φ复数表示I=a+jb

相量表示法1简化计算将时域微分方程转换为代数方程2几何表示用旋转向量表示正弦量3复数形式结合实部和虚部

交流电路元件：电阻欧姆定律适用U=IR电压电流同相φ=0°能量转换电能转化为热能阻抗特性Z=R

交流电路元件：电感电感定义储存磁场能量的元件电压电流关系U=L·di/dt相位特性电流滞后电压90°感抗计算XL=ωL=2πfL

交流电路元件：电容定义储存电场能量的元件电压电流关系I=C·du/dt相位特性电流超前电压90°容抗计算XC=1/(ωC)=1/(2πfC)

RLC串联电路电阻消耗有功功率电感储存磁场能量电容储存电场能量总阻抗Z=√(R2+(XL-XC)2)

RLC并联电路Y导纳Y=1/Z，表示电路对电流的通过能力G电导G=1/R，电阻的倒数B电纳B=BC-BL，容纳与感纳之差

交流电路的功率有功功率实际消耗的能量，单位为瓦特(W)无功功率仅在电路中往复振荡，单位为乏(var)视在功率有功与无功的合成，单位为伏安(VA)

有功功率、无功功率和视在功率有功功率P感性无功功率QL容性无功功率QC

功率因数

功率因数校正低功率因数问题导致线路损耗增加和供电能力下降并联电容补偿向感性负载提供容性无功功率同步补偿器通过调整励磁电流改变功率因数效益分析降低电费支出，提高设备利用率

谐振电路谐振条件XL=XCωL=1/ωC谐振频率：f?=1/(2π√LC)谐振特点阻抗达到极值电路电压或电流达到最大电路呈纯电阻性

串联谐振最小阻抗Z=R最大电流I=U/R品质因数Q=ω?L/R=1/(ω?CR)通频带Δf=f?/Q

并联谐振

三相交流电源系统定义由三个频率相同、振幅相等、相位差120°的正弦电压组成特点功率传输稳定，效率高，可生成旋转磁场应用领域工业用电、电力传输系统、大型电机驱动

三相电源的优势功率输出稳定瞬时功率恒定2铜材利用率高同功率下导线截面积减少25%产生旋转磁场可实现简单高效的电机驱动

星形连接1234结构特点三个绕组一端连接形成中性点电压关系线电压等于相电压的√3倍电流关系线电流等于相电流应用场景需要中性线的低压配电系统

三角形连接结构特点三个绕组首尾相连形成闭环电压关系线电压等于相电压电流关系线电流等于相电流的√3倍应用场景大功率工业电动机驱动系统

三相平衡负载定义三相负载阻抗相等且性质相同功率特性瞬时功率恒定，无脉动中性线电流星形连接中性线电流为零4典型应用三相电动机、三相电炉

三相不平衡负载IN中性线电流不为零，需考虑中性线载流能力P功率波动瞬时功率存在波动η效率降低线路损耗增加，设备利用率下降

三相功率计算

交流发电机原理电磁感应导体切割磁力线产生感应电动势旋转运动转子旋转使磁场相对定子绕组切割频率关系f=np/60，n为转速，p为极对数电压调节通过调整励磁电流控制输出电压

同步发电机结构特点转子带有直流励磁绕组定子带有三相交流绕组转速与电网频率同步工作原理转子励磁产生旋转磁场磁场切割定子绕组产生感应电动势转速n=60f/p

异步发电机

变压器原理工作原理基于电磁感应定律构成部件铁芯、初级绕组和次级绕组变压比关系电压比等于匝数比功率传递理想变压器输入功率等于输出功率

变压器类型电力变压器用于电力系统的升压和降压仪表变压器为测量仪表提供标准电压或电流电子变压器用于电子设备中的低压电源