3-7正弦交流电路的功率要点优秀PPT.ppt

3-73-7正弦沟通正弦沟通电路的功率路的功率一、瞬一、瞬时功率功率+-N u i 0 t u i p 若若 网网络N吸收的瞬吸收的瞬时功率功率()()i u t t UI ui p y w y w+=sin sin 2 j y y w cos)2 cos(UI t-UI i u+=p0 表示网表示网络N吸收能量吸收能量 p0 表示网表示网络N释放能量。放能量。当当|时，p的正的部分的正的部分 负的部分的部分 常数部分常数部分 当当|时，p的正的部分的正的部分 负的部分的部分 常数部分常数部分 当当|=时，p的正、的正、负部分相等，常数部分部分相等，常数部分=0 而而 0时，总有有 p0 纯电阻阻时：纯电感感时：纯电容容时：任何任何时刻刻pR0，所以，所以电阻阻R为耗能元件。耗能元件。而而pL、pC 正正负半半轴对称，称，L和和C为非耗能元件。非耗能元件。单位：瓦（位：瓦（W）、千瓦（）、千瓦（kW）cos 功率因数功率因数 功率因数角功率因数角 纯电阻阻时：纯电感感时：不耗能不耗能 纯电容容时：不耗能不耗能 二、有功功率（平均功率）二、有功功率（平均功率）三、无功功率三、无功功率单位：乏位：乏 var 电压超前超前电流，流，为感性感性电路路 电压滞后滞后电流，流，为容性容性电路路 纯电感：感：纯电容：容：四、四、视在功率在功率如如变压器的容量器的容量为1000VA，额定工作状定工作状态下：下：如如cos =0.5，则P=10000.5=500W 如如cos=1，P=1000W 五、复功率五、复功率 如端口如端口处+-N 单位：伏安（位：伏安（VA）网网络N吸取的复功率吸取的复功率复复杂电路中的功率路中的功率满足足 P=P1+P2+Q=Q1+Q2+但但 S S S S1 1+S S2 2+单位：伏安（位：伏安（VA）Z1为感性感性 Z2为容性容性负载，P2=10KW，cos 2=0.9。求求总的有功、无功、的有功、无功、视在功率和功率因数。在功率和功率因数。Z1 Z2 解：解：总的有功的有功 P1=20KW，cos 1=0.85；例例Z1为感性感性负载，总的无功总的无功 总的视在功率总的视在功率 功率因数功率因数 Z2为容性为容性 问题的提出：日常生活中很多负载为感问题的提出：日常生活中很多负载为感性的，性的，其等效电路及相量关系如下图。其等效电路及相量关系如下图。uiRLCOS I 当当U、P 一定时，一定时，希望将希望将 COS 提高提高P=PR=UICOS 其中消耗的有功功率为：其中消耗的有功功率为：六六 功率因数的提高功率因数的提高 负负 载载i u 说明：说明：由负载性质决定。与电路的参数由负载性质决定。与电路的参数 和频率有关，与电路的电压、电流无关。和频率有关，与电路的电压、电流无关。功率因数功率因数 和电路参数的关系和电路参数的关系RZ例例 40W白炽灯白炽灯 40W日光灯日光灯 发电与供电发电与供电 设备的容量设备的容量 要求较大要求较大 供电局一般要求用户的供电局一般要求用户的 ，否则受处罚。否则受处罚。纯电阻电路纯电阻电路R-L-C串联电路串联电路 纯电感电路或纯电感电路或 纯电容电路纯电容电路 电动机电动机 空载空载 满载满载 日光灯日光灯（R-L-C串联电路）串联电路）常用电路的功率因数常用电路的功率因数提高功率因数的原则提高功率因数的原则：必需保必需保证原原负载的工作状的工作状态不不变。即：加至。即：加至负载上的上的电压和和负载的有功功率不的有功功率不变。