電路第九章修改稿PPT課件

1、第1頁(yè)/共91頁(yè)第第9 9章章 正弦穩(wěn)態(tài)正弦穩(wěn)態(tài)電路的電路的分析分析 首首 頁(yè)頁(yè)本章內(nèi)容本章內(nèi)容正弦穩(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（ 9.2 相量圖相量圖 ）9.1第2頁(yè)/共91頁(yè)2. 2. 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析；正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析；3. 3. 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率分析。正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率分析。1. 1. 阻抗和導(dǎo)納；阻抗和導(dǎo)納；返 回學(xué)習(xí)重點(diǎn)學(xué)習(xí)重點(diǎn)第3頁(yè)/共91頁(yè)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(wú)源無(wú)源線性線性

2、 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) IU+- -zZIUZ| def iuzIUZ阻抗模阻抗模阻抗角阻抗角歐姆定律的相量歐姆定律的相量形式形式下 頁(yè)上 頁(yè)返 回第4頁(yè)/共91頁(yè)當(dāng)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)為當(dāng)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)為單個(gè)元件單個(gè)元件時(shí)有：時(shí)有：RIUZLXLIUZj jCXCIUZj 1jZ 可以是可以是實(shí)數(shù)實(shí)數(shù)，也可以是，也可以是虛數(shù)虛數(shù)。ICU+-下 頁(yè)上 頁(yè)IRU+-ILU+-表明表明 返 回第5頁(yè)/共91頁(yè)2.2. RLC串聯(lián)電路串聯(lián)電路KVL：. . . . . . . 1jjICILIRUUUUCLRIXXRICLRCL)( j)1( jIXR)j(zZXRCLRIUZj1jj下 頁(yè)上 頁(yè)LCRuuLuCi+-+-+

3、-+-uRR+-+-+-+-. Ij LULUCU. Cj1RU返 回第6頁(yè)/共91頁(yè)Z 復(fù)阻抗復(fù)阻抗；|Z| 復(fù)阻抗的復(fù)阻抗的模模；z 阻抗阻抗角角； R 電阻電阻( (阻抗的阻抗的實(shí)部實(shí)部) )；X電抗電抗( (阻抗的阻抗的虛部虛部) )。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(yè)上 頁(yè)返 回第7頁(yè)/共91頁(yè)I分析分析 R、L、C 串聯(lián)電路可得出：串聯(lián)電路可得出：（1）Z=R+j(L-1/C)=|Z|z 為復(fù)數(shù)，稱為復(fù)數(shù)，稱復(fù)阻抗復(fù)阻抗。（2 2）L 1/C ，X0， z0， -電路

4、為電路為感性感性，電壓超前電流電壓超前電流。0 i 下 頁(yè)上 頁(yè)相量圖相量圖：一般：一般選電流選電流為參考向量，為參考向量，CURULUUzUX電壓電壓三角三角形形2CL222)(UUUUUURXRj LeqXUR+-+-+-RU等效電路等效電路返 回第8頁(yè)/共91頁(yè)I（3 3）L1/C， X0， z U=5，分電壓分電壓大于大于總電壓?？傠妷?。相量圖相量圖注意注意ULUCUIRU-3.4返 回第12頁(yè)/共91頁(yè)3.3.導(dǎo)納導(dǎo)納正弦穩(wěn)態(tài)情況下正弦穩(wěn)態(tài)情況下S | yYUIY 定義導(dǎo)納定義導(dǎo)納uiyUIY 導(dǎo)納模導(dǎo)納模導(dǎo)納角導(dǎo)納角下 頁(yè)上 頁(yè)無(wú)源無(wú)源線性線性 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) IU+- -IYU+- -

5、返 回第13頁(yè)/共91頁(yè)ZYYZ1 , 1對(duì)同一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)對(duì)同一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò): :當(dāng)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)為當(dāng)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)為單個(gè)元件單個(gè)元件時(shí)有：時(shí)有：GRUIY1LBLUIYj j1CBCUIYj jY 可以是可以是實(shí)數(shù)實(shí)數(shù)，也可以是，也可以是虛數(shù)虛數(shù)。下 頁(yè)上 頁(yè)ICU+-IRU+-ILU+-表明表明 返 回第14頁(yè)/共91頁(yè)4. 4. RLC并聯(lián)電路并聯(lián)電路由由KCL：CLRIIII j1jUCULUG )j1j(UCLG )j(UBBGCL )j(UBGyYBGLCGUIYj1jj下 頁(yè)上 頁(yè)iLCRuiLiC+-iRR+- I jL ULI CI Cj1RI 返 回第15頁(yè)/共91頁(yè)Y復(fù)導(dǎo)納復(fù)導(dǎo)納；

