邱關(guān)源第五版全部課件.ppt

1、,邱關(guān)源第五版 全部課件 .,元 件,VCR 的相量形式,U I , u i,R,電阻,電感,電容,jL,UR = R IR u = i,UL = L IL,u = i + 90,u = i 90,第九章 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析,9-1 阻抗和導(dǎo)納 9-2 電路的相量圖 9-3 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析 9-4 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率 9-5 復(fù)功率 9-6 最大功率傳輸,9.1 阻抗和導(dǎo)納,1.阻抗,在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，無源一端口的阻抗定義為：,設(shè),復(fù)阻抗,阻抗模,阻抗角,單位: ,阻抗的代數(shù)形式：,電阻,電抗,歐姆定律的相量形式,R、L、C的阻抗：,實數(shù)，與無關(guān),感抗,容抗,通低頻，阻高頻,通高頻，阻低頻

2、,RLC串聯(lián)電路的阻抗：,UR、UX、U稱為電壓三角形,為 的電阻分量,電抗分量,與阻抗三角形相似,阻抗的性質(zhì)：,1. 感性：X0, L1/C,Z0, 電壓超前電流,2. 阻性：X=0, L=1/C,Z=0, 電壓電流同相,3. 容性：X0, L1/C,Z0, 電壓滯后電流,2.導(dǎo)納,在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，無源一端口的導(dǎo)納定義為：,設(shè),導(dǎo)納模,導(dǎo)納角,單位: S,導(dǎo)納的代數(shù)形式：,電導(dǎo),電納,對同一二端網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)納與阻抗的關(guān)系：,R、L、C的導(dǎo)納：,實數(shù)，與無關(guān),感納,容納,RLC并聯(lián)電路的導(dǎo)納：,IG、IB、I 稱為電流三角形,為 的電導(dǎo)分量,電納分量,與導(dǎo)納三角形相似,導(dǎo)納的性質(zhì)：,1. 容性：

3、B0, C1/L,Y0, 電流超前電壓,2. 阻性：B=0, C=1/L,Y=0, 電流電壓同相,3. 感性：B0, C1/L,Y0, 電流滯后電壓,3.阻抗和導(dǎo)納的等效互換,一般情況 G1/R B1/X。,若Z為感性，X0，則B0，即仍為感性。,同樣，若由Y變?yōu)閆，則有：,若Z為容性，X0，即仍為容性。,9.2 阻抗（導(dǎo)納）的串聯(lián)和并聯(lián),1.阻抗的串聯(lián),2.導(dǎo)納的并聯(lián),兩個阻抗Z1、Z2的并聯(lián)等效阻抗為：,例,圖示電路對外呈現(xiàn)感性還是容性？,解,等效阻抗為：,電路呈容性,9.3 電路的相量圖,1.串聯(lián)電路,相量圖是在復(fù)平面上用有向線段表示相量的圖，它可以形象地表示各正弦量有效值和相位的關(guān)系。

4、,以電流 為參考，稱為參考相量。,若 的初相位未知，設(shè),用相量平移求和法則，畫出各電壓相量依次構(gòu)成的多邊形，稱為電壓相量圖。,2.并聯(lián)電路,以電壓 為參考相量。,若 的初相位未知，設(shè),用相量平移求和法則，畫出各電流相量依次構(gòu)成的多邊形，稱為電流相量圖。,3.混聯(lián)電路（電壓電流相量圖）,若各相量已知，依次畫出。若未知，則依據(jù)電路定性畫出。,例,（例9-4）畫出圖示電路的相量圖。,例,（習(xí)題9-7）已知I=2A，=314rad/s，,U1=U2=200V，求R、L、C。,解,求R和L：,法1：相量圖法,法2：復(fù)數(shù)方程法,U1=U2=200V，I=2A,設(shè),解得,法3：代數(shù)法,U1=U2=200V，

