电路章答疑资料PPT课件

1、第五章第五章 正弦电流电路导论正弦电流电路导论1.1.知识要点知识要点电容元件电容元件电感元件电感元件耦合电感元件耦合电感元件基尔霍夫定律和电路基尔霍夫定律和电路元件的相量形式元件的相量形式正弦电路的基本概念正弦电路的基本概念阻抗和导纳阻抗和导纳正弦电流电正弦电流电路导论路导论第1页/共40页2.重点、难点解读重点、难点解读2.1 正弦电压和电流的基本概念正弦电压和电流的基本概念2.1.1 基本概念基本概念)sin(2)sin()(uumtUtUtu )sin(2)sin()(iimtItIti Um，Im：正弦量的幅值，最大值（振幅、峰值）：正弦量的幅值，最大值（振幅、峰值）U，I：正弦量的

2、有效值：正弦量的有效值IIUUmm2 2第2页/共40页 ：正弦量的：正弦量的初相角初相角，即，即t=0时的相位角，它决定正时的相位角，它决定正弦量在零时刻的起始值。弦量在零时刻的起始值。ui ：正弦量的：正弦量的角频率角频率，是衡量正弦量变化快慢的量，即，是衡量正弦量变化快慢的量，即每秒变化的弧度数。每秒变化的弧度数。22fT 2.1.1 基本概念基本概念)sin(2)sin()(uumtUtUtu )sin(2)sin()(iimtItIti 单位：弧度单位：弧度/秒秒 （rad/s）注：注：幅值幅值、角频率角频率、初相初相称为正弦量的称为正弦量的三要素三要素。第3页/共40页 tt121

3、212 mutUt111sin 222sinmutUt 1 2 = ，则称，则称u1(t) 与与u2(t) 反相反相 0120180u同频率同频率正弦量之间的相位差正弦量之间的相位差 1 20 ，u1(t)在相位上在相位上超前超前于于u2(t) 1 20， u1(t)在相位上在相位上滞后滞后于于u2(t) 1 2=0 ，u1(t) 与与u2(t) 同相同相 第4页/共40页2.1.2正弦量的向量表示法正弦量的向量表示法)sin(2)sin()(uumtUtUtu UUm2jummmuUU eU juuUUeU u相量相量 相量是把正弦量的相量是把正弦量的幅值或有效值幅值或有效值与与初相初相集中

4、表示的集中表示的复复数数。相量的本质是复数，用相量表示正弦量的基础是用复。相量的本质是复数，用相量表示正弦量的基础是用复数表示正弦量。数表示正弦量。时域形式：时域形式：相量形式：相量形式：（最大值相量）（最大值相量）（有效值相量）（有效值相量）第5页/共40页( )sin()muu tUtjummmuUU eU juuUUeU 或或( )sin()mii tItjimmmiII eI jiiIIeI 或或u正弦量与相量的互换正弦量与相量的互换正弦量正弦量相量相量第6页/共40页( )mUu t ( )mIi t 正弦量的相量为正弦量的相量为复常数，模复常数，模为对应为对应正弦量的最大值或有效正

5、弦量的最大值或有效值值，幅角幅角为对应的为对应的初相角初相角。已知时间正弦量可唯一确定对应的相量，而已知时间正弦量可唯一确定对应的相量，而相量相量只包含了只包含了正弦量的正弦量的两个两个要素。要素。相量运算与复数运算相同，但必须是相量运算与复数运算相同，但必须是同频率同频率的相量才能进的相量才能进行运算。行运算。正弦量的相量只是用来正弦量的相量只是用来表征表征正弦量的复数，它并正弦量的复数，它并不等不等于正于正弦量，即弦量，即注意：注意：第7页/共40页人为地设定初相角人为地设定初相角 的正弦量的正弦量. .0u参考正弦量参考正弦量u相量图相量图2.1.2正弦量的向量表示法正弦量的向量表示法在

6、复平面上用以表示正弦量的在复平面上用以表示正弦量的矢量图矢量图，称为相量图。，称为相量图。只有只有同频率同频率的相量才能在同一复平面内作相量图。的相量才能在同一复平面内作相量图。注意：注意：第8页/共40页KCLKVL时域形式时域形式 相量形式相量形式2.2 基尔霍夫定律和电路元件的相量形式基尔霍夫定律和电路元件的相量形式( )0i t ( )0u t 0I 0 U2.2.1基尔霍夫定律的相量形式基尔霍夫定律的相量形式第9页/共40页2.2.2 二端元件伏安关系的相量形式与相量图二端元件伏安关系的相量形式与相量图u电阻元件电阻元件 )()(tRituR RURI 时域形式时域形式 相量形式相量

