单相正弦电路分析(PPT 54).pptx

跳转到第一页跳转到第一页跳转到第一页跳转到第一页随时间按正弦规律变化的电压、电流随时间按正弦规律变化的电压、电流称为正弦电压和正弦电流。表达式为：称为正弦电压和正弦电流。表达式为：)sin(umtUu)sin(imtIi跳转到第一页以正弦电流为例以正弦电流为例)sin(imtIi振幅振幅角频率角频率、和和称为正弦量的的三要素。称为正弦量的的三要素。相位相位初相角初相角: 简称简称初相初相itOImi波形波形跳转到第一页：正弦量单位时间内变化的弧度数正弦量单位时间内变化的弧度数角频率与周期及频率的关系：角频率与周期及频率的关系：fT22：正弦量完整变化一周所需要的时间：正弦量完整变化一周所需要的时间：正弦量在单位时间内变化的周数正弦量在单位时间内变化的周数周期与频率的关系：周期与频率的关系：Tf1跳转到第一页：正弦量表达式中的角度：正弦量表达式中的角度：t=0时的相位时的相位：两个同频率正弦量的相位之差，其：两个同频率正弦量的相位之差，其值等于它们的初相之差。如值等于它们的初相之差。如)sin(umtUu)sin(imtIiiuiutt)()(相位差为：相位差为：跳转到第一页0，u 与 i 同相。0，u 超前 i，或 i滞后 u。，u 与 i 反相。2，u 与 i 正交。(a) u 与 i 同相 (b) u 超前 iu、itOuiu、itOuiu、itOuiu、itOui(c) u 与 i 反相 (d) u 与 i 正交跳转到第一页：让周期电流：让周期电流i和直流电流和直流电流I分分别通过两个阻值相等的电阻别通过两个阻值相等的电阻R，如果在相同的如果在相同的时间时间T内，两个电阻消耗的能量相等，则称该内，两个电阻消耗的能量相等，则称该直流电流直流电流I的值为周期电流的值为周期电流i的有效值。的有效值。根据有效值的定义有：根据有效值的定义有： 周期电流的有效值为：周期电流的有效值为：TdtiTI021TRdtiRTI022跳转到第一页)sin()(imtIti对于正弦电流，因对于正弦电流，因IIdttIImmTimT707.02)(sin0221所以所以为：为：同理，同理，为：为：mmUUU707. 02跳转到第一页相量法是求解正弦稳态电路的简单方法。相量法是求解正弦稳态电路的简单方法。复数复数A可用复平面上的有向线段可用复平面上的有向线段来表示。该有向线段的长度来表示。该有向线段的长度a称称为复数为复数A的的，模总是取正值。，模总是取正值。该有向线段与实轴正方向的夹该有向线段与实轴正方向的夹角角称为复数称为复数A的的。O a1 +1a2 A+ja跳转到第一页根据以上关系式及欧拉公式根据以上关系式及欧拉公式复数复数A的实部的实部a1及虚部及虚部a2与与模模a及辐角及辐角的关系为：的关系为：sin1aa cos2aa 2221aaa12arctgaaO a1 +1a2 A+jaaaejaajaaAjsincos21代数型代数型三角函数型三角函数型指数型指数型极坐标型极坐标型可将复数可将复数A表示成代数型、三角函数型、指表示成代数型、三角函数型、指数型和极坐标型数型和极坐标型4种形式。种形式。sincosjej跳转到第一页121ajaaA221bjbbB复数的四则运算：复数的四则运算：设两复数为：设两复数为：(1)相等。若相等。若a1=b1，a2=b2，则则A=B。(2)加减运算：加减运算：)()(2211bajbaBA(3)乘除运算：乘除运算：)(21)(2121baebabeaeBAjjj)(21)(2121ababebeaeBAjjj跳转到第一页 将复数将复数Imi乘上因子乘上因子1t，其模不变，其模不变，辐角随时间均匀增加。