中国矿业大学本科第9章正弦电路汇总优秀PPT.ppt

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1、下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 第第9章章 正弦稳态电路的分析正弦稳态电路的分析 9.19.1 复阻抗与复导纳复阻抗与复导纳复阻抗与复导纳复阻抗与复导纳9.29.2 正弦电流电路的功率正弦电流电路的功率正弦电流电路的功率正弦电流电路的功率9.39.3 正弦电流电路的计算正弦电流电路的计算正弦电流电路的计算正弦电流电路的计算9.49.4 正弦电流电路的串联谐振正弦电流电路的串联谐振正弦电流电路的串联谐振正弦电流电路的串联谐振9.59.5 正弦电流电路的并联谐振正弦电流电路的并联谐振正弦电流电路的并联谐振正弦电流电路的并联谐振9.69.6 最大功率传输最大功率传输最大功率传输最大功率传输下

2、一页下一页章目录章目录 上一页上一页本章要求本章要求本章要求本章要求:1.1.1.1.阻抗与导纳；阻抗与导纳；阻抗与导纳；阻抗与导纳；2.2.正弦稳态电路的分析；正弦稳态电路的分析；正弦稳态电路的分析；正弦稳态电路的分析；3.3.正弦稳态电路的功率分析；正弦稳态电路的功率分析；正弦稳态电路的功率分析；正弦稳态电路的功率分析；4.4.串、并联谐振的概念、特点串、并联谐振的概念、特点串、并联谐振的概念、特点串、并联谐振的概念、特点。第第9 9章章 正弦稳态电路的分析正弦稳态电路的分析下一页下一页章目录章目录 上一页上一页1.1.定义定义定义定义9.1 复阻抗与复导纳复阻抗与复导纳一一一一.复阻抗复

3、阻抗复阻抗复阻抗 线性无源一端口线性无源一端口N No o在正弦激励下处于稳态时，端口电压相量在正弦激励下处于稳态时，端口电压相量与电流相量与电流相量的比值定义为该一端口的的比值定义为该一端口的复阻抗复阻抗 Z Z，即：，即：单单位位为为Z+-No+-复阻抗不表示正弦复阻抗不表示正弦复阻抗不表示正弦复阻抗不表示正弦量，所以量，所以量，所以量，所以Z Z不带点。不带点。不带点。不带点。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页1.1.单一元件的复阻抗：单一元件的复阻抗：单一元件的复阻抗：单一元件的复阻抗：+R+单位：单位：单位：单位：下一页下一页章目录章目录 上一页上一页2.2.复阻抗串、并联计算复

4、阻抗串、并联计算复阻抗串、并联计算复阻抗串、并联计算 串联串联串联串联例：例：例：例：并联并联并联并联Z Z1 1+Z Z2 2Z Z+R RZ Z下一页下一页章目录章目录 上一页上一页例：例：例：例：Z Z1 1+Z Z2 2Z ZZ ZR R3.3.复阻抗的意义复阻抗的意义复阻抗的意义复阻抗的意义下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 Z Z的模的模的模的模反映了反映了反映了反映了U U、I I（有效值）之比（有效值）之比（有效值）之比（有效值）之比 Z Z的辐角的辐角的辐角的辐角电压、电流的相位差电压、电流的相位差电压、电流的相位差电压、电流的相位差与无源电阻网络类似与无源电阻网络类似与

5、无源电阻网络类似与无源电阻网络类似Z Z+RLCRLC组合组合组合组合+阻抗三角形阻抗三角形|Z|RXj j复阻抗模复阻抗模阻抗角阻抗角电电阻阻电电抗抗下一页下一页章目录章目录 上一页上一页No 内部内部为为 RLC 串串联电联电路路时时的复阻抗的复阻抗 Z 为为:j LR+_+_依据依据依据依据 的大小可推断网络的性质的大小可推断网络的性质的大小可推断网络的性质的大小可推断网络的性质感性感性感性感性容性容性容性容性下一页下一页章目录章目录 上一页上一页思索：思索：思索：思索：假如电路中各元件之值已确定，该电路的假如电路中各元件之值已确定，该电路的假如电路中各元件之值已确定，该电路的假如电路中

