西安科技大學電路教案ch9教案

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)第9章 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析教學目的：通過本章的學習，使學生掌握將電路的時域模型轉換成相量域模型，可將線性電阻電路的分析方法推廣到正弦穩(wěn)態(tài)電路；包括基本分析方法、基本定理以及等效變換等。掌握正弦穩(wěn)態(tài)下的功率的意義和計算；功率因數(shù)提高的意義和方法；及最大功率傳輸定律。要求：1.熟練掌握正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量分析法原理及步驟、電路方程和電路定理的相量形式。2.掌握有功功率、無功功率、視在功率及功率因數(shù)的物理意義和計算方法；3.掌握復功率的計算；4.理解功率因數(shù)提高的意義和方法；5

2、.掌握最大功率傳輸定理重點：1. 正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量分析法2. 有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)難點： 無功功率、功率因數(shù)內容：1.正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析方法2. 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率3 復功率4 功率因數(shù)的提高5 正弦穩(wěn)態(tài)電路的最大功率傳輸本次課主要介紹正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析方法課題：9-1 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析方法目的要求：熟練掌握正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量分析法原理及步驟、電路方程和電路定理的相量形式。復習舊課：正弦量表示相量簡單分析法講授新課：正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析方法引入正弦量的相量、阻抗、導納以后，可以將電阻電路的各種分析方法、電路定律等推廣到正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析中來。這是因為兩者在形式上是相同的，即

3、電阻電路 相量域正弦穩(wěn)態(tài)電路 （） （）正弦電流電路相量分析法過程示意建立含微分方程的電路方程得時域響應正弦量相量反變換相量正變換用線性直流電路的分析方法建立復數(shù)形式電路方程得相量域響應相量電路模型步驟：作電路的相量模型；求出己知電壓、電流相量，選擇未知電壓、電流相量的參考方向；利用電路的相量模型，根據兩類約束的相量形式列寫出電路方程，并求解；分析計算時要充分利用相量圖；如有需要，根據相量形式寫出對應的瞬時值解析式。下面以舉例的方式說明正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量域分析方法。例9-1 圖9-1（a）電路，已知，試用網孔法求解。（a） （b）圖9-1 例9-1圖解 首先將時域模型轉化為相量模型，因為，所以

4、，相量模型如圖9-1（b）所示。在圖中，設回路電流分別為、，用回路法列出電路方程為求解得：，。例9-2 已知， ，試用結點法求電流。圖9-2 例9-2圖解 以結點為參考點，設結點1、2的結點分別為和，則結點電壓方程為代入數(shù)據，化簡得解之得：，。例9-3 電路如圖9-1（a）所示，試用疊加定理求解。（a） （b）圖9-3 例9-3圖解 用疊加定理求解。當單獨作用時，電路的相量模型如圖9-3（a）所示，當單獨作用時，電路的相量模型如圖（b）所示。在圖（a）中，設回路電流分別為、，則電路方程分別為解得：，。 在圖（b）中，設Z為和并聯(lián)的等效阻抗，則有由疊加定理，得可見，和例9-1所計算的結果相同。注

5、意，如果和的頻率不同，就不能在相量域用疊加定理，只有在時域才可以。例9-4 求圖示9-3（a）電路一端口的戴維寧等效電路。（a） （b）圖9-3 例9-3圖解 戴維寧等效電路的開路電壓和等效阻抗的求解與電阻電路相似。先求，由圖9-3（a），得在由結點電壓法和歐姆定律，有將代入式，得將一端口內部的獨立源置零得圖9-3（b）電路，然后求等效阻抗，即在端口a-b處外加一個電壓，求電流，則。由圖知解得。例9-5 電路如圖所示，已知，問R為何值時，可使與相位差為 。圖9-5 例9-5圖解 由阻抗串并聯(lián)關系、歐姆定律以及分流公式，有 欲使與相位差為，則分母的實部為零，解得。例9-6 圖9-6（a）所示電路

6、，已知，且有與正交，求R、的值。（a） （b）圖9-6 例9-6圖解 本題用相量圖求解。以為參考相量，畫出圖（a）所示電路的相量圖如圖（b）所示。由相量圖得由已知條件知和，求得，再由相量圖得， ， 故得 ，總結:本節(jié)課主要講授了正弦穩(wěn)態(tài)復雜電路的分析方法。這是后續(xù)課程的基礎，要求大家牢固掌握作業(yè)：9-3，9-4，9-8，9-11本次課主要介紹正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率和復功率課題：9-2 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率，9-3 復功率目的要求：掌握有功功率、無功功率、視在功率及功率因數(shù)的物理意義和計算方法；和復功率的計算；復習舊課：功率的概念講授新課：9-2 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率一、瞬時功率如圖所示的任意一端口電路

7、N0，在端口的電壓u與電流i的參考方向對電路內部關聯(lián)下，其吸收瞬時功率若設正弦穩(wěn)態(tài)一端口電路的正弦電壓和電流分別為 式中為正弦電壓的初相位，為正弦電流的初相位，為端口上電壓與電流的相位差。則在某瞬時輸入該正弦穩(wěn)態(tài)一端口電路的瞬時功率為則 常量 兩倍于原頻率的正弦量 不可逆部分 可逆部分瞬時功率的波形如圖所示。 二、 有功功率和功率因數(shù)1. 平均功率（有功功率）：定義為瞬時功率在一個周期上的平均值， 可見：（1）. P是一個常量，由有效值U、I及，三者乘積確定，量綱：W（2）. 當P0時，表示該一端口電路吸收平均功率P；當P0時，表示該一端口電路發(fā)出平均功率|P|。（3）. 單一無源元件的平均功