5、I=2A,解得,作業(yè)：9-1(b,d,e)，9-5，9-6,下集預(yù)告： 9.4 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析 9.5 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率 9.6 復(fù)功率,9.4 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析,正弦穩(wěn)態(tài)電路與電阻電路兩類約束形式比較,電阻電路,正弦穩(wěn)態(tài)電路,VCR :,結(jié)論：線性電阻電路的分析方法和所有結(jié)論 均可推廣到正弦穩(wěn)態(tài)電路分析的相量模型中來。,用等效變換法求電路中R =3時的 iab , uab 。,L1 = L2 = 0.28H , C1 = 1mF。,j10A,j10,j28,j28,3,例1,j10,100V,j28,j5A,j14,70V,例2,列寫電路的回路電流方程和結(jié)點電壓方程。,回路電流方程,

6、例2,列寫電路的回路電流方程和結(jié)點電壓方程。,回路電流方程,例2,列寫電路的回路電流方程和結(jié)點電壓方程。,結(jié)點電壓方程,例2,列寫電路的回路電流方程和結(jié)點電壓方程。,結(jié)點電壓方程,用疊加定理計算電流,例3,例4,求圖示電路的戴維寧等效電路。,求開路電壓：,求短路電流：,9.5 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率,1.瞬時功率p,第一種分解方法；,第二種分解方法。,第一種分解法：,第二種分解法：,不可逆分量,可逆分量,恒定分量,正弦分量,2.平均功率P,=u-i：功率因數(shù)角 對無源網(wǎng)絡(luò)，為其阻抗角,cos =：功率因數(shù),單位：W（瓦）,平均功率又稱有功功率，表示電路實際消耗的功率。,4.視在功率S,3.無功功率

7、Q,Q反映一端口內(nèi)外能量交換的規(guī)模，大小等于瞬時功率的最大值，單位：var (乏),Q0，吸收無功；Q0，發(fā)出無功,S表示一端口的最大容量，單位：VA(伏安),有功、無功和視在功率的關(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：VA,功率三角形,功率三角形與阻抗三角形、電壓三角形相似,R、L、C的有功和無功:,PR =UIcos0 =UI=I2R=U2/R QR =UIsin0 =0,PL=UIcos90 =0 QL =UIsin90 =UI,PC=UIcos(-90)=0 QC =UIsin (-90)= -UI,吸收

8、無功,發(fā)出無功,若L、C共存，則：Q=QL+QC，L、C交換能量，實現(xiàn)無功補償，剩余部分與外電路交換。,單相功率表,RL,5.正弦交流電路功率測量,功率表的指針偏轉(zhuǎn)角與有功功率成正比，經(jīng)校準后可由偏轉(zhuǎn)角讀出電路吸收的有功功率P的大小。,同名端,例,三表法測線圈參數(shù)。,已知f=50Hz，且測得 U=50V，I=1A，P=30W。,解,法1,法2,又,法3,9.6 復(fù)功率,1.復(fù)功率,定義：,復(fù)功率也可表示為：,復(fù)數(shù)，不是相量,2.功率守恒（特勒根定理的相量形式）,復(fù)功率守恒,有功功率守恒,無功功率守恒,視在功率不守恒,3.電壓、電流的有功分量與無功分量,4.功率因數(shù)的提高,功率因數(shù)定義：,功率因

9、數(shù)反映了一端口網(wǎng)絡(luò)的有功功率占視在功率的比重。,無源網(wǎng)絡(luò)：=cosZ，01 純電阻負載：=1，純電抗負載：=0,一般負載： 異步電機 空載cosj =0.20.3 滿載cosj =0.70.85,日光燈 cosj =0.450.6,1)不能充分利用供電設(shè)備的容量。P =S,功率因數(shù)低帶來的問題：,2)線路損耗和電壓損失大。I=P/(U),負載功率P和電源電壓U一定時，低，I 高，線路上的功率損耗大，電壓損失大。,功率因數(shù)提高的方法：并聯(lián)電容，無功補償,補償電容大小的確定：,有功分量不變,法1,法2,有功功率不變,無功分量,作業(yè)： 9-14, 9-30, 9-31,9-38,下集預(yù)告： 9.7

