电工电子教案4.ppt

单相正弦交流电的产生与描述
项目1
直流量的测量
项目3
项目2
电阻的复杂电路
模块四正弦交流电路
项目一单相正弦交流电的产生与描述
任务一了解交流电的产生
活动1 认识交流电的概念
大小和方向随时间按正弦规律周期性变化的电流、电压和电动势称作正弦交流电,简称交流电。
图4-11 正弦交流电压波形图
电流、电压或电动势在某一时刻的大小称作瞬时值,若用横轴作时间轴,电流、电压或电动势的大小做纵轴,将各个时刻对应的瞬时值连接起来所得到的曲线,称作波形图或波形曲线,简称波形。如图4-11所示。
任务二交流电的物理量
活动1 描述交流电特征的物理量
1. 瞬时值与最大值
交流电流、电压和电动势的瞬时值分别用符号i、u和e表示。
交流电流、交流电压和交流电动势的最大值分别用符号Im、Um和Em表示。
2. 周期、频率
交流电变化一次所用的时间称作周期,用符号T表示,周期的单位是s(秒),常用单位有ms(毫秒)、μs(微秒)和ns(纳秒)等。
交流电每秒变化的次数称作频率,用符号f表示。频率的单位是Hz(赫兹),当频率较高时,常用单位有kHz(千赫)、MHz(兆赫)、GHz(吉赫)等。
当周期用s作单位,频率用Hz作单位时,频率和周期有互为倒数的关系,即
或
3. 机械角度与电角度
物体绕某一转轴旋转一周所经历的角度定义为360°,这样的角度称作机械角度。交流电变化一次所经历的角度定义为360°,这样的角度称作电角度。
电角度与机械角度的关系是:电角度为磁极对数p与机械角度的乘积
4. 相位与初相位
交流电在某一时刻对应的电角度称作相位角,简称相位。
t=0的时刻,即开始时刻交流电所对应的相位,称作初相位,简称初相。初相表示交流电的初始状态,它的单位是°(度)或rad(弧度)。
角频率ω与周期T的关系为
角频率与频率的关系为ω=2πf
6. 交流电的三要素
最大值、角频率和初相称交流电的三要素
交流电不仅大小和方向在变化,它的相位也在随时间的变化而变化。交流电每秒变化的相位称作角频率,用符号ω表示,单位为rad/s(弧度每秒)。
5. 角频率
活动2 实际中使用交流电的量值
1. 交流电的有效值
在同一个电阻上,通电时间相同,若交流电产生的热量与直流电产生热量相同,我们就把直流电的大小称作交流电的有效值。有效值是根据交流电的热效应与直流电的热效应等效的原理确定的。
交流电最大值是有效值的倍
2. 交流电的平均值
交流电半个周期所有瞬时值的平均值称作交流电的平均值。交流电流、交流电压和交流电动势的平均值分别用符号,Iav、Uav和Eav表示。
交流电平均值与最大值的关系是
任务三熟悉交流电的描述方法
活动1 用数学表达式描述交流电
交流电流的数学表达式为:i=Imsin(ωt+ 0)A;
交流电压的数学表达式为:u=Umsin(ωt+ 0)V;
交流电动势的数学表达式为:e=Emsin(ωt+ 0)V。
用数学表达式描述交流电,要清楚交流电的三要素,即交流电的最大值、角频率和初相位,其方法如下:
【例4-1】正弦交流电压u=220sin(314t­-30°)V,此交流电压的频率是多少?周期是多少?用电压表测量这个交流电压,读数是多少?在t=0. 005s时电压的瞬时值是多少?
仪表测量的是交流电的有效值,根据U=0. 707Um,得电压表的读数为
U=0. 707×220V=155. 5V。
将t=0. 005s代入u=220sin(314t-30°)V得对应时刻电压的瞬时值为: u=220sin(314×0. 005-30°)V=220sin(0. 5π-30°)V=190. 5V
解:从该交流电压的数学表达式中可知,Um=220V,ω=314rad/s,
得
根据
根据ω=2πf 得
0=-30°。
活动2 用波形图描述交流电
交流电随时间变化的图线称作波形图。根据交流电的数学表达式画出交流电的波形图的方法和步骤如图4-10所示,首先选取坐标,用横轴作时间轴或交流电的电角度轴,用纵轴作交流电电量的瞬时值轴。
图4-10 用数学表达式画出交流电路图