提高功率因数的措施提高功率因数的措施:uiR L 并电容并电容C并联电容值的计算并联电容值的计算uiRL C 设原电路的功率因数为设原电路的功率因数为 cos L，要求补偿到，要求补偿到 cos 须并联多大电容？（设须并联多大电容？（设 U、P 为已知）为已知）分析依据：补偿前后分析依据：补偿前后 P、U 不变。不变。由相量图可知：由相量图可知：iuRLC已知：已知：f=50Hz,U=380V,P=20kW,cos 1=0.6(滞后滞后)。要使。要使功率因数提高到功率因数提高到0.9,求并联电容求并联电容C。例例.P=20kW cos 1=0.6+_CLRC+_解解：1 2呈电容性。呈电容性。呈电感性呈电感性问题与讨论问题与讨论 功率因数功率因数补偿到什么程度？理到什么程度？理论上可以上可以补偿成成以下三种状况以下三种状况:功率因素补偿问题（一）功率因素补偿问题（一）呈电阻性呈电阻性结论：结论：在在 角相同的情况下，补偿成容性要求使用的电容角相同的情况下，补偿成容性要求使用的电容 容量更大，经济上不合算，容量更大，经济上不合算，所以一般工作在欠补偿状态所以一般工作在欠补偿状态。感性（感性（较小）较小）容性（容性（较大）较大）C 较大较大 功率因数补偿成感性好，还是容性好？功率因数补偿成感性好，还是容性好？一般情况下很难做到完全补偿一般情况下很难做到完全补偿（即：（即：）过过补补偿偿欠欠补补偿偿 功率因素补偿问题（二）功率因素补偿问题（二）并并联电容容补偿后，后，总电路（路（R-L/C）的有功功）的有功功率是否率是否变更了？更了？问题与讨论问题与讨论 R 定性说明：电路中电阻没有变，所以消耗的功率定性说明：电路中电阻没有变，所以消耗的功率也不变。也不变。XL、RXC ，Q 则体现了电则体现了电容或电感上电压比电源电压高出的倍数。容或电感上电压比电源电压高出的倍数。串联谐振特性曲线串联谐振特性曲线I 谐振电流谐振电流 谐振频率谐振频率下限截止频率下限截止频率 上限截止频率上限截止频率通频带通频带关于谐振曲线的探讨关于谐振曲线的探讨(a)不变，不变，变化。变化。(b)不变，不变，变化。变化。(c)不变，不变，变化。变化。不变，不变，谐振曲线探讨（之一）谐振曲线探讨（之一）结论结论：R的变化引起的变化引起 变化变化 R愈大愈大 愈小（选择性差）愈小（选择性差）R愈小愈小 愈大（选择性好）愈大（选择性好）R小小 R大大 不变，不变，变化。变化。（1）不变不变 即即LC不变不变R改变改变 改变改变（2）分析：分析：（1）不变不变 即即U、R不变不变（2）改变改变结论结论：LC 的变化引起的变化引起 变化变化 L 变小或变小或 C 变小变小 变大变大 L 变大或变大或 C 变大变大 变小变小 谐振曲线分析（之二）谐振曲线分析（之二）不变，不变，变化。变化。谐振曲线分析（之三）谐振曲线分析（之三）结论结论：Q愈大，带宽愈小，曲线愈尖锐。愈大，带宽愈小，曲线愈尖锐。Q愈小，带宽愈大，曲线愈平坦。愈小，带宽愈大，曲线愈平坦。分析：分析：不变，不变，不变不变（LC）、）、R 不变，不变，如何改变如何改变或或？可以可以 证明：证明：可见可见 与与 Q 相关。相关。不变，不变，变化。变化。不变，不变，串联谐振时的阻抗特性串联谐振时的阻抗特性容性容性感性感性收音机接收电路收音机接收电路接收天线接收天线与与 C：组成谐振电路：组成谐振电路将选择的信号送将选择的信号送 接收电路接收电路串联谐振应用举例串联谐振应用举例 组成谐振电路组成谐振电路，选出所需的电台。，选出所需的电台。