電路-第九章xdlppt課件

1、第第9 9章章 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析 首首 頁頁本章重點本章重點正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析9.3正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率9.4復(fù)功率復(fù)功率9.5最大功率傳輸最大功率傳輸9.6阻抗和導(dǎo)納阻抗和導(dǎo)納9.1電路的相量圖電路的相量圖9.22. 2. 正弦穩(wěn)態(tài)電路的一般分析；正弦穩(wěn)態(tài)電路的一般分析；3. 3. 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率問題；正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率問題；l 重點：重點：1. 1. 等效阻抗和導(dǎo)納的概念及計算；等效阻抗和導(dǎo)納的概念及計算；返 回9.1 9.1 阻抗和導(dǎo)納阻抗和導(dǎo)納1. 1. 阻抗阻抗正弦穩(wěn)態(tài)情況下正弦穩(wěn)態(tài)情況下IZU+- -無源無源線性線性 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)

2、絡(luò) IU+- -zZIUZ| def iuzIUZ阻抗模阻抗模阻抗角阻抗角歐姆定律的相歐姆定律的相量形式量形式下 頁上 頁返 回 R R 電阻電阻( (阻抗的實部阻抗的實部) )；XX電抗電抗( (阻抗的虛部阻抗的虛部) )。轉(zhuǎn)換關(guān)系：轉(zhuǎn)換關(guān)系： arctan | | 22RXXRZz或或R=|Z|coszX=|Z|sinz阻抗三角形阻抗三角形|Z|RXziuzIUZ下 頁上 頁返 回jXRZZ電路性質(zhì)電路性質(zhì)jXRZZ 0 ，u 超前超前 i 感性電路感性電路 1/C L 1/C ，X0X0， z0 z0，電路為感性，電路為感性， 電壓超前電流。電壓超前電流。0 i 下 頁上 頁相量圖：一般

3、選電流為參考相量，相量圖：一般選電流為參考相量，CURULUUzUX電壓電壓三角三角形形2CL222)(UUUUUURXRj LeqXUR+-+-+-RU等效電路等效電路返 回I（3 3L1/CL1/C， X0X0， z 0z UUU,UCL3.RLC串聯(lián)電路中是否會出現(xiàn)串聯(lián)電路中是否會出現(xiàn) ，的情況？的情況？4.在在RLC串聯(lián)電路中，當(dāng)串聯(lián)電路中，當(dāng)LC時，時，u超前超前i，當(dāng)，當(dāng)L1/LC 1/L，B0B0， 00，電路為容性，電路為容性， 電流超前電壓。電流超前電壓。相量圖：選電壓為參考相量，相量圖：選電壓為參考相量，2222)(LCGBGIIIIIIUGI. CI. IyLI. 0u分

4、析分析 R R、L L、C C 并聯(lián)電路得出：并聯(lián)電路得出：RLC并聯(lián)電路會出現(xiàn)分電流大于總電流的現(xiàn)象IB下 頁上 頁注意返 回（3 3C1/LC1/L，B0B0， 00X0，那么，那么 B0B0, 電路吸收功率； p0，電路發(fā)出功率； t iou)2cos(cos )(tUItp下 頁上 頁返 回p2.2.平均功率平均功率 P PTtpTP0d1 功率因數(shù)角。cos ：功率因數(shù)。P 的單位：W瓦）TttUIUIT0d)2cos(cos1UIUIcosUIPcos下 頁上 頁返 回一般：一般： 0 0coscos1 1平均功率實際上是電阻消耗的功率，亦稱為有平均功率實際上是電阻消耗的功率，亦稱

5、為有功功率。表示電路實際消耗的功率，它不僅與電功功率。表示電路實際消耗的功率，它不僅與電壓電流有效值有關(guān)，而且與壓電流有效值有關(guān)，而且與 coscos 有關(guān)，這是交有關(guān)，這是交流和直流的很大區(qū)別流和直流的很大區(qū)別, , 主要由于電壓、電流存在主要由于電壓、電流存在相位差。相位差。下 頁上 頁結(jié)論 返 回 toUIcos (1-cos2 t)為不可逆分量。UIsin sin2 t為可逆分量。 部分能量在電源和一端口之間來回交換。部分能量在電源和一端口之間來回交換。下 頁上 頁返 回tUItUItUItItUuitp2sinsin)2cos1 (cos )2cos(cos )cos(2cos2)(