8、率：，。，始終消耗功率。2.功率因數(shù)定義： 當正弦穩(wěn)態(tài)一端口電路內部不含獨立源時，cos用表示，稱為該一端口電路的功率因數(shù)。 I超前U指容性網絡，I滯后U指感性網絡。三、無功功率正弦穩(wěn)態(tài)一端口電路內部與外部能量交換的最大速率(即瞬時功率可逆部分的振幅)定義為無功功率Q，即可見：1. Q也是一個常量，由U、I及三者乘積確定，量綱：乏2. 吸收無功功率 發(fā)出無功功率三視在功率（表觀功率）反映電源設備的容量（可能輸出的最大平均功率），量綱：伏安（VA）。PQSP、Q和S之間滿足下列關系 S 2P 2+Q 2即有 功率三角形六 復功率1.復功率：用相量域的電壓、電流直接求功率。沒有實際的物理意義只是為

9、了方便計算引入的復數(shù)。設一端口的電壓相量為，電流相量為，則復功率的定義為 2. 功率守恒情況：瞬時功率守恒：平均功率守恒：在一端口正弦穩(wěn)態(tài)電路吸收的平均功率等于該電路內各電阻所吸收的平均功率之和。無功功率守恒：在一端口正弦穩(wěn)態(tài)電路吸收的總無功功率等于電路內各電感和電容吸收的無功功率之和。復功率守恒： 在一端口正弦穩(wěn)態(tài)電路中，總復功率等于該電路各部分的復功率之和。視在功率不守恒：應該注意，在一般情況下，總視在功率不等于該電路各部分的視在功率之和。因為一般情況下復數(shù)之和的模不等于復數(shù)的模之和。例1 已知阻抗，設它兩端的電壓為，求阻抗消耗的有功功率P和功率因數(shù)。解 先求出流過阻抗的電流。設阻抗上的電

10、壓、電流為關聯(lián)參考方向，由相量域歐姆定律，有小結：本節(jié)內容主要講授的正弦穩(wěn)態(tài)電路的有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)的概念和計算，需要大家掌握。復功率為了計算方便引入的。作業(yè)：9-12；9-14；9-16本次課主要介紹功率因數(shù)的提高和最大功率傳輸定律。課題：9-4 功率因數(shù)的提高 9-5 正弦穩(wěn)態(tài)最大功率傳輸目的要求：理解功率因數(shù)提高的意義和方法；掌握最大功率傳輸定理的條件復習舊課：功率因數(shù)的概念，直流電阻電路中最大功率傳輸?shù)臈l件講授新課：9-4 功率因數(shù)的提高1.提高功率因數(shù)意義：一是可以減小線路上的功率損失二是可以提高供電設備（如發(fā)電機、變壓器等）的利用率。例如，容量為15000KVA

11、的發(fā)電機，若功率因數(shù)由0.6提高到0.8時，就可以使發(fā)電機實際發(fā)電能力提高3000KW。2.提高功率因數(shù)的方法：在感性負載兩端并聯(lián)電容。例 有一電動機（感性）負載如圖9-9（a） 所示，已知功率，功率因數(shù)，接在電壓，50Hz正弦交流電源上，若使電路的功率因數(shù)提高到。試求：（1）與負載并聯(lián)的電容值（圖中虛線所示）；（2）電容并聯(lián)前后電源提供的電流和無功功率。（a） （b）圖9-9 例9-8圖解 用相量圖求解。以電壓為參考，畫出圖（a）電路的相量圖如圖（b）所示。（1）為了求并聯(lián)的電容，首先求電容電流，然后利用電容上的VCR求出電容值。因為只有電阻消耗有功功率，所以并聯(lián)電容前后有功功率P不變；又因

12、為電壓不變，并聯(lián)電容前后，感性負載中的電流也不變，則由相量圖知再利用，結合上式，有 (9-12)代入數(shù)據得。 （2）因為功率不變，則并聯(lián)電容前，電源提供的電流和無功功率分別為并聯(lián)電容后，電源提供的電流和無功功率分別為可見，感性負載并聯(lián)電容后，無功功率變小了，從而減少了電源與負載之間的能量交換，感性負載所需無功功率的大部分由電容提供，從而使電源容量得到充分利用。并且電源提供的電流也減少了。3.感性負載吸收的無功功率一部分由電源提供，一部分由電容提供。ICI的有功分量的有功分量的無功分量的無功分量情況1：情況2：IC沒有必要將補償?shù)?電路情況3：沒有必要將補償?shù)饺菪噪娐沸〗Y：給定、，要求將提高，求

13、C？9-6 正弦穩(wěn)態(tài)最大功率傳輸在正弦穩(wěn)態(tài)電路中研究負載在什么條件下能獲得最大平均功率。這類問題可以歸結為一個有源一端口正弦穩(wěn)態(tài)電路向負載傳送平均功率的問題。+_ZLZeq+即時，ZL可獲最大平均功率（a） （b）圖9-10 最大功率傳輸設， 可獨立變化， 可變，不變， 不變，可變 。一可獨立變化 ， 共軛匹配此時 二可變，不變 模匹配 例 如圖9-11（a）所示電路，已知，求最佳匹配時的最大功率。解 首先求a-b端的戴維寧等效電路。由圖（b）可求得電流和一端口的開路電壓分別為再求等效阻抗，如圖（c）所示，用外加電壓法，有因為，故。時，負載獲得最大功率，（a） （b） （c）圖9-11 例9-9圖本章小結:根據相量域的分析方法，所列的電路方程為復數(shù)方程，求出的響應為相量域響應，響應為復數(shù)形式。對于簡單的電路，可以用相量圖直接求解。除瞬時功率外，還有平均功率（有功功率）、無功功率、視在功率和復功率等。一般并不關心瞬時功率，而更關心有功功率、無功功率和視在功率。平均功率反映了電路實際消耗的功率；無功功率