为来自为来自3个不同电台（不同频率）个不同电台（不同频率）的电动势信号；的电动势信号；已知：已知：解：解：如果要收听如果要收听 节目，节目，C 应配多大？应配多大？问题问题（一）：（一）：结论：结论：当当 C 调到调到 150 pF 时，可收听到时，可收听到 的节目。的节目。问题问题（二）：（二）：信号在电路中产生的电流信号在电路中产生的电流 有多有多 大？在大？在 C 上上 产生的电压是多少？产生的电压是多少？已知：已知：解答：解答：所希望的信号所希望的信号 被放大了被放大了64倍。倍。当当 时时 领先于领先于 (容性容性)谐振谐振 当当 时时 志向状况：纯电感和纯电容志向状况：纯电感和纯电容 并联。并联。当当 时时 落后于落后于 (感性感性)二、并二、并联谐振振 或或志向状况下并联谐振条件志向状况下并联谐振条件非志向状况下的并联谐振非志向状况下的并联谐振同相时则谐振同相时则谐振虚部虚部实部实部则则 、同相同相 虚部虚部=0。谐振条件：谐振条件：非志向状况下并联谐振条件非志向状况下并联谐振条件由上式虚部由上式虚部并联谐振频率并联谐振频率得：得：或或 当当 时时 并联谐振的特点并联谐振的特点 同相。同相。、电路的总阻抗最大。电路的总阻抗最大。定性分析定性分析:Z理想情况下理想情况下 谐振时：谐振时：总阻抗：总阻抗：得：得：代入代入并联谐振电路总阻抗的大小并联谐振电路总阻抗的大小谐振时虚部为零谐振时虚部为零,即即:什么性质什么性质?并联谐振并联谐振 电路总阻抗：电路总阻抗：当当时时所以，纯电感和纯电容并联谐振时，相当于断路。所以，纯电感和纯电容并联谐振时，相当于断路。外加电压一定时，外加电压一定时，总电流最小。总电流最小。Z 外加恒流源外加恒流源 时，时，输出电压最大。输出电压最大。并联支路中的电流可能比总电流大。并联支路中的电流可能比总电流大。支路电流可能支路电流可能 大于总电流大于总电流 电流谐振电流谐振 则则 若若 品质因素品质因素-Q:Q为支路电流和总电流之比。为支路电流和总电流之比。当当 时时,并联谐振特性曲线并联谐振特性曲线 容性容性感性感性思考思考 为什么？为什么？替代后，在谐振替代后，在谐振 频率下放大倍数频率下放大倍数 将提高。该种频将提高。该种频 率的信号得到较率的信号得到较 好的放大，起到好的放大，起到 选频作用。选频作用。并联谐振应用举例并联谐振应用举例 消退噪声消退噪声（三）（三）谐振滤波器谐振滤波器：利用谐振进行选频、滤波利用谐振进行选频、滤波令滤波器工作在噪声频率下，令滤波器工作在噪声频率下，即可消除噪声。即可消除噪声。-信号源信号源-噪声源噪声源已知：已知：接接 收收 网网 络络谐振谐振 滤波器滤波器提取信号提取信号接接 收收 网网 络络谐振谐振 滤波器滤波器令滤波器工作在令滤波器工作在 频率下，频率下，信号即可顺利地到达接收网信号即可顺利地到达接收网 络。络。-信号源信号源-噪声源噪声源已知：已知：分析（一）：抑制噪声分析（一）：抑制噪声信号被滤掉了信号被滤掉了令：令：消退噪声消退噪声提取信号提取信号接接 收收 网网 络络 谐振谐振 滤波器滤波器分析（二）：分析（二）：提取信号提取信号接接 收收 网网 络络 谐振谐振 滤波器滤波器则信号全部降落在接收网络上。则信号全部降落在接收网络上。若在若在下下谐振谐振 滤波器滤波器接接 收收 网网 络络 如果如果 ，网络应如何设计？网络应如何设计？?思索题：思索题：用上页类似的形式，设用上页类似的形式，设计消退噪声、提取信号计消退噪声、提取信号的电路。的电路。