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1、2.2.1 单一参数交流电路的分析计算,一.电阻电路,由欧姆定律:,设:,则:,1.电压与电流的响应,u i 响应,1)频率相同,2)相位相同,4)相量关系式:设,3)有效值:,或,2.电阻电路中的功率,1)瞬时功率p,小写,2)平均功率:一个周期内瞬时功率的平均值P,大写,基本关系式,设:,设:,电压与电流的响应:,小结:u-i 之关系,感抗,XL 是频率的函数,(单位::rad/s L:H XL:),感抗XL,4)相量关系式,设:,小结:u-i 之关系,2.电感电路中的功率,1)瞬时功率(p),电感元件的瞬时功率随时间以 变化。,能量转换过程可逆!,2)平均功率P(也称为有功功率),结论:
2、理想电感不消耗能量,只有能量的吞吐。,3)无功功率Q,单位:var乏、kvar千乏(乏:伏安),(反映电感元件与电源进行能量交换的规模),定义:电感的瞬时功率所能达到的最大值。,基本关系式:,设:,三.电容电路,容抗XC,是频率的函数,(单位::rad/s C:f XL:),设,4)相量关系式,则:,1)瞬时功率p,2.电容电路中的功率,2)平均功率P,3)无功功率Q,能量转换过程可逆!,小结:单一参数交流电路,1.复数形式的欧姆定律,电阻电路:,电感电路:,电容电路:,3.单一参数正弦交流电路的分析计算汇总,电路参数:,电路图(正方向),R,i,L,单一参数正弦交流电路的分析计算汇总,电路参
3、数,电路图(正方向),单一参数正弦交流电路的分析计算汇总,C,i,电路参数,电路图(正方向),2.2.2 RLC串联交流电路,一.电压与电流的响应,则:,1.相量方程式,相量表达式:,R:复数阻抗的实部,为电阻。,j(XL-XC):复数阻抗的虚部,为电抗。,复数阻抗,*复数阻抗的模也可由电压、电流有效值之比求得。,复阻抗的幅角等于电压与电流的初相位之差。,*当(f一定)电路参数确定后,电压与电流间的相位差也就确定了。,复阻抗的幅角,2.相量图-电压与电流间的关系,相量图,各部分电压之间的关系,-电压三角形,复数阻抗的实部电阻,与虚部电抗间的关系-阻抗三角形,1.瞬时功率,二.功率计算,设u领先
4、i(电感性电路),瞬时功率,2.有功功率(平均功率)P,3.无功功率Q,储能元件L、C虽然不消耗能量,但与电源有能量交换(能量吞吐),吞吐的规模用无功功率来表示。,电路与电源之间的能量交换,L、C 的瞬时功率相互补偿,但不一定完全补偿,多余部分(差值)再与交源交换。即:无功功率 Q QL+(-QC),单位:VA(伏安)、KVA(千伏安),-功率三角形,5.有功、无功与视在功率间的关系,电压三角形,2.2.3 复杂交流电路的计算,一.从R-L-C串联电路计算中得到的启示,-相量形式的欧姆定律,二.复杂交流电路的计算方法,已知:UAB=100 V I1=10A R=5 XL=5 XC1=10,求:
5、i=?u=?,串并联交流电路的计算,首先选择参考相量(设初相位为零的正弦量)。,选择参考相量的原则:一般串联电路以电流作参考相量,并联电路以电压作参考相量,既有串联又有并联的电路以并联部分电路的电压作参考相量。,分析:,已知:UAB=100 V I1=10A R=5 XL=5 XC1=10,求:i=?u=?,思路:,求:i=?u=?,解:,相量图法,相量图法,例2,已知电路参数如图,,求i=?,1.求开路电压,2.求等效电阻,解:采用戴维南定理,复杂交流电路计算举例,3、求,例2,已知电路参数如图,,求i=?,解:采用戴维南定理,(法1),例2,解:采用节点电位法(法2),思:采用迭加原理(法
