《電路》第五版-第九章正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析資料

《電路》第五版-第九章正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析資料第一頁，共61頁。9.1阻抗和導(dǎo)納1.阻抗正弦穩(wěn)態(tài)情況下Z+-無源線性+-單位：阻抗模阻抗角歐姆定律的相量形式第二頁，共61頁。當無源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)為單個元件時有：R+-Z可以是實數(shù)，也可以是虛數(shù)C+-L+-第三頁，共61頁。2.RLC串聯(lián)電路由KVL：LCRuuLuCi+-+-+-+-uRjLR+-+-+-+-第四頁，共61頁。Z—復(fù)阻抗；R—電阻(阻抗的實部)；X—電抗(阻抗的虛部)；|Z|—復(fù)阻抗的模；z

—阻抗角。轉(zhuǎn)換關(guān)系：或R=|Z|coszX=|Z|sinz阻抗三角形|Z|RXjz第五頁，共61頁。分析R、L、C串聯(lián)電路得出：（1）Z=R+j(wL-1/wC)=|Z|∠jz為復(fù)數(shù)，故稱復(fù)阻抗（2）wL>1/wC，X>0，j

z>0，電路為感性，電壓領(lǐng)先電流；相量圖：選電流為參考向量，三角形UR、UX、U

稱為電壓三角形，它和阻抗三角形相似。即zUXjL’R+-+-+-等效電路第六頁，共61頁。wL<1/wC，

X<0，jz<0，電路為容性，電壓落后電流；wL=1/wC，X=0，j

z=0，電路為電阻性，電壓與電流同相。zUXR+-+-+-等效電路R+-+-等效電路第七頁，共61頁。例已知：R=15,L=0.3mH,C=0.2F,求i,uR,uL,uC.解其相量模型為：LCRuuLuCi+-+-+-+-uRjLR+-+-+-+-第八頁，共61頁。則UL=8.42>U=5，分電壓大于總電壓。-3.4°相量圖注第九頁，共61頁。3.導(dǎo)納正弦穩(wěn)態(tài)情況下Y+-無源線性+-單位：S導(dǎo)納模導(dǎo)納角第十頁，共61頁。對同一二端網(wǎng)絡(luò):當無源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)為單個元件時有：R+-C+-L+-Y可以是實數(shù)，也可以是虛數(shù)第十一頁，共61頁。4.RLC并聯(lián)電路由KCL：iLCRuiLiC+-iLjLR+-第十二頁，共61頁。Y—復(fù)導(dǎo)納；G—電導(dǎo)(導(dǎo)納的實部)；B—電納(導(dǎo)納的虛部)；

|Y|—復(fù)導(dǎo)納的模；y—導(dǎo)納角。轉(zhuǎn)換關(guān)系：或G=|Y|cosyB=|Y|siny導(dǎo)納三角形|Y|GBy第十三頁，共61頁。5.復(fù)阻抗和復(fù)導(dǎo)納的等效互換一般情況G1/RB1/X。注GjBYZRjX第十四頁，共61頁。同樣，若由Y變?yōu)閆，則有：GjBYZRjX第十五頁，共61頁。9.2阻抗（導(dǎo)納）的串聯(lián)和并聯(lián)Z+-分壓公式Z1+Z2Zn－1.阻抗的串聯(lián)第十六頁，共61頁。分流公式2.導(dǎo)納的并聯(lián)Y1+Y2Yn－Y+-兩個阻抗Z1、Z2的并聯(lián)等效阻抗為：第十七頁，共61頁。例求圖示電路的等效阻抗，＝105rad/s

