电路原理第九章正弦稳态电路的分析精.ppt

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1、电路原理第九章正弦稳态电路的分析第1页，本讲稿共58页9.1 阻抗和导纳阻抗和导纳1.阻抗阻抗Z+-无源线性+-单位：单位：阻抗模阻抗模阻抗角阻抗角相量形式的欧姆定律下 页上 页第2页，本讲稿共58页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，也可以是复数可以是实数，也可以是复数C+-L+-下 页上 页第3页，本讲稿共58页2.RLC串联电路串联电路由由KVLLCRuuLuCi+-+-+-+-uR下 页上 页j LR第4页，本讲稿共58页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

2、抗角。阻抗角。转换关系转换关系或或阻抗三角形阻抗三角形下 页上 页|Z|RX第5页，本讲稿共58页分析分析 R、L、C 串联电路得出：串联电路得出：（1）Z=Rj(L1/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，Z 0，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：选电流为参考向量，设相量图：选电流为参考向量，设三角形三角形UR、UX、U 称为电压三称为电压三角形，它和阻抗三角形相似。即角形，它和阻抗三角形相似。即ZUX等效电路R+-+-+-下 页上 页第6页，本讲稿共58页（3 3）L1/C，X0，Z U=5，分电压大于总电压。，分电压大于总电

3、压。-3.4相量图相量图下 页上 页注注第9页，本讲稿共58页3.导纳导纳Y+-单位：单位：S导纳模导纳模导纳角导纳角下 页上 页无源线性+-第10页，本讲稿共58页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，也可以是复数可以是实数，也可以是复数下 页上 页第11页，本讲稿共58页4.RLC并联电路并联电路由由KCL：iLCRuiLiC+-iL下 页上 页j LR+-第12页，本讲稿共58页Y 复导纳；复导纳；G 电导分量；电导分量；B 电纳分量；电纳分量；|Y|导纳模；导纳模；y 导纳角。导纳角。转换关系：转换关系：

4、或或导纳三角形导纳三角形|Y|GB y下 页上 页第13页，本讲稿共58页（1）Y=G+j(C-1/L)=|Y|y 为复数为复数，故称复导纳；，故称复导纳；（2 2）C 1/L，B 0，y 0，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：电流三角形电流三角形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等效电路下 页上 页G+-第14页，本讲稿共58页（3 3）C 1/L，B0，y 0，则，则B 0，即仍为感性。，即仍为感性。注注下 页上 页ZRj

5、XGjBY第16页，本讲稿共58页例例RL串联电路如图，求在串联电路如图，求在 106 rad/s时的等效并联电路。时的等效并联电路。解解RL串联电路的阻抗为：串联电路的阻抗为：0.06mH50下 页上 页第17页，本讲稿共58页9.2 阻抗（导纳）的串联和并联阻抗（导纳）的串联和并联Z+-分压公式Z1+Z2Zn1.阻抗的串联阻抗的串联下 页上 页第18页，本讲稿共58页分流公式2.导纳的并联导纳的并联Y1+Y2YnY+-两个阻抗两个阻抗 Z1、Z2 的并联等效阻抗为：的并联等效阻抗为：下 页上 页第19页，本讲稿共58页例例求图示电路的等效阻抗，求图示电路的等效阻抗，105 rad/s。解解

6、感抗和容抗为：感抗和容抗为：1mH301000.1FR1R2下 页上 页第20页，本讲稿共58页例例图示电路对外呈现感性还是容性？图示电路对外呈现感性还是容性？解解等效阻抗为：等效阻抗为：33j6j45下 页上 页X0,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；Q 0，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。下 页上 页第38页，本讲稿共58页有功，无功，视在功率的关系：有功，无功，视在功率的

7、关系：SPQ功率三角形功率三角形下 页上 页有功功率:单位：W无功功率:单位：var视在功率:单位：VA第39页，本讲稿共58页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+-iuL+-iuC+-下 页上 页第40页，本讲稿共58页任意阻抗的功率计算任意阻抗的功率计算uiZ+-下 页上 页第41页，本讲稿共58页电压、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+_下 页上 页第42页，本讲稿共58页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)向负载送多少有功功率要由负载的向负载送多少有功功

8、率要由负载的阻抗角决定。阻抗角决定。S75kVA负载异步电机异步电机 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)设备不能充分利用设备不能充分利用功率因数低带来的问题功率因数低带来的问题下 页上 页第43页，本讲稿共58页(2)(2)线路压降损耗大线路压降损耗大解决办法：解决办法：（1 1）高压传输）高压传输 （2 2）改进设备）改进设备 （3 3）并联电容，提高功率因数）并联电容，提高功率因数 。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。下 页上 页第44页，本讲稿共58页分析分析12

9、LR+_ 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。特点特点下 页上 页C第45页，本讲稿共58页补偿容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)12下 页上 页并联电容的确定并联电容的确定第46页，本讲稿共58页12PQCQLQ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功功率率U

10、ILcos 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功功率率UIsin 2减减少少了了，减减少少的的这这部部分分无无功功功功率率是是由由电电容容“产产生生”的的无无功功功功率率来来补补偿偿的的，使感性负载吸收的无功功率不变，而功率因数得到改善。使感性负载吸收的无功功率不变，而功率因数得到改善。下 页上 页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从功率角度来看从功率角度来看第47页，本讲稿共58页已知：已知：f=50Hz,U=220V,P=10kW,cos 1=0.6，要使功率要使功率因数提高到因数提高到0.9,求并联电容求并联电容C，并

11、联前后电路的总电流并联前后电路的总电流各为多大？各为多大？LRC+_未并电容时：未并电容时：并联电容后：并联电容后：下 页上 页例例解解第48页，本讲稿共58页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？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。下 页上 页

12、解解第49页，本讲稿共58页（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 页第50页，本讲稿共58页9.6 复功率复功率1.1.复功率复功率负载+_定义：定义：复功率也可表示为：复功率也可表示为：下 页上 页第51页，本讲稿共58页（3 3）复复功功率率满满足足守守恒恒定定理理：在在正正弦弦稳稳态态下下，任任一一电电路路的的所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.结论结论（1）是复数，而不是相量，它不对应任意正弦量；（2）把P、Q、S

13、 联系在一起，它的实部是平均功率，虚部是无功功率，模是视在功率；下 页上 页第52页，本讲稿共58页电路如图，求各支路的复功率。电路如图，求各支路的复功率。+_100o A10j255-j15下 页上 页例例解一解一第53页，本讲稿共58页解二解二下 页上 页+_100o A10j255-j15第54页，本讲稿共58页9.7 最大功率传输最大功率传输ZLZi+-Zi=Ri+jXi，ZL=RL+jXL负载有源网络等效电路下 页上 页第55页，本讲稿共58页讨论正弦交流电路中负载获得最大功率讨论正弦交流电路中负载获得最大功率P Pmaxmax的条件。的条件。(1)ZL=RL+jXL可任意改变可任意

14、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最佳匹配下 页上 页第56页，本讲稿共58页(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(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 页第57页，本讲稿共58页电路如图，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。上 页例例解解ZL30+-第58页，本讲稿共58页