6、3. 3. 無功功率無功功率 Q QUIQsindef單位：單位：var (var (乏乏) )。下 頁上 頁返 回電感、電容的無功補償作用電感、電容的無功補償作用 t iouLL發(fā)出功率時，C剛好吸收功率，L、C的無功具有互相補償?shù)淖饔谩?t iouCpLpC下 頁上 頁LCRuuLuCi+-+-+-返 回4. 4. 視在功率視在功率S S)(VA : def伏伏安安單單位位UIS 下 頁上 頁電氣設(shè)備的容量電氣設(shè)備的容量返 回有功，無功，視在功率的關(guān)系：有功，無功，視在功率的關(guān)系：有功功率有功功率: P=UIcos: P=UIcos 單位：單位：W W無功功率無功功率: Q=UIsinj

7、: Q=UIsinj 單位：單位：varvar視在功率視在功率: S=UI : S=UI 單位：單位：VAVA22QPSSPQ功率三角形功率三角形下 頁上 頁返 回例例1 1 三表法測線圈參數(shù)。三表法測線圈參數(shù)。 知 ：知 ： f = 5 0 H z ， 且 測 得， 且 測 得U=50V，I=1A，P=30W。下 頁上 頁RL+_U IZWAV*返 回30130 222IPRRIP50150|IUZ又又22)(|LRZH127. 03144030503141|12222RZL解解 7. 7. 功率因數(shù)的提高功率因數(shù)的提高 設(shè)備容量設(shè)備容量 S (S (額定額定) )向負載送多少有功要由向負載

8、送多少有功要由負載的功率因數(shù)決定。負載的功率因數(shù)決定。P=UIcos=Scosjcosj =1, P=S=75kWcosj =0.7, P=0.7S=52.5kW一般用戶：一般用戶： 異步電機異步電機 空載空載 cosj =0.20.3cosj =0.20.3 滿載滿載 cosj =0.70.85cosj =0.70.85 設(shè)備不能充分利用，電流到了額定值，但功率容設(shè)備不能充分利用，電流到了額定值，但功率容量還有；量還有； 功率因數(shù)低帶來的問題：功率因數(shù)低帶來的問題：下 頁上 頁S75kVA負載負載返 回當(dāng)輸出相同的有功功率時，線路上電流大，當(dāng)輸出相同的有功功率時，線路上電流大，I=P/(Uc

9、osI=P/(Ucos) )，線路壓降損耗大。，線路壓降損耗大。 UI1I2 cosUIP 解決辦法：解決辦法： （1 1高壓傳輸高壓傳輸 （2 2改進自身設(shè)備改進自身設(shè)備 （3 3并聯(lián)電容，提高功率因數(shù)并聯(lián)電容，提高功率因數(shù) 。 下 頁上 頁i+-uZ返 回分析分析CI ULI1I2 并聯(lián)電容后，原負載的電壓和電流不變，并聯(lián)電容后，原負載的電壓和電流不變，吸收的有功功率和無功功率不變，即：負載的吸收的有功功率和無功功率不變，即：負載的工作狀態(tài)不變。但電路的功率因數(shù)提高了。工作狀態(tài)不變。但電路的功率因數(shù)提高了。特點：特點：下 頁上 頁LRCUILICI+_返 回并聯(lián)電容的確定：并聯(lián)電容的確定：

10、21sinsin IIILC代代入入得得將將 cos , cos 12UPIUPIL)tgtg( 21UPCUIC)tgtg(212UPC下 頁上 頁CI ULI1I2返 回知：知：f=50Hz, U=220V, P=10kW, cosf=50Hz, U=220V, P=10kW, cos1=0.61=0.6，要使功率因數(shù)提高到要使功率因數(shù)提高到0.9 , 0.9 , 求并聯(lián)電容求并聯(lián)電容C C，并聯(lián)，并聯(lián)前后電路的總電流各為多大？前后電路的總電流各為多大？o1113.53 6 . 0cos例例解解o2284.25 9 . 0cos F 557 )84.25tg13.53tg(22031410

11、10 )tgtg(23212UPCA8 .756 . 02201010cos31UPIIL未并電容時：未并電容時：并聯(lián)電容后：并聯(lián)電容后：A5 .509 . 02201010cos32UPI下 頁上 頁LRCUILICI+_返 回若要使功率因數(shù)從若要使功率因數(shù)從0.90.9再提高到再提高到0.95 , 0.95 , 試問還應(yīng)試問還應(yīng)增加多少并聯(lián)電容，此時電路的總電流是多大？增加多少并聯(lián)電容，此時電路的總電流是多大？o2219.18 95. 0cos解解o1184.25 9 . 0cos F 103 )8.191tg5.842tg(2203141010 )tgtg(23212UPCA8 .479