即在复平面上以角速辐角随时间均匀增加。即在复平面上以角速度度逆时针旋转，其在虚轴上的投影等于逆时针旋转，其在虚轴上的投影等于Imsin(t + i )，正好是用正弦函数表示的正正好是用正弦函数表示的正弦电流弦电流i。可见复数。可见复数Imi与正弦电流与正弦电流i=Imsin(t + i )是相互对应的关系，可用复数是相互对应的关系，可用复数Imi来表示正弦电流来表示正弦电流i，记为：记为：imjmmIeIIi并称其为相量。并称其为相量。跳转到第一页ImO +1+ji i O tiIm(a) 以角速度旋转的复数 (b) 旋转复数在虚轴上的投影正弦量正弦量相量相量)sin(imtIiimmII)sin(umtUuummUU)sin(2itIiII)sin(2utUuUU跳转到第一页有效值相量和振幅相量的关系：有效值相量和振幅相量的关系：IIm2UUm2跳转到第一页规则规则2：若：若i1与与 i2为同频率的正弦量，代表它们的相为同频率的正弦量，代表它们的相量分别为量分别为 与与 ，则，则i1 + i2也是同频率的正弦量，其也是同频率的正弦量，其相量为相量为 。1I2I21II：若：若i为角频率为为角频率为的正弦量，代表它的相量的正弦量，代表它的相量为为 ，则，则 也是同频率的正弦量，其相量为也是同频率的正弦量，其相量为 。IdtdiIj：若：若i为正弦量，代表它的相量为为正弦量，代表它的相量为 ，则，则ki也是也是正弦量，代表它的相量为正弦量，代表它的相量为k 。II：若：若i1与与 i2为同频率的正弦量，代表它们的相为同频率的正弦量，代表它们的相量分别为量分别为 与与 ，则，则i1 = i2的充分必要条件是代表它的充分必要条件是代表它们的相量相等，即：们的相量相等，即： 。1I2I21II跳转到第一页ii1i23196. 53061jI)30sin(261ti)60sin(282ti求求i=i1+i2解：解：928. 646082jIA1 .2310928. 3296. 9)928. 64() 3196. 5(21jjjIIIA)1 .23sin(210ti相量图：相量图：3023.1601I2II跳转到第一页在以 下的 推导 过 程中 ，设 元 件两 端的 电 压和流 过元 件的 电流 均采 用关 联参 考方 向。 并 设电压、电流的瞬时表达式分别为：)sin(2)sin(2iutIitUu则代表它们的相量分别为：iuIIUU跳转到第一页电阻元件伏安关系：电阻元件伏安关系：u=Ri根据相量运算的规则根据相量运算的规则1和规则和规则3，有：，有： RIU iuIRURu=ii+u (a) 电阻元件 (b) 相量图IU将uUU、iII代 入 ， 得 ：iuRIU跳转到第一页电感元件伏安关系：电感元件伏安关系：根据相量运算的规则根据相量运算的规则1、规则、规则3和规则和规则4 ，有：，有： dtdiLu IjXILjUL将uUU、iII代入，得：)90(iiuLILIjUIXLIUL90iu：XL=L，与频率成正比。与频率成正比。i Li(a) 电感元件IU+u u(b) 相量图跳转到第一页CUI90uiIjXICjUC1或或：XC=1/C，与频率成反比。与频率成反比。u(a) 电容元件IUii C+u (b) 相量图电感元件伏安关系：电感元件伏安关系：根据相量运算的规则根据相量运算的规则1、规则、规则3和规则和规则4 ，有：，有： dtduCi UCjI将uUU、iII代入上式，得：)90(uuiCUCUjI跳转到第一页0 IKCL：0 UKVL：RL+uAA1A22IU451II例：图示电路，电流表例：图示电路，电流表A1、A2的读的读数均为数均为10A，求电流表求电流表A的读数。的读数。