。解感抗和容抗為：1mH301000.1FR1R2第十八頁，共61頁。例圖示電路對外呈現(xiàn)感性還是容性？。解等效阻抗為：33－j6j45第十九頁，共61頁。9.3正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析電阻電路與正弦電流電路的分析比較：可見，二者依據(jù)的電路定律是相似的。只要作出正弦電流電路的相量模型，便可將電阻電路的分析方法推廣應(yīng)用于正弦穩(wěn)態(tài)的相量分析中。第二十頁，共61頁。例1:R2+_Li1i2i3R1CuZ1Z2R2+_R1畫出電路的相量模型求:各支路電流。已知：解第二十一頁，共61頁。Z1Z2R2+_R1第二十二頁，共61頁。列寫電路的回路電流方程和結(jié)點電壓方程例2.解+_LR1R2R3R4C+_R1R2R3R4回路法:第二十三頁，共61頁。節(jié)點法:+_R1R2R3R4第二十四頁，共61頁。方法一：電源變換解例3.Z2Z1ZZ3Z2Z1Z3Z+-第二十五頁，共61頁。方法二：戴維寧等效變換ZeqZ+-Z2Z1Z3求開路電壓：求等效電阻：第二十六頁，共61頁。例4求圖示電路的戴維寧等效電路。j300+_+_5050j300+_+_100＋_解求短路電流：第二十七頁，共61頁。例5用疊加定理計算電流Z2Z1Z3+-解第二十八頁，共61頁。已知平衡電橋Z1=R1,Z2=R2,Z3=R3+jwL3。

求：Zx=Rx+jwLx。平衡條件：Z1Z3=

Z2Zx

得R1(R3+jwL3)=R2(Rx+jwLx)∴Rx=R1R3/R2,Lx=L3R1/R2例6解Z1Z2ZxZ3第二十九頁，共61頁。已知：Z=10+j50W,Z1=400+j1000W。例7解ZZ1+_第三十頁，共61頁。

已知：U=115V,U1=55.4V,

U2=80V,R1=32W,f=50Hz

求：線圈的電阻R2和電感L2。例8解R1R2L2+_+_+_q2q已知的都是有效值，畫相量圖進行定性分析。第三十一頁，共61頁。9.4正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率無源一端口網(wǎng)絡(luò)吸收的功率(u,i

關(guān)聯(lián))1.瞬時功率(instantaneouspower)無源+ui_第一種分解方法；第二種分解方法。第三十二頁，共61頁。第一種分解方法：

p有時為正,有時為負；p>0,電路吸收功率；p<0，電路發(fā)出功率；t

i0upUIcos恒定分量。UIcos

(2t－)為正弦分量。第三十三頁，共61頁。t0第二種分解方法：UIcos(1-cos2t)為不可逆分量。UIsinsin2t為可逆分量。

能量在電源和一端口之間來回交換。第三十四頁，共61頁。2.平均功率(averagepower)P=u-i：功率因數(shù)角。對無源網(wǎng)絡(luò)，為其等效阻抗的阻抗角。cos：功率因數(shù)。P的單位：W（瓦）第三十五頁，共61頁。一般地,有0cos1X>0,j>0,

感性，X<0,j<0,

容性，

cosj=0.5(感性)，則j=60o

(電壓領(lǐng)先電流60o)。cosj1,純電阻0，純電抗平均功率實際上是電阻消耗的功率，亦稱為有功功率。表示電路實際消耗的功率，它不僅與電壓電流有效值有關(guān)，而且與cos有關(guān)，這是交流和直流的很大區(qū)別,主要由于電壓、電流存在相位差。例第三十六頁，共61頁。4.視在功率S反映電氣設(shè)備的容量。3.無功功率(reactivepower)Q單位：var(乏)。Q>0，表示網(wǎng)絡(luò)吸收無功功率；Q<0，表示網(wǎng)絡(luò)發(fā)出無功功率。Q的大小反映網(wǎng)絡(luò)與外電路交換功率的大小。是由儲能元件L、C的性質(zhì)決定的第三十七頁，共61頁。有功，無功，視在功率的關(guān)系：有功功率:

P=UIcosj

單位：W無功功率:

Q=UIsinj

單位：var視在功率:

S=UI

單位：VAjSPQ功率三角形第三十八頁，共61頁。5.R、L、C元件的有功功率和無功功率uiR+-PR=UIcos=UIcos0=UI=I2R=U2/RQR=UIsin=UIsin0=0iuL+-PL=UIcos=UIcos90=0QL=UIsin=UIsin90=UI=I2XLiuC+-PC=UIcos=UIcos(-90)=0QC=UIsin=UIsin(-90)=-UI=－