12、5. 022010103I cos 提高后，線路上總電流減少，但繼續(xù)提高cos 所需電容很大，增加成本，總電流減小卻不明顯。因此一般將cos 提高到0.9即可。下 頁上 頁注意 返 回9.5 9.5 復(fù)功率復(fù)功率1. 1. 復(fù)功率計算量）復(fù)功率計算量）功功率率”來來計計算算功功率率，引引入入“復(fù)復(fù)和和為為了了用用相相量量IUVA *單單位位IUS UI負負載載+_定義：定義： jsinjcos )( QPUIUISUIUISiu22*j X)I(RZIIIZIUS 也可表示為：也可表示為： )(or *2* YUYUUYUUIUS下 頁上 頁返 回.守守恒恒 視視在在功功率率復(fù)復(fù)功功率率守守恒

13、恒, ,不2121 SSSUUU下 頁上 頁結(jié)論 S 是復(fù)數(shù)，而不是相量，它不對應(yīng)任意正弦量；是復(fù)數(shù)，而不是相量，它不對應(yīng)任意正弦量；00 11bkkbkkQP 0)j(11bkkbkkkSQP注意 把把 P P、Q Q、S S 聯(lián)系在一起，它的實部是平均聯(lián)系在一起，它的實部是平均功率，虛部是無功功率，模是視在功率；功率，虛部是無功功率，模是視在功率；S復(fù)功率滿足守恒定理：在正弦穩(wěn)態(tài)下，任一電復(fù)功率滿足守恒定理：在正弦穩(wěn)態(tài)下，任一電路的所有支路吸收的復(fù)功率之和為零。即路的所有支路吸收的復(fù)功率之和為零。即返 回9.6 9.6 最大功率傳輸最大功率傳輸Zi= Req + jXeq， ZL= RL

14、+ jXL2L2LeqOCLeqOC )()( ,XXRRUIZZUIeq2Leq2Leq2OCL2L)()( XXRRURIRP有功功率有功功率負負載載有有源源網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)等效電路等效電路下 頁上 頁OC UZLZeqI+-返 回正弦電路中負載獲得最大功率正弦電路中負載獲得最大功率PmaxPmax的條件的條件 若若ZL= RL + jXL可任意改變可任意改變 先設(shè)先設(shè) RL RL 不變，不變，XL XL 改變改變顯然，當(dāng)顯然，當(dāng)Xeq + XL=0，即，即XL =-Xeq時，時，P 獲得最獲得最大值。大值。2L2OCL)(RRURPeq 再討論再討論 RL RL 改變時，改變時，P P 的最大的

15、最大值值eqRUP42OCmax2Leq2Leq2OCL)()(XXRRURP下 頁上 頁討論 當(dāng)當(dāng)RL= Req RL= Req 時，時，P P 獲得最大獲得最大值值RL= Req XL =-XeqZL= Zeq*最佳最佳匹配匹配條件條件返 回 若若ZL= RL + jXL只允許只允許XL改變改變 獲得最大功率的條件是：獲得最大功率的條件是：Xeq + XL=0，即，即 XL =-Xeq 2L2OCLmax)(RRURPeq最大功率為最大功率為 若若ZL= RL為純電阻為純電阻負載獲得的功率為：負載獲得的功率為：2eq2LeqOCLeqOC )( ,XRRUIRZUI電路中的電流為：電路中的

16、電流為：2eq2Leq2OCL)(XRRURPiiiLLZXRRRP22 0dd ：獲得最大功率條件獲得最大功率條件令令模匹配模匹配下 頁上 頁返 回2L2Leq2OCL)()(XXRRURPeq電路如圖，求：電路如圖，求：1.RL=51.RL=5時其消耗的功率；時其消耗的功率；2. RL=?2. RL=?能獲得最大功率，并求最大功率；能獲得最大功率，并求最大功率；3.3.在在RLRL兩端并聯(lián)一電容，問兩端并聯(lián)一電容，問RLRL和和C C為多大時能與內(nèi)為多大時能與內(nèi)阻抗最佳匹配，并求最大功率。阻抗最佳匹配，并求最大功率。A)6 .26(89. 055 j5010 1. ooI例例 解解 5 j5 105010j5j65LiXRZW4589. 022LLRIP下 頁上 頁+_U100o V50HRL5WI =105rad/s獲最大功率獲最大功率當(dāng)當(dāng) 07. 755 . 22222iiLXRR返 回A)5 .22(766. 007. 75 j5010 ooIW15. 407. 7766. 022LLRIP下 頁上 頁+_100o V50HRL5WICRYL j1 3. +_100o V50