6、3)呢?,例2,右图为一交直流共存电路,,*利用迭加原理,分别求出E1 和E2 单独作用时的i1 与I2,然后迭加。,问题:若两电源改换为右图型式,求i=?,计算方法:迭加原理。,*直流E2 单独作用时:C 开路,L 短路。,2.2.4 功率因数的提高,工厂的电器设备多为感性负载(等效为R-L串联电路),导致功率因数低。,日光灯(R-L-C串联电路):,问题:功率因数低有什么问题呢?,40W,220V日光灯,发电与供电设备的容量要求较大,供电局一般要求用户的,一.功率因数低的危害,1.发电设备的容量不能充分利用,1.发电设备的容量不能充分利用,越低,发电机发出的有功功率就越小;无功功率越大。发
7、电机有一大部分能量用于与负载间进行交换。,2.增加线路与电机绕组的功率损耗,二.提高功率因数的方法,串还是并联电容?,采取什么方法呢?,并联电容,减小,仍呈电感性,呈电容性。,,同相,,C 较大,问题:补偿成电感性,还是电容性?,并联补偿电容后的效果:,三.求解并联电容的公式,Of parallel capacitance),(Account expressions,而:,求解并联电容的公式,有一感性负载P=10KW,=0.6 接在U=220V、f=50HZ的电源上,1)若将功率因数提高到0.95,求需并联的电容值及并联电容前后的线路电流。2)若将功率因数从0.95再提高到1,并联的电容值还需
8、增加多少?,由公式:,例,并联电容前的线路电流:,并联电容后的线路电流:,解:1),解:2),2.3 交流电路的频率特性,2.3.1 串联谐振电路,2.3.2 并联谐振电路,2.3 交流电路的频率特性,序:电路中的谐振现象,谐振电路在无线电工程、电子测量技术等许多领域中得到了应用。,2.3.1 R-L-C 串联谐振,一.串联谐振的条件,串联谐振也称电压谐振。,故谐振频率 或角频率 为:,u、i同相的条件:,1.电流达到最大值,谐振时,二.串联谐振的特点,1.电流最大,串联谐振的特点,2.L、C 上的电压可能超过总电压,当 时:,和 是总电压多少倍呢?,品质因数-Q 值,品质因数-Q 值,定义:
9、在谐振时,或 与总电压的比值。,三.谐振曲线,阻抗-的关系曲线,定义:电流随频率变化的关系曲线。,容性,感性,谐振电流:,谐振频率,通频带:,通频带值越小选择性越好!,3.频率、电路参数对谐振曲线的影响,1)f、L、C不变,R改变,R变,引起I0变化:R愈大,I0愈小,曲线越平;R愈小,I0愈大,曲线越尖锐,选择性越好。,改变,2)R不变,f、L、C 改变,四.应用举例,假设e1 e2 e3为来自3个不同电台(不同频率)的信号,由L2与C 组成的谐振电路可选出需要的电台信号。,收音机接收电路,若:,解:如果要收听 的节目,应使电路在 时发生谐振,即:,问题1:如果要收听 的节目,C应调到多大?
10、,问题2:当C调到150pF时,电路对3种信号产生的电流分别是多少?信号在C(或L2)上产生的电压是多少?,当C调到150pF时,电路对3种信号的电抗不同,产生的电流也不同(见下表)。,要收听到 的节目,C应调到:,64.5,需要的信号放大了64倍。,思考题:Q大一点好,还是小一点好?,2.3.2 并联谐振,电流谐振,一.R/L/C 电路,当 时,,、同相(阻性)。,、同相(阻性),二.实际电路,虚部:,并联谐振实际电路,理想情况下:,电路相当于断路!,2.并联谐振的特点,1)总阻抗很大,总电流很小,谐振时:,总阻抗:,谐振曲线,2)并联支路中的电流可能比总电流大。,支路电流可能大于总电流,当;。,品质因数:,三.并联谐振的应用-选频放大器,当电路谐振时,电路阻抗最大 最大。,注:输入为电流源(且电流不变)时,电路的电压最大;输入为电压源(且电压不变)时,电路的电流最小。,电子线路中的选频放大器,电压放大倍数:,其中:,为了提高,应增大RC。若只想增大某一频率成分的信号,可以用L/C电路代替RC。,