正弦交流電路§3—3?§3—1正弦交流電的基本概念§3—2?正弦交流電的表示方法純電阻電路§3—4?純電感電路§3—5?§3—6??§3—7??純電容電路串聯電路并聯電路§3—8??三相交流電的基本概念§3—9??安全用電常識§3—1正弦交流電的基本概念一、交流電的產生及交流電概念如圖所示為交流發電機的工作示意圖，當線圈在勻強磁場中以角速度ω逆時針勻速轉動時，由于導線切割磁感線，線圈中將產生感應電動勢（見圖）。當線圈平面垂直于磁感線時，各邊都不切割磁感線，沒有感應電動勢產生，此平面稱為中性面。交流發電機交流發電機工作示意圖交流發電機原理圖正弦交流電的產生過程交流電與直流電的根本區別是：直流電的方向不隨時間的變化而變化，交流電的方向和大小隨時間的變化而變化。直流電和交流電波形a）直流電?b）正弦交流電二、交流電的感應電動勢和感應電流設磁感應強度為B，磁場中線圈一邊的長度為l，線圈從中性面開始轉動，經過時間t，線圈轉過的角度為ωt，這時，其單側線圈切割磁感線的線速度v與磁感線的夾角也為ωt，所產生的感應電動勢e1?=?Blvsinωt。所以整個線圈所產生的感應電動勢為e?=?2Blvsinωt其中，2Blv

為感應電動勢的最大值，設為Em，則e?=?Emsinωt上式為正弦交流電電動勢的瞬時值表達式，也稱為解析式。三、表征交流電的物理量1.周期、頻率和角頻率（1）周期交流電每重復變化一次所需的時間，稱為交流電的周期。用符號T

表示，單位是秒（s）（見圖）。正弦交流電的周期游樂場摩天輪（2）頻率交流電在1秒內重復變化的次數，稱為交流電的頻率。用符號f

表示，單位是赫茲（Hz）。頻率與周期的關系如下：（3）角頻率正弦交流電1秒內變化的電角度，用符號ω

表示，單位是弧度/秒（rad/s）2.最大值、有效值和平均值（1）最大值正弦交流電在一個周期所能達到的最大瞬時值，又稱峰值或幅值（見圖）。最大值用大寫字母加下標m表示，如Em、Um、Im。正弦交流電的最大值（2）有效值有效值是這樣規定的：使交流電和直流電加在同樣阻值的電阻上，若在相同的時間內產生的熱量相同，就把這一直流電的數值叫作該交流電的有效值（見圖）。交流電的有效值3.相位與相位差（1）相位在e=?Emsin（ωt?+?φ0）中，（ωt?+?φ0）表示在任意時刻線圈平面與中性面所成的角度，這個角度稱為相位角，也稱相位或相角，它反映了交流電變化的進程。其中，φ0為正弦量t=0時的相位，稱為初相位，也稱初相角或初相。（2）相位差兩個同頻率交流電的相位之差稱為相位差，用符號Δφ

表示，即Δφ?=（ωt+?φ1）-（ωt?+?φ2）=?φ1?-?φ2兩個同頻率交流電的相位差就等于它們的初相之差。最大值、角頻率和初相位稱為正弦交流電的三要素。§3—2正弦交流電的表示方法一、解析式法解析式法是用正弦函數來表示交流電的方法，它是正弦交流電的基本表示方法。其一般表示形式為e?=?Emsin（ωt?+?φ0）u?=?Umsin（ωt?+?φ0）i?=?Imsin（ωt?+?φ0）二、波形圖法波形圖法是用正弦函數圖像來表示正弦交流電的方法，例如正弦交流電壓

的波形圖如圖所示。正弦交流電波形圖表示法三、相量圖表示法正弦交流電也可以用相量圖來表示，相量圖表示法就是用一個在直角坐標中繞原點不斷旋轉的相量來表示正弦交流電的方法。旋轉矢量與波形圖的關系?有效值相量圖§3—3?純電阻電路交流電路如果只有電阻，這種電路稱為純電阻電路（見圖a），如電熱爐、白熾燈等都可以近似地看成是純電阻電路。純電阻電路a）電路圖?b）相量圖?c）波形圖?d）功率曲線圖