I2XC第三十九頁，共61頁。電感、電容的無功補償作用LCRuuLuCi+-+-+-t

i0uL當L發(fā)出功率時，C剛好吸收功率，則與外電路交換功率為QL+QC。因此，L、C的無功具有互相補償?shù)淖饔?。t

i0uCpLpC第四十頁，共61頁。交流電路功率的測量uiZ+-W**i1i2R電流線圈電壓線圈單相功率表原理：電流線圈中通電流i1=i；電壓線圈串一大電阻R(R>>L)后，加上電壓u，則電壓線圈中的電流近似為i2u/R。第四十一頁，共61頁。指針偏轉(zhuǎn)角度(由M確定)與P成正比，由偏轉(zhuǎn)角(校準后)即可測量平均功率P。使用功率表應(yīng)注意：(1)同名端：在負載u,i關(guān)聯(lián)方向下，電流i從電流線圈“*”號端流入，電壓u正端接電壓線圈“*”號端，此時P表示負載吸收的功率。(2)量程：P的量程=U的量程I的量程cos

測量時，P、U、I均不能超量程。第四十二頁，共61頁。例三表法測線圈參數(shù)。已知f=50Hz，且測得U=50V，I=1A，P=30W。求：R、L的值解RL+_ZVAW**方法一第四十三頁，共61頁。方法二又方法三第四十四頁，共61頁。6.功率因數(shù)提高設(shè)備容量S

(額定)向負載送多少有功要由負載的阻抗角決定。P=UIcos=ScosjS75kVA負載cosj=1,P=S=75kWcosj=0.7,P=0.7S=52.5kW一般用戶：異步電機

空載cosj

=0.2~0.3

滿載

cosj=0.7~0.85日光燈

cosj=0.45~0.6(1)設(shè)備不能充分利用，電流到了額定值，但功率容量還有；功率因數(shù)低帶來的問題：第四十五頁，共61頁。(2)當輸出相同的有功功率時，功率因數(shù)低，線路上電流大，I=P/(Ucos)，線路壓降損耗大。解決辦法：（1）高壓傳輸（2）改進自身設(shè)備（3）并聯(lián)電容，提高功率因數(shù)。第四十六頁，共61頁。分析j1j2LRC+_并聯(lián)電容后，原負載的電壓和電流不變，吸收的有功功率和無功功率不變，即：負載的工作狀態(tài)不變，但電路的功率因數(shù)提高了。特點：第四十七頁，共61頁。并聯(lián)電容的確定：j1j2第四十八頁，共61頁。從功率角度來看:并聯(lián)電容后，電源向負載輸送的有功UILcos1=UIcos2不變，但是電源向負載輸送的無功UIsin2<UILsin1減少了，減少的這部分無功就由電容“產(chǎn)生”來補償，使感性負載吸收的無功不變，而功率因數(shù)得到改善。第四十九頁，共61頁。已知：f=50Hz,U=220V,P=10kW,cosj1=0.6，要使功率因數(shù)提高到0.9,求并聯(lián)電容C，并聯(lián)前后電路的總電流各為多大？例解LRC+_未并電容時：并聯(lián)電容后：第五十頁，共61頁。若要使功率因數(shù)從0.9再提高到0.95,試問還應(yīng)增加多少并聯(lián)電容，此時電路的總電流是多大？解顯然功率因數(shù)提高后，線路上總電流減少，但繼續(xù)提高功率因數(shù)所需電容很大，增加成本，總電流減小卻不明顯。因此一般將功率因數(shù)提高到0.9即可。第五十一頁，共61頁。9.5復(fù)功率1.復(fù)功率負載+_定義：復(fù)功率也可表示為：第五十二頁，共61頁。（3）復(fù)功率滿足守恒定理：在正弦穩(wěn)態(tài)下，任一電路的所有支路吸收的復(fù)功率之和為零。即2.結(jié)論（1）是復(fù)數(shù)，而不是相量，它不對應(yīng)任一正弦量；（2）把P、Q、S聯(lián)系在一起,它的實部是平均功率，虛部是無功功率，模是視在功率；第五十三頁，共61頁。電路如圖，求各支路的復(fù)功率。例+_10∠0oA10Wj25W5W-j15W解：第五十四頁，共61頁。9.6最大功率傳輸ZLZi+-Zi=Ri+jXi，ZL=RL+jXL負載有源網(wǎng)絡(luò)等效電路第五十五頁，共61頁。討論正弦電流電路中負載獲得最大功率Pmax的條件。(1)

ZL