6、各元件之值已确定，该电路的 性质是否已经确定？性质是否已经确定？性质是否已经确定？性质是否已经确定？不定。不定。不定。不定。Z=Z=实实实实 +j+j虚虚虚虚 =R+jX=R+jX X X与电源频率有关。与电源频率有关。与电源频率有关。与电源频率有关。单一元件的复阻抗：单一元件的复阻抗：单一元件的复阻抗：单一元件的复阻抗：二二二二.复导纳复导纳复导纳复导纳+R+1.1.定义定义定义定义下一页下一页章目录章目录 上一页上一页+2.2.复导纳串、并联计算复导纳串、并联计算复导纳串、并联计算复导纳串、并联计算 串联串联串联串联Y Y1 1+Y Y2 2Y Y 并联并联并联并联Y Y1 1+Y Y2

7、2Y Y下一页下一页章目录章目录 上一页上一页Y YR R三复阻抗与复导纳的等效转换三复阻抗与复导纳的等效转换三复阻抗与复导纳的等效转换三复阻抗与复导纳的等效转换无源无源无源无源线性线性线性线性+G G-jB-jBR RjXjX下一页下一页章目录章目录 上一页上一页1 1已知：已知：已知：已知：R R、X X,求：求：求：求：G G、B B。2 2已知：已知：已知：已知：G G、B B ，求求求求:R R、X X。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页例例例例1 1：图示电路，图示电路，图示电路，图示电路，已知已知已知已知u u=100 cos5000t v,=100 cos5000t v,R

8、 R=15=15，L L=12mH=12mH，C C=5=5 F F，求，求，求，求:i i、u uc c 、u uL L；若：若：若：若：u=100u=100 cos2500t vcos2500t v，求求求求:i i、u uc c 、u uL L。C CR RL L+R R+解：解：解：解：作出相量模型作出相量模型作出相量模型作出相量模型下一页下一页章目录章目录 上一页上一页容性容性容性容性下一页下一页章目录章目录 上一页上一页小结：小结：小结：小结：由由由由5000500025002500，电路由感性，电路由感性，电路由感性，电路由感性容性，说明电路容性，说明电路容性，说明电路容性，说明

9、电路性质不仅与性质不仅与性质不仅与性质不仅与R R、L L、C C有关，且与电源频率有关。有关，且与电源频率有关。有关，且与电源频率有关。有关，且与电源频率有关。相量图相量图相量图相量图 作各元件电压关系相量图，得到电压三角形。作各元件电压关系相量图，得到电压三角形。作各元件电压关系相量图，得到电压三角形。作各元件电压关系相量图，得到电压三角形。电压三角形电压三角形电压三角形电压三角形下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 阻抗三角形阻抗三角形阻抗三角形阻抗三角形 由电压三角形各边除以由电压三角形各边除以由电压三角形各边除以由电压三角形各边除以I I的阻抗三角形。的阻抗三角形。的阻抗三角形。的

10、阻抗三角形。例例例例2 2：已知已知已知已知I I1 1=3A=3A，I I2 2=4A=4A，求，求，求，求I I。解：由电流三角形可以得到解：由电流三角形可以得到解：由电流三角形可以得到解：由电流三角形可以得到R R+下一页下一页章目录章目录 上一页上一页R R+解：解：解：解：例例例例3 3：已知已知已知已知I I1 1=6A=6A，I I2 2=8A=8A，R=XR=XL L ，求，求，求，求I I。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页11-2 11-2 11-2 11-2 正弦电流电路的功率正弦电流电路的功率正弦电流电路的功率正弦电流电路的功率 一、一、单一元件的功率单一元件的功率

