汽車電工電子技術(shù)課件 任務(wù)3RLC串聯(lián)電路

2.3RLC串聯(lián)電路演講人2.3.1RLC串聯(lián)電路的分析在實際電路中，大部分電工設(shè)備可以看成至少兩種單一元件的組合，RLC串聯(lián)電路就是其中一種代表性的電路，例如日光燈電路就可等效成為一個RL串聯(lián)電路，相當(dāng)于是RLC串聯(lián)電路的一個特例。RLC串聯(lián)電路如圖2.5所示，RLC串聯(lián)電路的電壓電流滿足以下關(guān)系。圖2.5RLC串聯(lián)電路2.3.1RLC串聯(lián)電路的分析1.頻率關(guān)系該電路中所有的電壓與電流都是同頻率的正弦量。

2.大小關(guān)系定義阻抗，它是一個代表RLC串聯(lián)電路對交流電的總阻礙作用的參數(shù)，單位是，阻抗三角形如圖2.6所示。定義了阻抗后，可以得到在RLC串聯(lián)電路中，，即該電路中端電壓和電流在大小上符合歐姆定律。圖2.6阻抗三角形3.相位關(guān)系端電壓與電流之間的相位差，也可稱為負(fù)載的阻抗角。（1）當(dāng)時，即，此時電壓超前電流角，電路的性質(zhì)為感性，阻抗三角形為正三角形，此時相量圖如圖2.7所示。（2）當(dāng)時，即，此時電壓滯后電流角度，電路的性質(zhì)為容性，阻抗三角形為倒三角形。（3）當(dāng)時，即，此時電壓與電流同相，電路的性質(zhì)為阻性，此時阻抗三角形的斜邊與鄰邊重合。將這種含有L和C的電路中出現(xiàn)電壓、電流同相位的特殊現(xiàn)象稱為串聯(lián)諧振。若用相量表示端電壓與電流的關(guān)系可寫成：，即該電路中端電壓和電流在相量形式上也符合歐姆定律。圖2.7RLC串聯(lián)電路（感性）相量圖2.3.2RLC串聯(lián)諧振電路由前述可知，在正弦電源的作用下，RLC串聯(lián)電路出現(xiàn)了端口電壓與端口電流同相的現(xiàn)象，電路呈電阻性，通常把此時電路的工作狀態(tài)稱為串聯(lián)諧振。1.諧振頻率因諧振時，因此調(diào)節(jié)、L、C三個參數(shù)中的任意一個，都能使電路產(chǎn)生諧振，把這種調(diào)節(jié)過程稱為調(diào)諧。將電路諧振時的角頻率稱為諧振角頻率，用表示，對應(yīng)頻率叫諧振頻率，則諧振角頻率為所以諧振頻率為：可見，諧振頻率只與電路的L和C參數(shù)有關(guān)，而與電阻無關(guān)。2.3.2RLC串聯(lián)諧振電路2.串聯(lián)諧振的特點（1）串聯(lián)諧振時電路阻抗值最小，（2）串聯(lián)諧振時電路電流最大，電流為（3）由于，電源端電壓與電流同相，因此電路呈現(xiàn)純電阻性，電源供給電路的能量全部被電阻消耗掉，能量互換只發(fā)生在電感與電容之間。此時，電感和電容上的電壓大小相等，但相位相反，互相抵消，對整個電路不起作用，電源電壓，但電感和電容上的電壓和的作用不容忽視。若時，和將大大高于電源電壓，可能會擊穿電感和電容的絕緣，因此，在電力系統(tǒng)中一般要避免發(fā)生串聯(lián)諧振，而在無線電工程中則常利用串聯(lián)諧振。例如，收音機(jī)的調(diào)諧電路就是在調(diào)臺的過程中將信號調(diào)諧在某種頻率或頻帶上使其發(fā)生諧振，此時該頻率或頻帶內(nèi)的信號特別增強(qiáng)而獲得較好的收聽效果。2.3.2RLC串聯(lián)諧振電路圖2.8諧振電路的通頻帶3.諧振電路的選擇性