7、形式 相量图相量图 RURIui 有效值关系有效值关系相角关系相角关系第10页/共40页u电容元件电容元件 时域形式时域形式 相量形式相量形式 相量图相量图( )( )CCdutitCdt 1jCUIC CCICU 有效值关系有效值关系090iu 相角关系相角关系第11页/共40页u电感元件电感元件 时域形式时域形式 相量形式相量形式 相量图相量图dttdiLtuL)()( j LULI 有效值关系有效值关系090 ui 相角关系相角关系 LLULI 第12页/共40页时域形式时域形式相量形式相量形式VCVSVCCSCCCSCCVSu受控源受控源21( )( )mi tg u t21( )(

8、)i ti t21( )( )mu tr i t21( )( )u tu t21 mUr I21II 21 mIg U21UU 第13页/共40页u耦合电感元件耦合电感元件 dttdiMdttdiLtu)()()(2111dttdiLdttdiMtu)()()(2212 1112UjL IjMI2122UjMIjL I相量形式：相量形式：时域形式：时域形式：第14页/共40页同向串联同向串联j jj j1122()()LLU LM IU LM I 0 Mj jj j1212(2)LLeqUUU LLM IL I | 2 21MLLLeq u耦合电感元件耦合电感元件 第15页/共40页j jj

9、j1122()()LLU LM IU LM I 0 Mj j| |j j1212(2|)LLeqUUU LLMIL I | 2 21MLLLeq反向串联反向串联u耦合电感元件耦合电感元件 第16页/共40页jjjjjjjj11212212UL IMIUMIL IIII0 Mjjjj212122eqL LMUZLILLM MLLMLLLeq221221同向并联同向并联u耦合电感元件耦合电感元件 第17页/共40页11212212j jj jUL IMIUMIL IIII0 MeqLjMLLMLLjIUZ 221221 MLLMLLLeq221221反向并联反向并联u耦合电感元件耦合电感元件 第1

10、8页/共40页u耦合电感元件耦合电感元件 互感消去法互感消去法去耦等效电路去耦等效电路单侧同名端连接单侧同名端连接第19页/共40页u耦合电感元件耦合电感元件 互感消去法互感消去法去耦等效电路去耦等效电路单侧异名端连接单侧异名端连接第20页/共40页21LLMkdef 耦合系数耦合系数 1 紧耦合紧耦合松耦合松耦合全耦合全耦合k1k接近接近1k1u耦合电感元件耦合电感元件 第21页/共40页 2121212111InIUnUininuu或或（注：端口电流、电压取（注：端口电流、电压取一致参考方向，电流均从一致参考方向，电流均从同名端流入或流出）同名端流入或流出）特征方程：特征方程：n：变比：变

11、比21NNn 初级匝数初级匝数次级匝数次级匝数u理想变量器理想变量器第22页/共40页2211iuiu 输入理想变量器的瞬时功率：输入理想变量器的瞬时功率：0)1(2222 iuinnu理想变量器是一个既不储存能量又理想变量器是一个既不储存能量又不消耗能量的理想二端口元件不消耗能量的理想二端口元件 u理想变量器理想变量器第23页/共40页11IUZi 理想变量器的阻抗变换理想变量器的阻抗变换 21211InIUnULZnIUnInUn2222221 u理想变量器理想变量器第24页/共40页0 IUZdef j jj juiUeIe j)( j|eZeIUiu IUZ iu 阻抗的模阻抗的模阻抗

12、角阻抗角N呈电阻性呈电阻性0 0 N呈感性呈感性N呈容性呈容性2.2 阻抗与导纳阻抗与导纳2.3.1阻抗阻抗第25页/共40页RXj jjcosjsinZZ eZZ 阻抗三角形阻抗三角形R称为等效电阻称为等效电阻 ，X称为等效电抗称为等效电抗（单位：（单位：）22XRZ RXarctan 2.3.1阻抗阻抗第26页/共40页+_UIIZU RjXUIXURU电压三角形电压三角形(j)jRX IRIXIRXUU +_+RU XU 注意：电压三角形与阻抗三角形是相似三角形注意：电压三角形与阻抗三角形是相似三角形2.3.1阻抗阻抗第27页/共40页电阻电阻 、电感、电容的阻抗分别为：、电感、电容的阻