二、功率電阻是耗能元件。通常用電阻在交流電一個周期內消耗的功率的平均值來表示功率的大小，稱為平均功率，又稱有功功率，用P表示，單位仍是W。電壓、電流用有效值表示時，平均功率P的計算與直流電路相同，即§3—4?純電感電路一、電壓與電流的關系1.電壓與電流的數量關系由電阻很小的電感線圈組成的交流電路，可以近似地看作純電感電路。當電感對交流電的阻礙作用用感抗表示、交流電壓和電流用有效值表示時，電感兩端電壓與電感電流的大小關系具有歐姆定律的形式，即2.電壓與電流的相位關系電壓超前電流90°，電壓、電流相量圖如圖b所示。純電感交流電路a）電路圖?b）相量圖?c）波形圖?d）功率曲線圖二、功率瞬時功率在一個周期內吸收的能量與釋放的能量相等，也就是說純電感電路不消耗能量，電感是一種儲能元件。通常用瞬時功率的最大值來反映電感與電源之間轉換能量的規模，稱為無功功率，用QL

表示，單位名稱是乏，符號為var，其計算式為§3—5?純電容電路一、電壓與電流的關系純電容電路歐姆定律的表達式為電流超前電壓90°，電壓、電流相量圖如圖b所示。二、功率純電容電路的功率曲線如圖d所示。與電感一樣，電容也是儲能元件，純電容電路不消耗功率，平均功率為零。純電容電路的無功功率為純電容交流電路a）電路圖?b）相量圖?c）波形圖?d）功率曲線圖§3—6?串聯電路一、RL串聯電路1.電壓與電流的關系RL串聯電路總電壓瞬時值等于各個元件上電壓瞬時值之和，即u?=?uR?+?uL對應的相量關系為從相量圖可以看出，日光燈等效電路（RL串聯電路）RL串聯電路相量圖2.功率（1）有功功率整個電路消耗的有功功率等于電阻消耗的有功功率，即P?=?URI根據圖所知UR?=?Ucosφ，代入上式得P=?URI?=?UIcosφ（2）無功功率整個電路的無功功率也就是電感上的無功功率，即

Q＝ULI＝UIsinφ。（3）視在功率電源輸出的總電流與總電壓有效值的乘積叫作電路的視在功率，用S

表示，即

S?=?UI。為了區別于有功功率和無功功率，視在功率的單位為V·A。RLC串聯電路二、RLC串聯電路1.電壓與電流的關系RLC串聯電路的總電壓瞬時值等于各個元件上電壓瞬時值之和，即對應的相量關系為RLC串聯電路相量圖a）UL>UC?b）UL<UC?c）UL=UC由上式可知，當R、L、C參數不同時，RLC串聯電路可能出現以下三種情況：（1）電感性電路當XL>XC

時，則UL>UC，阻抗角φ>0，電路呈電感性。（2）電容性電路當XL<XC

時，則UL<UC，阻抗角φ<0，電路呈電容性。（3）電阻性電路當XL=XC

時，則UL=UC，阻抗角φ=0，電路呈電阻性。電感和電容的無功功率正好互相補償，這種電路狀態稱為串聯諧振。2.功率（1）有功功率RLC串聯電路的有功功率即為電阻消耗的功率，即：P

＝URI＝UIcosφ（2）無功功率Q=QL-QC=ULI-UCI=I2（XL-XC）=Uisinφ（3）視在功率視在功率即電源輸出功率S?=?UI。視在功率S

與有功功率P和無功功率Q

的關系為§3—7?并聯電路一、電流與電壓的關系總電流

I確定后，電路的功率可根據下式求得并聯電路相量圖并聯諧振電路二、并聯諧振1.并聯諧振總電流與電壓同相，電路呈電阻性，這時的電路狀態為并聯諧振狀態，簡稱并聯諧振。2.并聯諧振的特點（1）總阻抗最大，且為純電阻性，其值為（2）總電流最小，且與電壓同相，其值為§3—8三相交流電的基本概念插座面板a）三相插座?b）單相插座一、三相交流電的產生三相交流發電機的結構示意圖如圖所示，它主要由定子和轉子組成。轉子是電磁鐵，定子有三個繞組（U1U2、V1V2和W1W2），它們在空間位置上彼此相隔120°，轉子在原動機帶動下以角速度ω