11、 瞬时功率瞬时功率1 1、电阻元件的功率电阻元件的功率无源一端口网络吸取的功率无源一端口网络吸取的功率(u,i 关联关联)无无源源+ui_下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 平均功率（有功、有用功率）平均功率（有功、有用功率）（瓦）（瓦）(cos2t在一周期内的平均值为在一周期内的平均值为0 0）2 2、电感元件功率、电感元件功率 LuLiL 瞬时功率瞬时功率下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 平均功率平均功率 在在0 0 吸收能量，吸收能量，放出能量放出能量不消耗功率不消耗功率t tp pu uL Li iL L电感是储能元件，不消耗功率。电感是储能元件，不消耗功率。电感与电源一周期

12、内进行两次能电感与电源一周期内进行两次能量交换。量交换。无功功率无功功率Q QL L 无功功率：电感与电源进行能量交换的最大速度，无功功率：电感与电源进行能量交换的最大速度，即瞬时功率的最大值。即瞬时功率的最大值。Q QL L=U=UL LI IL L=I=IL L2 2X XL L （单位：（单位：VarVar乏）乏）下一页下一页章目录章目录 上一页上一页3 3、电容元件的功率、电容元件的功率 +瞬时功率瞬时功率与电感类似，一周期内与电路进行两次能量交换与电感类似，一周期内与电路进行两次能量交换 平均功率平均功率 不消耗功率不消耗功率下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 无功功率无功功率Q

13、C“-”号号的的意意义义：电电容容和和电电感感在在同同一一串串联联电电路路中中的的同同一一时时刻刻，一一个个是是放放出出能能量量，一一个个是是吸吸取取能能量量,具具有有无无功功补偿补偿作用。作用。LCRuuLuCi+-+-+-i tOuLuCpLpC当当L发发出出功功率率时时，C 刚刚好好吸吸取取功功率率，则则与与外外电电路路交交换换功率为功率为pL+pC。因此，。因此，L、C的无功具有相互补偿的作用。的无功具有相互补偿的作用。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页实际的电路是实际的电路是R R、L L、C C困难连接而成的。困难连接而成的。此时电路的功率状况如何计算？此时电路的功率状况如何计

14、算？二、正弦无源二端网络的功率二、正弦无源二端网络的功率 有功功率守恒有功功率守恒 1 1、应用功率守恒定律求解应用功率守恒定律求解 电路的电路的 （K K电阻个数）电阻个数）无功功率守恒无功功率守恒 电路的电路的 (K(K电路中电感、电容的个数电路中电感、电容的个数)R.L.CR.L.C+-U U即全部电阻上的有功功率之和。即全部电阻上的有功功率之和。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页2 2、由端口电压、电流关系求解由端口电压、电流关系求解（等效复阻抗来求解）（等效复阻抗来求解）即复阻抗的辐角（阻抗角）即复阻抗的辐角（阻抗角）瞬时功率瞬时功率能量交换能量交换能量消耗能量消耗RR、L L、

15、C C电路，电路，端口端口u u、i i必然存在相应差必然存在相应差下一页下一页章目录章目录 上一页上一页（2）平均功率）平均功率 有功功率的计算有两种方法有功功率的计算有两种方法 与与 同相位的分量，与电压同相的那部分电流才产生有功功率。同相位的分量，与电压同相的那部分电流才产生有功功率。（3）无功功率）无功功率Q 可理解为与电压垂直的那部分电流重量产生无可理解为与电压垂直的那部分电流重量产生无功功率。功功率。电流无功分量电流无功分量 所有电阻消耗的有功功率之和所有电阻消耗的有功功率之和 式中式中 ：功率因数：功率因数 ：电流的有功分量。：电流的有功分量。下一页下一页章目录章目录 上一页上一

16、页（4）视在功率）视在功率S S=UI 单位单位:VA S=由电压三角形由电压三角形（5）复功率）复功率 前面已探讨了前面已探讨了把功率三角形放在复平面。把功率三角形放在复平面。功率的复数形式叫复功率功率的复数形式叫复功率,功率三角形功率三角形下一页下一页章目录章目录 上一页上一页注意注意:复功率复功率 与端口电压电流相量的关系与端口电压电流相量的关系 可以证明：可以证明：=复功率守恒复功率守恒而而视在功率视在功率S不守恒不守恒式中式中 是电流相量是电流相量 的共轭复数的共轭复数下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 一台发电机（电源）一台发电机（电源）,S=UI（伏安）是否全部用于做功，要（