13、抗分别为：RZR jLZL 1jCZC 2.3.1阻抗阻抗第28页/共40页j()|Y e UIYdef j()iuIeU cos()jsin() jYYGBG称为等效电导，称为等效电导，B称为等效电纳称为等效电纳导纳三角形导纳三角形（单位：（单位：s）|IYU ui22|YGB2.3.2导纳导纳第29页/共40页+_UIIGjBUGIBIUYI (j )jGB UGUBUGBII电流三角形电流三角形GIBI2.3.2导纳导纳第30页/共40页2222jRXRXRX 11jYZRX 在一般情况下在一般情况下 XBRG11 2222RXGBRXRX 2.3.2导纳和阻抗的关系导纳和阻抗的关系第3

14、1页/共40页第六章第六章 正弦电流电路的分析正弦电流电路的分析1.1.知识要点知识要点正弦稳态电路分析正弦稳态电路分析相量法相量法正弦电流电路中的功率正弦电流电路中的功率RLC串联谐振与并联谐振特性比较串联谐振与并联谐振特性比较正弦电流电正弦电流电路的分析路的分析第32页/共40页2.重点、难点解读重点、难点解读2.1正弦稳态电路分析正弦稳态电路分析相量法相量法分析方法分析方法一般步骤一般步骤节点分析法节点分析法1. 将时域内的电路模型转化为将时域内的电路模型转化为频域相量频域相量模型：模型： 电流、电压用相量表示；电流、电压用相量表示； 电阻、电容、电感用对应的阻抗或导纳表示电阻、电容、电

15、感用对应的阻抗或导纳表示2. 根据相量电路模型节后的特点，选用适合、根据相量电路模型节后的特点，选用适合、简便的分析计算方法，列出电路相量方程求简便的分析计算方法，列出电路相量方程求解。解。3. 将所求得的电压、电流相量进行反变换，即将所求得的电压、电流相量进行反变换，即得所求电压、电流得所求电压、电流的正弦时间函数表达式。的正弦时间函数表达式。回路分析法回路分析法叠加定理叠加定理戴维宁定理戴维宁定理诺顿定理诺顿定理相量图法相量图法支路电流法支路电流法互易定理互易定理特勒根定理特勒根定理第33页/共40页2.2正弦电流电路中的功率正弦电流电路中的功率名称名称计算公式计算公式单位单位瞬时功率瞬时

16、功率W有功（平有功（平均）功率均）功率1. 说明：说明： U，I分别为二端网络端口分别为二端网络端口电压与电流有效值；电压与电流有效值； 2. P = 端口处电源提供的平均功率端口处电源提供的平均功率 =网络内部网络内部各电阻消耗各电阻消耗的平均功的平均功 率的总和率的总和W无功功率无功功率Var视在功率视在功率VA复功率复功率VA( )( ) ( )p tu t i t cosPUIuisinUIQ mmIUUIS21*=S UIPjQ第34页/共40页注意：注意： 瞬时功率是时间的函数，它说明正弦电流电路中能量并非单方向传送。瞬时功率是时间的函数，它说明正弦电流电路中能量并非单方向传送。

17、平均（有功）功率是常数，表示二端网络实际消耗的功率，可用功率表测平均（有功）功率是常数，表示二端网络实际消耗的功率，可用功率表测量。量。 无功功率表示二端网络与电源之间能量往返交换的最大值，可用无功功率无功功率表示二端网络与电源之间能量往返交换的最大值，可用无功功率表测量。表测量。 视在功率常用于表示电源设备的容量，它既是平均功率的最大值，也是无视在功率常用于表示电源设备的容量，它既是平均功率的最大值，也是无功功率的最大值。功功率的最大值。 复功率是功率分析中的辅助计算量，他可以将平均功率、无功功率、视在复功率是功率分析中的辅助计算量，他可以将平均功率、无功功率、视在功率及功率因数角联系起来。

18、功率及功率因数角联系起来。第35页/共40页u最大功率问题最大功率问题负载吸收最大功率的条件为负载吸收最大功率的条件为 iZZisiismRURRRUP4)(222 最大功率为最大功率为第36页/共40页串联谐振串联谐振并联谐振并联谐振电路图电路图谐振谐振频率频率等效阻等效阻抗抗Z Z(j (j ) )Z(j 0)=R最小最小Y(j 0)=G最小最小谐振谐振电流电流 最大最大与电源电压同相位与电源电压同相位最大最大 与电源电流同相位与电源电流同相位uRLCRLC串联谐振与并联谐振特性比较串联谐振与并联谐振特性比较LC10 LCf 210 LC10 LCf 210 0sUIR sUI R 第37页/共40页串联谐振串联谐振并联谐振并联谐振突出突出特点特点品质品质因数因数000000 CLCLUUUU000000 CLCLIIII00001LsCs LUQRUU C