做勻速轉動時，三相定子繞組切割磁感線，產生三個對稱的正弦交流電動勢。三個正弦交流電動勢的最大值相等，頻率相同，相位彼此相差120°，其解析式如圖a所示，波形圖如圖b所示。三相交流發電機結構示意圖三相交流電的解析式和波形圖a）解析式?b）波形圖二、三相四線制發電機的每個繞組各接上一個負載，就得到三個獨立的單相電路，構成三相六線制。將發電機三個繞組的末端連在一起，成為一個公共點（稱為中性點），從中性點引出一條輸電線，稱為中性線，簡稱中線，用N表示。中性線通常與大地相連，稱為零線。從發電機三個繞組的始端引出的輸電線，稱為相線，俗稱火線，用L1、L2、L3表示。三相四線制供電可送出兩種電壓，一種是相線與相線之間（如L1、L2、L3之間）的電壓，稱為線電壓，分別為uUV、uVW、uWU；另一種是相線與零線之間（如L1、L2、L3與N之間）的電壓，稱為相電壓，分別為uU、uV、uW。三相四線制電路

單相交流電三、三相負載的聯結在實際生產和日常生活中，把接在三相電源上的負載統稱為三相負載，并且把各相負載相同的三相負載稱為三相對稱負載。如果三相負載不同，則稱為三相不對稱負載。

三相負載的星形聯結

三相負載的三角形聯結§3—9?安全用電常識一、觸電類型1.單相觸電人站在大地上，人體觸及一根相線（或漏電的電氣設備），而電源中性點是接地的，此時電流通過人體流入大地，人體承受的電壓是相電壓220?V（見圖）。單相觸電2.兩相觸電人體同時觸及兩根相線，此時電流從一根相線通過人體流到另一根相線，作用于人體的電壓是線電壓380?V，危險性比單相觸電更大（見圖）。兩相觸電3.跨步電壓觸電在高壓導線斷落掉地處，在大地周圍形成電場（見圖），當人走進電場區域，兩腳踩在A、B兩點時，由于A、B的電場強度不同，便形成跨步電壓。跨步電壓觸電二、安全電流與電壓1.影響人體觸電受傷害程度的因素（1）電流的大小和持續的時間觸電電流越大，持續的時間越長，對人體的傷害越嚴重。（2）觸電路徑最危險的觸電路徑是從左手到腳。（3）電流種類50

Hz的工頻交流電流對人體的傷害最大。（4）人體電阻其中皮膚越潮濕，人體電阻越小。2.安全電壓加在人體上一定時間內不致造成傷害的電壓稱為安全電壓。通常規定交流36?V及以下、直流48

V及以下為安全電壓。三、防止觸電的技術措施1.保護接地將電氣設備的金屬外殼與大地可靠地連接，稱為保護接地（見圖）。它適用于1?kV以下中性點不接地的三相供電系統。保護接地示意圖計算機電源線2.保護接零將電氣設備在正常情況下不帶電的外露導電部分與供電系統中的零線相接，稱為保護接零（見圖）。保護接零適用于中性點直接接地的三相供電系統。保護接零示意圖3.漏電保護器當電氣設備漏電時，人觸及漏電的外殼，也會造成觸電事故。為了防止設備漏電而造成的觸電，需要安裝漏電保護器。漏電保護器工作原理四、安全用電注意事項1.判斷電線或用電設備是否帶電，必須用驗電器，絕不允許用手觸摸。2.在檢修電氣設備或更換熔體時，應切斷電源。3.根據需要選擇熔斷器的熔絲直徑。4.安裝照明線路時，開關和明裝插座離地面一般不低于1.3?m，暗裝插座離地面一般不低于0.3?m。5.在電力線路附近，不要安裝電視機的天線，不要放風箏和打鳥。6.發現電線或電氣設備起火，應迅速切斷電源。五、觸電急救1.切斷電源發生觸電