21III解解 ：由由KCL有有作相量图，由相量图得：作相量图，由相量图得：A1 .142101010222221III跳转到第一页452504525 . 0100RIRU452504525 . 0100CCjIjXUV)45100sin(100V)45100sin(100A)45100sin(CRtututiRUU4545CUI +us RiC+uC+uR例：图示例：图示RC串联电路串联电路，R=100，C=100F，us=100 sin100tV，求求i、uR和和uC，并画出相量图。并画出相量图。2解解 ：V0100sU10010100100116CCXCRsUUUIjXUIRUCCRIjXRIjXIRUUU)(CCCRsA4525 . 045210001001001000100CjjXRUIs跳转到第一页 将正弦交流电路中的电压、电流用相将正弦交流电路中的电压、电流用相量表示，元件参数用阻抗来代替。运用基量表示，元件参数用阻抗来代替。运用基尔霍夫定律的相量形式和元件欧姆定律的尔霍夫定律的相量形式和元件欧姆定律的相量形式来求解正弦交流电路的方法称为相量形式来求解正弦交流电路的方法称为。运用相量法分析正弦交流电路时，。运用相量法分析正弦交流电路时，直流电路中的结论、定理和分析方法同样直流电路中的结论、定理和分析方法同样适用于正弦交流电路。适用于正弦交流电路。跳转到第一页定义无源二端网络端口电压相量和端口电定义无源二端网络端口电压相量和端口电流相量的比值为该无源二端网络的阻抗，流相量的比值为该无源二端网络的阻抗，并用符号并用符号Z表示，即：表示，即：mmIUZIUZZ+U无源二端网络+UII(a) 无源二端网络 (b) 等效电路或或跳转到第一页mmIZUIZU或或称为欧姆定律的相量形式。称为欧姆定律的相量形式。电阻、电感、电容的阻抗：电阻、电感、电容的阻抗：CjjXZLjjXZRZ1CCLLRRI+U I jXL+U I jXC+U 将所有元件以相将所有元件以相量形式表示：量形式表示：跳转到第一页zZjXRZ|电阻电阻电抗电抗阻抗模阻抗模阻抗角阻抗角22|XRZRXzarctgzZRcos| zZXsin| )(iuiuIUIUIUZmmIUIUZ |iuz0z0z0z跳转到第一页CjXC的阻抗的阻抗LXLj的阻抗的阻抗R R的阻抗的阻抗u，i ， 相量相量UI 将所有元件以相量形式表示：将所有元件以相量形式表示：+u+uL+ uR uC +RLCi(a) RLC 串联电路 (b) 相量模型+U+LU+ RU CU +R jXLjXCI跳转到第一页jXRXXjRZZZZ)(CLCLRIjXUIjXUIRUCCLLRIZIXXjRUUUU)(CLCLR+ RU +U+LU CU +R jXLjXCI2CL22CL2R)()(XXRIUUUU由欧姆定律：由欧姆定律：由由KVL：RXXRXiiziuCLarctgarctg跳转到第一页LUCURUUICULUCUURUILULUCURUUICU (a) X 0 (b) X 0，0z，电路呈感性。（2）当CL1时，X R，故故UL=UCUR=U，即电即电感和电容上的电压远远高于电路的端电压。感和电容上的电压远远高于电路的端电压。跳转到第一页RLi+uC i1iCLjRZ1，LjZC1CjLjRCjLjRZZZZZ11)(C1C1RL ，)1(11LCjLRCCjLjRCLZ跳转到第一页 谐振时，阻抗的虚部为零，故有：0100LC 谐振角频率为：LC10 谐振频率为：LCf210 在RL 的情况下，并联谐振电路与串联谐振电路的谐振频率相同。并联谐振时，0，电压与电流同相，阻抗为RCLZ ，阻抗的模最大，在外加电压一定时，电路的总电流最小。