在諧振電路中，定義品質(zhì)因數(shù)，它的含義是表示在諧振時，電容或電感上的電壓是電源電壓的倍。諧振電路選擇性能的好壞通常用通頻帶來衡量。如圖2.8所示，當(dāng)電流I下降到最大值的70.7％時，對應(yīng)的上限頻率與下限頻率之間的寬度稱為諧振電路的通頻帶，用B表示，即

諧振曲線越尖銳，通頻帶越窄，表示電路的選擇性越好。諧振曲線的尖銳或平坦，與電路品質(zhì)因數(shù)值的大小有關(guān)，Q值越大，諧振曲線越尖銳，選擇性越好。2.3.3單相交流電路的功率1.單相交流電路各種功率的計算如圖2.9所示，對于單相交流電路中任意一個二端網(wǎng)絡(luò)N來說，可能是電阻、電感、電容三種元件的不同組合，因電阻是耗能元件，而電感和電容是儲能元件，功率問題比單一參數(shù)電路復(fù)雜得多。各種功率的概念及計算方法如下：（1）平均功率平均功率是指瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值，它代表了交流電路實際所消耗的功率，又叫有功功率，用符號P表示，單位為瓦特（W）。其中，是端口電壓與端口電流的相位差，也是負(fù)載的阻抗角。因為電感元件和電容元件是儲能元件，不消耗能量，所以有功功率實際就是電阻元件上所消耗的功率。圖2.9單相交流電路中的二端網(wǎng)絡(luò)2.3.3單相交流電路的功率（2）無功功率無功功率代表了交流電路與電源之間能量交換的最大規(guī)模，用符號Q表示，單位為乏（var）。

雖然L和C都是儲能元件，它們都有無功功率，但感抗和容抗的作用是相互抵消的，在同一個電路中并不是同時吸收或釋放能量。當(dāng)電感吸收能量時，電容釋放能量；而當(dāng)電感釋放能量時，電容吸收能量，因此一個二端網(wǎng)絡(luò)的總無功功率實際是電感元件的無功功率與電容元件的無功功率之差。（3）視在功率視在功率代表了交流電源可以向電路提供的最大功率，又可稱為容量，用符號S表示，單位為伏安（VA）。2.功率因數(shù)

定義功率因數(shù)，表示電路的有功功率占電源容量的比例，它是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù)，是電力系統(tǒng)的一個重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。其中，既是端口電壓與端口電流的相位差，又是負(fù)載的阻抗角，還可以稱為功率因數(shù)角。（1）功率因數(shù)偏低的危害功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電爐等電阻性負(fù)載的功率因數(shù)為1，而電動機(jī)、日光燈這樣的電感性負(fù)載的功率因數(shù)偏低都小于1。功率因數(shù)低，第一說明電路用于與電源交換的無功功率大，從而降低了設(shè)備的利用率；第二，因為，當(dāng)功率因數(shù)偏低時，電路中的電流較大，從而增加了輸電線路的電壓損失和功率損失。按照供電規(guī)則，負(fù)載的功率因數(shù)不能太低，規(guī)定高壓供電的工業(yè)企業(yè)平均功率因數(shù)不得低于0.95，其他單位不得低于0.9。但是目前生產(chǎn)中廣泛使用的負(fù)載大多數(shù)是感性負(fù)載，功率因數(shù)偏低，如交流異步電動機(jī)的功率因數(shù)約為0.7左右，日光燈的功率因數(shù)約為0.5左右，這些都不符合規(guī)定，所以要采取措施提高功率因數(shù)。2.3.3單相交流電路的功率圖2.10功率因數(shù)的提高（2）提高功率因數(shù)的措施提高感性負(fù)載功率因數(shù)的最簡單方法就是給感性負(fù)載并聯(lián)一個適當(dāng)容量的電容器，如圖2.10所示，這樣電容可以與電感中的磁場能量進(jìn)行交換一部分，從而