电工与电子技术电子商务电子课件chapter10 正弦稳态电路分析ppt.ppt

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LR+-+-+-等效电路等效电路10.1 10.1 阻抗和导纳阻抗和导纳电路分析 L1/C，X0，z U=5，分电压大于总电压。，分电压大于总电压。-3.4相量图相量图注注10.1 10.1 阻抗和导纳阻抗和导纳电路分析 3.3.导纳导纳正弦稳态情况下正弦稳态情况下Y+-无源无源线性线性+-单位：单位：S导纳模导纳模导纳角导纳角10.1 10.1 阻抗和导纳阻抗和导纳电路分析 对同一二端网络对同一二端网络:当无源网络内为单个元件时有：当无源网络内为单个元件时有：R+-C+-L+-Y可以是实数，也可以是虚数可以是实数，也可以是虚数10.1 10.1 阻抗和导纳阻抗和导纳电路分析 4.RLC并联电路并联电路由由KCL：iLCRuiLiC+-iRj LR+-10.1 10.1 阻抗和导纳阻抗和导纳电路分析 Y 复导纳；复导纳；G电导电导(导纳的实部导纳的实部)；B电纳电纳(导纳的虚部导纳的虚部)；|Y|复导纳的模；复导纳的模；y导纳角。导纳角。转换关系：转换关系：或或G=|Y|cos yB=|Y|sin y导纳三角形导纳三角形|Y|GB y10.1 10.1 阻抗和导纳阻抗和导纳电路分析 （1）Y=G+j(C-1/L)=|Y|y 为复数，故称复导纳；为复数，故称复导纳；（2 2）C 1/L，B0，y0，电路为容性，电流超前电压电路为容性，电流超前电压相量图：选电压为参考向量，相量图：选电压为参考向量，y分析分析 R、L、C 并联电路得出：并联电路得出：三角形三角形IG、IB、I 称为电流三角称为电流三角形，它和导纳三角形相似。即形，它和导纳三角形相似。即RLC并联电路同样会出现分电流大于总电流的现象并联电路同样会出现分电流大于总电流的现象IB10.1 10.1 阻抗和导纳阻抗和导纳电路分析 C1/L ，B0，y0，则，则B0,电路吸收功率；电路吸收功率；p0,0,感性，感性，X0,0，表示网络吸收无功功率；表示网络吸收无功功率；Q0，表示网络发出无功功率。表示网络发出无功功率。Q 的大小反映网络与外电路交换功率的大小。是由储能元的大小反映网络与外电路交换功率的大小。是由储能元件件L、C的性质决定的的性质决定的10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 有功功率，无功功率，视在功率的关系：有功功率，无功功率，视在功率的关系：有功功率有功功率:P=UIcos 单位：单位：W无功功率无功功率:Q=UIsin 单位：单位：var视在功率视在功率:S=UI 单位：单位：VA SPQ功率三角形功率三角形10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 5.R、L、C元件的有功功率和无功功率元件的有功功率和无功功率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=I2XC10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 任意阻抗的功率计算：任意阻抗的功率计算：uiZ+-PZ=UIcos =I2|Z|cos =I2RQZ=UIsin =I2|Z|sin =I2X I2(XL-XC)=QLQC SPQ ZRX相似三角形相似三角形(发出无功发出无功)10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 电感、电容的无功补偿作用电感、电容的无功补偿作用LCRuuLuCi+-+-+-t i0uL当当L发发出出功功率率时时，C刚刚好好吸吸收收功功率率，则则与与外外电电路路交交换换功功率率为为pL+pC。因因此此，L、C的的无无功功具具有有互互相相补补偿偿的作用。的作用。t i0uCpLpC10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 电压、电流的有功分量和无功分量：电压、电流的有功分量和无功分量：(以感性负载为例以感性负载为例)RX+_+_+_ GB+_ 10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 SPQ ZRX相似三角形相似三角形 IIGIB UURUX10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 反映电源和负载之间交换能量的速率。反映电源和负载之间交换能量的速率。无功的物理意义无功的物理意义:例例10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 例例 三表法测线圈参数。三表法测线圈参数。已已知知f=50Hz，且且测测得得U=50V，I=1A，P=30W。解解RL+_ZVAW*方法一方法一10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 方法二方法二 又又方法三方法三10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 已知：电动机已知：电动机 PD=1000W，功率功率因数为因数为0.8，U=220V，f=50Hz，C=30 F。求负载电路的功率因数求负载电路的功率因数。+_DC例例解解10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 6.6.功率因数提高功率因数提高设备容量设备容量 S(额定额定)向负载送多少有功要由负载的阻抗角决定。向负载送多少有功要由负载的阻抗角决定。P=UIcos=Scos S1000kVA负载负载cos =1,P=S=1000kWcos =0.6,P=0.6S=600kW一般用户：一般用户：异步电机异步电机 空载空载 cos =0.20.3 满载满载 cos =0.70.85 日光灯日光灯 cos =0.450.6(1)(1)设备不能充分利用，电流到了额定值，但功率容量还有；设备不能充分利用，电流到了额定值，但功率容量还有；功率因数低带来的问题：功率因数低带来的问题：sin =0.8,Q=0.8S=800kvar电源还需提供无功功率电源还需提供无功功率10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 (2)(2)当输出相同的有功功率时，线路上电流大，当输出相同的有功功率时，线路上电流大，I=P/(Ucos)，线路压降损耗大。