第九章阻抗和导纳PPT讲稿.ppt

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1、第九章阻抗和导纳第1页，共80页，编辑于2022年，星期三9.1 9.1 阻抗和导纳阻抗和导纳1.1.阻抗阻抗正弦稳态情况下正弦稳态情况下Z+-无源无源线性线性+-单位：单位：阻抗模阻抗模阻抗角阻抗角欧姆定律的相量形式下 页上 页返 回第2页，共80页，编辑于2022年，星期三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+-Z可以是实数，也可以是虚数可以是实数，也可以是虚数C+-L+-下 页上 页返 回第3页，共80页，编辑于2022年，星期三2.2.RLC串联电路串联电路由由KVL：LCRuuLuCi+-+-+-+-uRj LR+-+-+-+-下 页上 页返 回第4页，共80页

2、，编辑于2022年，星期三Z 复阻抗；复阻抗；R电阻电阻(阻抗的实部阻抗的实部)；X电抗电抗(阻抗的虚部阻抗的虚部)；|Z|复阻抗的模；复阻抗的模；z 阻抗角。阻抗角。转换关系：转换关系：或或R=|Z|cos zX=|Z|sin z阻抗三角形阻抗三角形|Z|RX z下 页上 页返 回第5页，共80页，编辑于2022年，星期三分析分析 R、L、C 串联电路得出：串联电路得出：（1）Z=R+j(L-1/C)=|Z|z为复数，故称复阻抗为复数，故称复阻抗（2 2）L 1/C，X0，z0，电路为感性，电压领先电流；电路为感性，电压领先电流；相量图：相量图：选电流为参考向量，选电流为参考向量，三角形三角

3、形UR、UX、U 称为电压三角称为电压三角形，它和阻抗三角形相似。即形，它和阻抗三角形相似。即 zUXj LR+-+-+-等效电路等效电路下 页上 页返 回第6页，共80页，编辑于2022年，星期三 L1/C，X0，z U=5，分电压大于总电压。，分电压大于总电压。-3.4相量图相量图注注下 页上 页返 回第9页，共80页，编辑于2022年，星期三3.3.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下 页上 页返 回第10页，共80页，编辑于2022年，星期三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

4、时有：R+-C+-L+-Y可以是实数，也可以是虚数可以是实数，也可以是虚数下 页上 页返 回第11页，共80页，编辑于2022年，星期三4.RLC并联电路并联电路由由KCL：iLCRuiLiC+-iLj LR+-下 页上 页返 回第12页，共80页，编辑于2022年，星期三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 y下 页上 页返 回第13页，共80页，编辑于2022年，星期三（1）Y=G+j(C-1/

5、L)=|Y|y 数，故称复导纳；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IR、IB、I 称为电流三角形，称为电流三角形，它和导纳三角形相似。即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IB下 页上 页返 回第14页，共80页，编辑于2022年，星期三 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

6、无功功率；表示网络吸收无功功率；Q L)后后，加上电压加上电压u，则电压线圈中的电流近似为则电压线圈中的电流近似为i2 u/R。下 页上 页返 回第58页，共80页，编辑于2022年，星期三指指针针偏偏转转角角度度(由由M 确确定定)与与P 成成正正比比，由由偏偏转转角角(校校准准后后)即可测量平均功率即可测量平均功率P。使用功率表应注意：使用功率表应注意：(1)(1)同同名名端端：在在负负载载u,i关关联联方方向向下下，电电流流i从从电电流流线线圈圈“*”“*”号号端端流流入入，电电压压u正正端端接接电电压压线线圈圈“*”“*”号号端端，此此时时P表表示示负负载吸收的功率。载吸收的功率。(2

7、)量程：量程：P 的量程的量程=U 的量程的量程 I 的量程的量程 cos (表的表的)测量时，测量时，P、U、I 均不能超量程。均不能超量程。下 页上 页返 回第59页，共80页，编辑于2022年，星期三例例 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*方法一方法一下 页上 页返 回第60页，共80页，编辑于2022年，星期三方法二方法二 又又方法三方法三下 页上 页返 回第61页，共80页，编辑于2022年，星期三已知：电动机已知：电动机 PD=1000W，U=220，f=50Hz，C=30 F。求负载电路的

8、功率因数求负载电路的功率因数。+_DC例例解解下 页上 页返 回第62页，共80页，编辑于2022年，星期三6.6.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 S75kVA负载负载cos =1,P=S=75kWcos =0.7,P=0.7S=52.5kW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

9、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：下 页上 页返 回第63页，共80页，编辑于2022年，星期三(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 3）并联电容，提高功率因数）并联电容，提高功率因数 。下 页上 页返 回第64页，共80页，编辑于2022年，星期三分析分析 1 2LRC+_ 并联电容后，原负载的电压和电流不变，吸收的有功并联电容后，原负载的电压和电流不变

10、，吸收的有功功率和无功功率不变，即：负载的工作状态不变。但电路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。的功率因数提高了。特点：特点：下 页上 页返 回第65页，共80页，编辑于2022年，星期三并联电容的确定：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 2下 页上 页返 回第66页，共80页，编辑于2022年，星期三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

11、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的无无功功不不变变，而而功功率因数得到改善。率因数得到改善。下 页上 页返 回第67页，共80页，编辑于2022年，星期三已知：已知：f=50Hz,U=220V,P=10kW,cos 1=0.6，要使功率因数提高，要使功率因数提高到到0.9,求并联电容求并联电容C，并联前后电路的

12、总电流各为多大？并联前后电路的总电流各为多大？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：下 页上 页返 回第68页，共80页，编辑于2022年，星期三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,试问还应增加多少并联电试问还应增加多少并联电容容，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，但继续提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，总电流减小却不明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显。因此一般将功率因数提高到0.9即可。

13、即可。下 页上 页返 回第69页，共80页，编辑于2022年，星期三（2）能否用串联电容的方法来提高功率因数能否用串联电容的方法来提高功率因数cos?思考题思考题（1 1）是否并联电容越大，功率因数越高？）是否并联电容越大，功率因数越高？下 页上 页返 回第70页，共80页，编辑于2022年，星期三9.6 9.6 9.6 9.6 复功率复功率复功率复功率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：下 页上 页返 回第71页，共80页，编辑于2022年，星期三（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

14、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联系在一起它的实部是平均功率，虚部联系在一起它的实部是平均功率，虚部 是是 无功功率，模是视在功率；无功功率，模是视在功率；下 页上 页返 回第72页，共80页，编辑于2022年，星期三电路如图，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 解一解一下 页上 页返 回第73页，共80页，编辑于2022年，星期三解二解二下 页上 页返 回第74页，共80页，编

15、辑于2022年，星期三9.7 9.7 9.7 9.7 最大功率传输最大功率传输最大功率传输最大功率传输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下 页上 页返 回第75页，共80页，编辑于2022年，星期三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)先先设设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

16、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最佳匹配下 页上 页返 回第76页，共80页，编辑于2022年，星期三(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：模匹配下 页上 页返 回第77页，共80页，编辑于2022年，星期三电路如图，求（电路如图，求（1）RL=5 时其消耗的功率；时其消

17、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/s下 页上 页返 回第78页，共80页，编辑于2022年，星期三+_100o V50 H HRL5 =105rad/sC下 页上 页返 回第79页，共80页，编辑于2022年，星期三电路如图，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+-解解下 页上 页返 回第80页，共80页，编辑于2022年，星期三