清华大学电工技术课件4-6.ppt

海南风光 第3章正弦交流电路 第4讲 3 2 2R L C串联交流电路 3 2 3交流电路的一般分析方法 3 2 4功率因数的提高 1 R L串联电路 3 2 2R L C串联交流电路 1 瞬时值关系 设 则 其中 1 R L串联电路瞬时值关系 u领先i 角 Z 称为复数阻抗的模 2 R L串联电路有效值关系 3 R L串联电路相量式表示 Z复数阻抗 Z 称为复数阻抗的模 阻抗角 电压领先电流的相位角 设 4 R L串联电路的功率 两边都乘以I S UI视在功率 单位 VA P URI有功功率 单位 W Q ULI无功功率 单位 var 电压三角形 阻抗三角形 功率三角形 cos 称为功率因数 电压三角形 阻抗三角形功率三角形 2 R C串联电路 1 瞬时值关系 1 R C串联电路中电压电流的瞬时值关系 其中 u落后i 角度 设 0 2 R C串联电路中电压电流的向量式关系 3 R C串联电路中电压电流的相量图 向量关系 有效值关系 0 3 R L C串联交流电路 一 电流 电压的瞬时关系 若 其中 相量方程式 则 相量模型 u领先i u与i同相 u落后i R L C串联交流电路 相量图 先画出参考相量 相量表达式 R L C串联交流电路中的复数形式欧姆定律 说明 阻抗三角形 阻抗三角形和电压三角形的关系 有效值 电压三角形和功率三角形的关系 cos 称为功率因数 在R L C串联的电路中 储能元件L C不消耗能量 但存在能量吞吐 吞吐的规模用无功功率来表示 一 简单串并联电路 3 2 3交流电路的一般分析方法 复数符号法 Y1 Y2 导纳 1 据原电路图画出相量模型图 电路结构不变 2 根据相量模型列出相量方程式或画相量图 二 一般正弦交流电路的解题步骤 3 用复数符号法或相量图求解 4 将结果变换成要求的形式 在正弦交流电路中 若正弦量用相量表示 电路参数用复数阻抗表示 则直流电路中介绍的基本定律 公式 分析方法都能用 具体步骤如下 解题方法有两种 1 利用复数进行相量运算 2 利用相量图求结果 已知 I1 10A UAB 100V 则 求 A UO的读数 求 A UO的读数 已知 I1 10A UAB 100V 已知 R1 R2 L C 求 各支路电流的大小 将电路中的电压电流都用相量表示 并用复数表示相量 电阻电感电容都用复数阻抗表示 相量模型 原始电路 A 已知参数 节点方程 由节点电位便求出各支路电流 A 解 用戴维南定理求ie 问题的提出 日常生活中很多负载为感性的 其等效电路及相量关系如下图 3 2 4功率因数的提高 功率因数和电路参数的关系 40W白炽灯 40W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 否则受处罚 纯电阻电路 R L C串联电路 纯电感电路或纯电容电路 电动机空载满载 日光灯 R L C串联电路 常用电路的功率因数 提高功率因数的原则 必须保证原负载的工作状态不变 即 加至负载上的电压U和负载的有功功率P不变 提高功率因数的措施 并电容 并联电容值的计算 设原电路的功率因数为cos L 要求补偿到cos 须并联多大电容 设U P 为已知 分析依据 补偿前后P U不变 由相量图可知 P 40W U 220V f 50Hz cos L 0 5 cos 1 并联电容C 4 5 F 并联电容前I 0 36A并联电容后I 0 18A 呈电容性 呈电感性 功率因数补偿到什么程度 理论上可以补偿成以下三种情况 功率因素补偿问题 一 呈电阻性 结论 在角相同的情况下 补偿成容性要求使用的电容容量更大 经济上不合算 所以一般工作在欠补偿状态 感性 较小 容性 较大 C较大 过补偿 欠补偿 海南风光 第2章正弦交流电路 第5讲 3 3电路中的谐振 3 3 1串联谐振3 3 2并联谐振 3 4网络的频率特性 转移函数 3 4 1转移函数的幅频特性和相频特性3 4 2低通电路 高通电路3 4 3波特图 含有电感和电容的电路 如果无功功率得到完全补偿 使电路的功率因数等于1 即 u i同相 便称此电路处于谐振状态 谐振电路在无线电工程 电子测量技术等许多电路中应用非常广泛 谐振概念 3 3电路中的谐振 3 3 1串联谐振 串联谐振的条件 串联谐振电路 谐振频率 串联谐振的特点 谐振时电流最大 阻性 注 串联谐振也被称为电压谐振 串联谐振时的相量图 品质因素 Q值 定义 电路处于串联谐振时 电感或电容上的电压与总电压之比 串联谐振特性曲线 电路参数对谐振曲线的影响 通频带 f如何变 a R变大 b L或C变小 结论 Q愈大 带宽愈小 曲线愈尖锐 选择特性好 Q愈小 带宽愈大 曲线愈平坦 选择特性差 可以证明 可见与Q相关 通频带 解 R L C串联电路 已知R 10 r 10 r是电感线圈的电阻 L 100mH C 2 F U 3V求 谐振时f0 I0 XL XC Q UR UL UC f 例 串联谐振应用举例 收音机接收电路 已知 解 结论 当C调到150pF时 