，线路压降损耗大。i+-uZ 1 2解决办法：解决办法：（1）高压传输）高压传输 （2）改进自身设备）改进自身设备 （3）并联电容，提高功率因数）并联电容，提高功率因数。10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 分析分析 1 2LRC+_ 并联电容后，原负载的电压和电流不变，吸收的并联电容后，原负载的电压和电流不变，吸收的有功功率和无功功率不变，即：负载的工作状态不变。有功功率和无功功率不变，即：负载的工作状态不变。但电路的功率因数提高了。但电路的功率因数提高了。特点：特点：10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 并联电容的确定：并联电容的确定：补偿容补偿容量不同量不同全全不要求不要求(电容设备投资增加电容设备投资增加,经济效果不明显经济效果不明显)欠欠过过使功率因数又由高变低使功率因数又由高变低(性质不同性质不同)1 210.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 并联电容也可以用功率三角形确定：并联电容也可以用功率三角形确定：1 2PQCQLQ从功率这个角度来看从功率这个角度来看:并并联联电电容容后后，电电源源向向负负载载输输送送的的有有功功UIL cos 1=UI cos 2不不变变，但但是是电电源源向向负负载载输输送送的的无无功功UIsin 2UILsin 1减减少少了了，减减少少的的这这部部分分无无功功就就由由电电容容“产产生生”来来补补偿偿，使使感感性性负负载载吸吸收收的无功不变，而功率因数得到改善。的无功不变，而功率因数得到改善。10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 已知：已知：f=50Hz,U=220V,P=10kW,cos 1=0.6，要使功率因，要使功率因数提高到数提高到0.9,求并联电容求并联电容C，并联前后电路的总电流各并联前后电路的总电流各为多大？为多大？例例解解LRC+_未并电容时：未并电容时：并联电容后：并联电容后：10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析 若要使功率因数从若要使功率因数从0.9再提高到再提高到0.95,试问还应增加多少试问还应增加多少并联电容并联电容，此时电路的总电流是多大？此时电路的总电流是多大？解解显然功率因数提高后，线路上总电流减少，但继续显然功率因数提高后，线路上总电流减少，但继续提高功率因数所需电容很大，增加成本，总电流减小提高功率因数所需电容很大，增加成本，总电流减小却不明显。因此一般将功率因数提高到却不明显。因此一般将功率因数提高到0.9即可。即可。10.4 10.4 正弦稳态电路的功率正弦稳态电路的功率电路分析电路分析 第十章 正弦稳态电路的分析 10.5 复功率电路分析 1.1.复功率复功率负负载载+_定义：定义：复功率也可表示为：复功率也可表示为：10.5 10.5 正弦稳态电路的复功率正弦稳态电路的复功率电路分析 （3 3）复功率满足守恒定理：在正弦稳态下，任一电路的所）复功率满足守恒定理：在正弦稳态下，任一电路的所 有支路吸收的复功率之和为零。即有支路吸收的复功率之和为零。即2.2.结论结论（1 1）是复数，而不是相量，它不对应任意正弦量；是复数，而不是相量，它不对应任意正弦量；（2 2）把把P、Q、S联系在一起它的联系在一起它的实部是平均功率，实部是平均功率，虚部虚部 是无功功率是无功功率，模是视在功率，模是视在功率，辐角是功率因数角辐角是功率因数角；10.5 10.5 正弦稳态电路的复功率正弦稳态电路的复功率电路分析 电路如图，求各支路的复功率。电路如图，求各支路的复功率。例例+_100o A10 j25 5-j15 解一解一10.5 10.5 正弦稳态电路的复功率正弦稳态电路的复功率电路分析 解二解二10.5 10.5 正弦稳态电路的复功率正弦稳态电路的复功率电路分析电路分析 第十章 正弦稳态电路的分析 10.6 最大功率传输电路分析 ZLZi+-Zi=Ri+jXi，ZL=RL+jXL负负载载有有源源网网络络等效电路等效电路10.6 10.6 最大功率传输最大功率传输电路分析 讨论正弦电流电路中负载获得最大功率讨论正弦电流电路中负载获得最大功率Pmax的条件。的条件。(1)ZL=RL+jXL可任意改变可任意改变(a)先设先设RL不变，不变，XL改变改变显然，当显然，当Xi+XL=0，即，即XL=-Xi时，时，P获得最大值获得最大值(b)再讨论再讨论RL改变时，改变时，P的最大值的最大值当当 RL=Ri 时，时，P获得最大值获得最大值综合综合(a)、(b)，可得负载上获得最大功率的条件是：，可得负载上获得最大功率的条件是：ZL=Zi*RL=RiXL=-Xi最佳最佳匹配匹配共轭共轭匹配匹配10.6 10.6 最大功率传输最大功率传输电路分析 (2)若若ZL=RL+jXL只允许只允许XL改变改变 获得最大功率的条件是：获得最大功率的条件是：Xi+XL=0，即，即 XL=-Xi 最大功率为最大功率为(3)若若ZL=RL为纯电阻为纯电阻负载获得的功率为：负载获得的功率为：电路中的电流为：电路中的电流为：模匹配模匹配10.6 10.6 最大功率传输最大功率传输电路分析 电路如图，求（电路如图，求（1）RL=5 时其消耗的功率；时其消耗的功率；（2）RL=?能获得最大功率，并求最大功率；能获得最大功率，并求最大功率；（3）在）在RL两端并联一电容，问两端并联一电容，问RL和和C为多大时能与内为多大时能与内阻抗最佳匹配，并求最大功率。阻抗最佳匹配，并求最大功率。例例 解解+_100o V50 H HRL5 =105rad/s10.6 10.6 最大功率传输最大功率传输电路分析 +_100o V50 H HRL5 =105rad/sC10.6 10.6 最大功率传输最大功率传输电路分析 电路如图，求电路如图，求ZL=?时能获得最大功率，并求最大功率时能获得最大功率，并求最大功率.例例 490o AZLj30 30-j30 ZLZi+-解解10.6 10.6 最大功率传输最大功率传输