6、|Y| 復(fù)導(dǎo)納的復(fù)導(dǎo)納的模模；y導(dǎo)納導(dǎo)納角角； G 電導(dǎo)電導(dǎo)( (導(dǎo)納的導(dǎo)納的實(shí)部實(shí)部) )；B 電納電納( (導(dǎo)納的導(dǎo)納的虛部虛部) )；轉(zhuǎn)換關(guān)系：轉(zhuǎn)換關(guān)系： arctan | | 22GBBGYy或或G=|Y|cos yB=|Y|sin y導(dǎo)納三角形導(dǎo)納三角形|Y|GB yuiyUIY下 頁(yè)上 頁(yè)返 回第16頁(yè)/共91頁(yè)（1）Y=G+j(C-1/L)=|Y|y 為復(fù)為復(fù)數(shù)，稱數(shù)，稱復(fù)導(dǎo)納復(fù)導(dǎo)納；（2 2）C 1/L，B0，y0，電路為電路為容性容性，電流超前電壓電流超前電壓。相量圖：相量圖：選電壓選電壓為參考向量，為參考向量，2222)(LCGBGIIIIIIUGI. CI. IyLI.

7、0u分析分析 R、L、C 并聯(lián)電路得出：并聯(lián)電路得出：RLC并聯(lián)電路會(huì)出現(xiàn)并聯(lián)電路會(huì)出現(xiàn)分電流大于總電流分電流大于總電流的現(xiàn)象的現(xiàn)象IB下 頁(yè)上 頁(yè)注意注意返 回第17頁(yè)/共91頁(yè)（3 3）C1/L，B0，y0，則則 B0, 電路電路 吸收功率吸收功率； p0, 0 , 感性感性，X0, 0，表示網(wǎng)絡(luò)吸收表示網(wǎng)絡(luò)吸收無(wú)功功率；無(wú)功功率；lQ0，表示網(wǎng)絡(luò)發(fā)出表示網(wǎng)絡(luò)發(fā)出無(wú)功功率。無(wú)功功率。lQ 的大小反映的大小反映網(wǎng)絡(luò)與外電路交換功率的速率網(wǎng)絡(luò)與外電路交換功率的速率。是由儲(chǔ)能元件是由儲(chǔ)能元件L、C的性質(zhì)決定的的性質(zhì)決定的)(VA : def伏伏安安單單位位UIS 下 頁(yè)上 頁(yè)電氣設(shè)備的容量電氣設(shè)

8、備的容量返 回第61頁(yè)/共91頁(yè)有功、無(wú)功、視在功率的關(guān)系：有功、無(wú)功、視在功率的關(guān)系：有功功率有功功率: : P=UIcos 單位：?jiǎn)挝唬篧無(wú)功功率無(wú)功功率: : Q=UIsin 單位單位：var視在功率視在功率: : S=UI 單位單位：VA22QPSSPQ功率三角形功率三角形下 頁(yè)上 頁(yè)返 回第62頁(yè)/共91頁(yè)5. R、L、C元件的有功功率和無(wú)功功率元件的有功功率和無(wú)功功率uiR+-PR =UIcos =UIcos0 =UI=I2R=U2/RQR =UIsin =UIsin0 =0PL=UIcos =UIcos90 =0QL =UIsin =UIsin90 =UI=I2XLiuC+-PC

9、=UIcos =UIcos(-90)=0QC =UIsin =UIsin (-90)= -UI= I2XC下 頁(yè)上 頁(yè)iuL+-返 回第63頁(yè)/共91頁(yè)6. 6. 任意阻抗的功率計(jì)算任意阻抗的功率計(jì)算uiZ+-PZ =UIcos =I2|Z|cos =I2RQZ =UIsin =I2|Z|sin =I2X I2(XLXC)=QLQC吸收無(wú)功為負(fù)吸收無(wú)功為負(fù)吸收無(wú)功為正吸收無(wú)功為正 0 022CCLLXIQXIQZIXRIQPS222222SPQZRX相似三角形相似三角形( (發(fā)出無(wú)功發(fā)出無(wú)功) )下 頁(yè)上 頁(yè)返 回第64頁(yè)/共91頁(yè)電感、電容的無(wú)功補(bǔ)償作用電感、電容的無(wú)功補(bǔ)償作用 t iouL