可收听到的节目 3 3 2并联谐振 理想情况 纯电感和纯电容并联 或 理想情况下并联谐振条件 L 100mH C 2 F U 3V 并联谐振又称为电流谐振 非理想情况下的并联谐振 同相时则谐振 一 非理想情况下并联谐振条件 由上式虚部 并联谐振频率 得 或直接这样推导 令虚部为0 当R 0时 并联谐振的特点 理想情况下谐振时 总阻抗 并联谐振电路总阻抗的大小 谐振时虚部为零 即 并联谐振电路总阻抗 所以 纯电感和纯电容并联谐振时 相当于断路 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 电流谐振 并联谐振特性曲线 3 4网络的频率特性 转移函数 概念 网络的频率特性是研究正弦交流电路中电压 电流随频率变化的关系 即频域分析 转移函数 网络的传递函数 称为相频特性 一 低通滤波器 滤掉输入信号的高频成分 通过低频成分 低通滤波器的传递函数 相频特性 幅频特性 低通滤波器的频率特性 分贝数定义 二 高通滤波器 滤掉输入信号的低频成分 通过高频成分 高通滤波器的传递函数 高通滤波器的频率特性 幅频特性 相频特性 三 带通滤波器 RC串并联网络 令 幅频特性 对于变化范围较宽的频率特性 为展宽视野 其特性横坐标改用对数坐标 表示归一化频率 纵坐标用 分贝 表示 便构成波特图 波特图 用归一化频率表示的低通滤波器传递函数 令 则 知 低通波特图 20dB 十倍频 相频特性 传递函数 典型的网络函数 低通 高通 带通 带阻 电路举例 正弦交流电路综合举例 例1 移相电路 已知 解法1 已知 复数运算 解法2 画相量图 已知 R R1 R C 海南风光 第6讲 第四章三相交流电路 第四章三相交流电路 4 1三相交流电源4 1 1三相电动势的产生4 1 2三相交流电源的连接 4 2三相负载及三相电路的计算4 2 1星形接法及计算4 2 2三角形接法及计算 4 3三相电路的功率 4 1三相交流电源 4 1 1三相电动势的产生 在两磁极中间 放一个线圈 根据右手定则可知 线圈中产生感应电动势 其方向由A X 合理设计磁极形状 使磁通按正弦规律分布 线圈两端便可得到单相交流电动势 一 三相交流电动势的产生 A X Y C B Z S N 三线圈空间位置各差120o 转子装有磁极并以 的速度旋转 三个线圈中便产生三个单相电动势 二 三相电动势的表示式 三相电动势的特征 大小相等 频率相同 相位互差120 1 三角函数式 2 相量表示式及相互关系 4 1 2三相交流电源的连接 一 星形接法 1 连接方式 三相四线制供电 火线 相线 中线 零线 N 2 三相电源星形接法的两组电压 相电压 火线对零线间的电压 三个相电压是对称的 UP代表电源相电压的有效值 线电压 火线间的电压 线电压和相电压的关系 同理 三个线电压也是对称的 大小相等 为相电压的倍 相位领先对应的相电压30 互成120 相位差 线电压与相电压的通用关系表达式 为电源的相电压 为电源的线电压 在日常生活与工农业生产中 多数用户的电压等级为 4 2三相负载及三相电路的计算 负载有两种接法 A C B N Z Z Z 相电流 负载上的电流 4 2 1三相对称负载星形接法及计算 一 星形接法特点 零线电流 负载两端的电压等于电源的相电压 二 负载星形接法时的一般计算方法 线电流 相电流计算通式 结论 三相电源对称 负载对称且Y形连接 则三个线电流也是对称的 中线电流为0 解 设 1 负载不对称时 各相单独计算 如 已知 三相负载R L C以及三相线电压 求 各相 各线及中线电流 线电压 令 则相电压为 2 相电流 3 中线电流 4 相量图 据此可直接得出另两相电流 负载对称时 问题及讨论 答 Y形连接 三相完全对称时 零线可以取消 称为三相三线制 三相三线制供电时 若各相负载不相等 将如何 求 各相负载电流 已知 每盏灯的额定值为 220V 100W 用节点电位法 A N N C B 每盏灯为220V 100W 应用实例 照明电路 正确接法 每组灯相互并联 然后分别接至各相电压上 设电源电压为 每组灯的数量可以不等 但每盏灯上都可得到额定的工作电压220V 能否取消中线 关于零线的结论 负载不对称而又没有中线时 负载上可能得到大小不等的电压 有的超过用电设备的额定电压 有的达不到额定电压 都不能正常工作 比如 照明电路中各相负载不能保证完全对称 所以绝对不能采用三相三相制供电 而且必须保证零线可靠 中线的作用在于 使星形连接的不对称负载得到相等的相电压 为了确保零线在运行中不断开 其上不允许接保险丝也不允许接刀闸 4 2 2三角形接法及计算 特点 负载的相电压 电源的线电压 各电流的计算 ZAB ZBC ZCA 每相负载电流 2 负载对称时 ZAB ZBC ZCA Z 各相电流有效值相等 相位互差120 有效值为 1 负载不对称时 先算出各相电流 然后计算线电流 同理 负载对称时 三角形接法线 相电流的相位关系 负载对称时三角形接法的特点 负载对称三角形接法 负载两端的电压