17、伏安）是否全部用于做功，要看负载状况：看负载状况：纯电阻纯电阻R 提高设备利用率提高设备利用率 1、为什么提高为什么提高三、三、提高功率因数提高功率因数用来能量交换用来能量交换纯电感纯电感R、L、C串联串联式中式中:为为功率因数，功率因数，为为功率因数角即电源电压与功率因数角即电源电压与电流的相位差角。电流的相位差角。反映了电源的利用率。反映了电源的利用率。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页为了满足为了满足6个工厂的用电个工厂的用电,则则 =120000 kvA 需增加设备容量。需增加设备容量。削减线路的损耗削减线路的损耗 例：例：一台发电机一台发电机 S=75000 kvA 可供可供6个

18、用电个用电10000kw的工厂的工厂 不能满足用的不能满足用的6个工厂个工厂 P确定确定，U不变时不变时 I决定于决定于 ，减小，减小，I增大，则增大，则 RLI2（线路损耗）就（线路损耗）就增大。增大。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 用同步机供应超前电压的电流，抵消电感的作用。用同步机供应超前电压的电流，抵消电感的作用。R R+2、低的原因低的原因 存在电压电流相位差。实际上，负载不是纯电阻，而是感性负存在电压电流相位差。实际上，负载不是纯电阻，而是感性负载造成负载电流落后电压载造成负载电流落后电压 角。角。3、提高提高 的方法的方法 并联电容并联电容C，提高，提高 。P=UI =U

19、I有功有功 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页并联电容：并联电容：P=UI有功有功 不变不变 电路的总电流电路的总电流 0.707对于,有时，对于,有时，可以看出，=,当Q值很大时，两峰值向谐振频率接近。作业：11-16、11-27、11-19 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页11-5 正弦电流电路的并联谐振分析方法同串联谐振本节分析实际电感线圈与电容并联组成的谐振电路。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页一、并联谐振由L、C并联组成的电路，当端口电压和电流同相位 并联谐振 二、谐振条件与固有谐振频率1、谐振条件条件即下一页下一页章目录章目录 上一页上一页2、谐振频率谐振时得在电路

20、参数确定的条件下，变更激励源的频率能否达到谐振，要看式中根号内的值是正还是负而定。当 即 为实数，此时电路发生谐振，有一个谐振角频率。当 时，为虚数，电路不行能发生谐振。谐振频率 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页三、谐振时电路的特性1、谐振时复导纳最小，相当于纯电阻。2、输入阻抗达最大3、端电压下一页下一页章目录章目录 上一页上一页4、各支路电流设则相量图并联谐振时，和的虚部（无功重量）之和为零。因此，并联谐振也称电流谐振。5、当很大时，阻抗模很大。在电流源供电时，很大，且、比大很多。）下一页下一页章目录章目录 上一页上一页四、谐振的意义1、电压电流同相，此时为谐振频率。2、电容上电压最

21、大时的频率谐振频率。有差别。当Q很大时，差别不大。作业：例11-14 自学页下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 11-6 最大功率传输在实际问题中，须要探讨负载在什么条件下获得最大功率，这类问题可以归结为一个端口向负载输送功率的问题。在直流电路中 时获得最大功率在沟通电路中端口的开路电影相量为戴维南等效阻抗为负载等效阻抗下一页下一页章目录章目录 上一页上一页负载吸取功率能否获max取决于电路参数，一般、定，、变此时获最大功率。条件得，条件为即这一条件称最佳匹配，此时的最大功率为这时电路处于串联谐振。最大功率传输是指在电源确定的状况下，负载变动，电源输出的功率最大。下一页下一页章目录章目录

22、上一页上一页作作业：11-29、11-30 例例P345 11-15、11-16自学自学下一页下一页章目录章目录 上一页上一页人有了学问，就会具备各种分析实力，人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。鼓舞我们前进。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页