10、最大功率傳輸 9.8 串聯(lián)電路的諧振 9.9 并聯(lián)諧振電路,正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率：,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：VA,功率三角形,復(fù)功率:,4.功率因數(shù)的提高,功率因數(shù)定義：,功率因數(shù)反映了一端口網(wǎng)絡(luò)的有功功率占視在功率的比重。,無源網(wǎng)絡(luò)：=cosZ，01 純電阻負載：=1，純電抗負載：=0,一般負載： 異步電機 空載cosj =0.20.3 滿載cosj =0.70.85,日光燈 cosj =0.450.6,1)不能充分利用供電設(shè)備的容量。P =S,功率因數(shù)低帶來的問題：,2)線路損耗和電壓損失大。I=P/(U

11、),負載功率P和電源電壓U一定時，低，I 高，線路上的功率損耗大，電壓損失大。,功率因數(shù)提高的方法：并聯(lián)電容，無功補償,補償電容大小的確定：,有功分量不變,法1,法2,有功功率不變,無功分量,9.7 最大功率傳輸,Zeq= Req + jXeq， ZL= RL + jXL,問題：Zeq給定，ZL取何值時獲得最大功率？,Z=Zeq+ZL= (Req+RL) + j(Xeq+XL),討論：ZL=RL+jXL獲得最大功率的條件,1) RL一定，XL可變,XL =-Xeq時，ZReq+RL,RL= Req 時，,ZL獲得最大功率的條件：,ZL= Zeq*,2) RL、XL均可變,XL =-Xeq時，Z

12、Req+RL, 最佳匹配,3) 若ZL= RL為純電阻,得最大功率條件：, 模匹配,最佳匹配條件：,YL= Yeq*,或者,9.8 串聯(lián)電路的諧振,諧振：正弦穩(wěn)態(tài)下一端口電路的端電壓、電流同相位的現(xiàn)象。諧振時電路呈阻性。,串聯(lián)諧振,并聯(lián)諧振,2.串聯(lián)諧振的條件,諧振角頻率,諧振 頻率,實現(xiàn)諧振的方式：,(1) 改變電源w，使 =0,(2)改變L或C(常改變C )，使0=,3.串聯(lián)諧振的特點,1）| Z |=R最小，U一定時，I最大，I0=U/R。,2） 電壓諧振。 LC串聯(lián)相當于短路。,當 R時，Q1，UL=UC U，過電壓。, 品質(zhì)因數(shù), 特性阻抗,P=UIcosUIRI02=U2/R,電源

13、不向電路輸送無功。電感中的無功與電容中的無功大小相等，互相補償，彼此進行能量交換。,3）Q=QL+QC=0，=1，P=S最大,4.串聯(lián)諧振的諧振曲線和選擇性,1）阻抗的頻率特性,頻率特性(響應(yīng))：物理量隨頻率變化的特性。 諧振曲線：物理量隨頻率變化的曲線。, 幅頻特性, 相頻特性,I(w )與 |Y(w )|相似。,2）電流諧振曲線,從電流諧振曲線看到，串聯(lián)諧振電路對不同頻率的信號有不同的響應(yīng)，對諧振信號最突出(表現(xiàn)為電流最大)，而對遠離諧振頻率的信號加以抑制(電流小)。這種對不同頻率輸入信號的選擇能力稱為“選擇性”。,電流諧振曲線,為了不同諧振電路之間進行比較，把電流諧振曲線的橫、縱坐標分別除以w0和I(w0)，即歸一化：,3）通用諧振曲線,Q越大，諧振 曲線越尖。 選擇性越好。,通用諧振曲線,稱為通頻帶BW，為帶通濾波器,1. GLC并聯(lián)諧振,對偶：,R L C 串聯(lián),G C L 并聯(lián),9.9 并聯(lián)諧振電路,諧振角頻率,諧振條件,阻抗模,最小， U給定，I=U/R最大,最大， I給定，U=I/G最大,R L C 串聯(lián),G C L 并聯(lián),R L C 串聯(lián),G C L 并聯(lián),電壓諧振,電流諧振,UL=UC=QU,IL =IC =QI,QL+QC=0，=1,Q