10、 L發(fā)出發(fā)出功率時(shí)，功率時(shí)，C剛剛好好吸收吸收功率，與外電路功率，與外電路交換功率交換功率為為 pL+pC。L、C的無(wú)功具有的無(wú)功具有互相補(bǔ)償互相補(bǔ)償?shù)淖饔?。的作用?t iouCpLpC下 頁(yè)上 頁(yè)LCRuuLuCi+-+-+-返 回注意注意第65頁(yè)/共91頁(yè)電壓、電流的有功分量和無(wú)功分量：電壓、電流的有功分量和無(wú)功分量：以以感性負(fù)載感性負(fù)載為例為例IUUIPRcosGUIUIPcos I UBI GI I URU XU IUUIQXsin的無(wú)功分量的無(wú)功分量為為稱稱的有功分量的有功分量為為稱稱 XUUUURBUIUIQsin的無(wú)功分量的無(wú)功分量為為稱稱的有功分量的有功分量為為稱稱 IIII

11、BG下 頁(yè)上 頁(yè)RX+_+_+_URUXU IGB+_GI IBI U返 回第66頁(yè)/共91頁(yè)IUUIPRcosGUIUIPcosIUUIQXsinBUIUIQsinIUUUIQPSXR2222IUIIUQPSBG2222SPQZRX相似三角形相似三角形IIGIBUURUX下 頁(yè)上 頁(yè)返 回第67頁(yè)/共91頁(yè)反映反映電源電源和和負(fù)載負(fù)載之間之間交換能量的速率交換能量的速率。maxmax2m222221212 )2( WfWLIILLIXIQTLL無(wú)功的物理意義無(wú)功的物理意義: :下 頁(yè)上 頁(yè)返 回第68頁(yè)/共91頁(yè)例1 三表法測(cè)線圈參數(shù)。三表法測(cè)線圈參數(shù)。已知：已知：f=50Hz，且測(cè)得且測(cè)得

12、U=50V，I=1A，P=30W。解法 1VA50150UISvar40 30502222PSQ301302IPR401402IQXLH127. 010040LXL下 頁(yè)上 頁(yè)RL+_U IZWAV*返 回第69頁(yè)/共91頁(yè)30130 222IPRRIP解法 2 50150|IUZ又又22)(|LRZH127. 03144030503141|12222RZL cosUIP 6 . 015030cosUIP50150|IUZ300.650cosZR408 . 050sin|LZX下 頁(yè)上 頁(yè)解法 3 返 回第70頁(yè)/共91頁(yè)已知：電動(dòng)機(jī)已知：電動(dòng)機(jī) PD=1000W，U=220，f =50Hz，

13、C =30F cosD=0.8，求：負(fù)載電路求：負(fù)載電路的功率因數(shù)的功率因數(shù)。A68. 58 . 02201000cosDDDUPI例2解oDD8 .36 ,0.8(cos ）感感性性o0220 U設(shè)設(shè)08. 2 jj0220 , 8 .3668. 5ooDCIICoD3 .1673. 433. 1 j54. 4 CIII 96. 0)3 .16(0coscos oo下 頁(yè)上 頁(yè)+_DCUICIDI返 回第71頁(yè)/共91頁(yè) 第十一周（下 ） 4344課時(shí)第72頁(yè)/共91頁(yè)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 ( (額定額定) )向負(fù)載送多少有功要由負(fù)載向負(fù)載送多少有功

14、要由負(fù)載的阻抗角決定。的阻抗角決定。P=UIcos=Scoscos =1, P=S=75kWcos =0.7, P=0.7S=52.5kW一般用戶：一般用戶： 異步電機(jī)異步電機(jī) 空載空載 cos =0.20.3 滿載滿載 cos =0.70.85 日光燈日光燈 cos =0.450.6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(lái)的問(wèn)題：功率因數(shù)低帶來(lái)的問(wèn)題：下 頁(yè)上 頁(yè)S75kVA負(fù)載負(fù)載返 回第73頁(yè)/共91頁(yè) 當(dāng)輸出相同的有功功率時(shí)，線路上電流大當(dāng)輸出相同的有功功率時(shí)，線路上電流大，I=P/(Ucos)，線路壓降損耗大

15、。線路壓降損耗大。 UI1I2 cosUIP cos I解決辦法解決辦法： （1 1）高壓傳輸；）高壓傳輸； （2 2）改進(jìn)自身設(shè)備；）改進(jìn)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) 。 U下 頁(yè)上 頁(yè)i+-uZ返 回第74頁(yè)/共91頁(yè)并聯(lián)電容分析CI ULI1I2 并聯(lián)電容并聯(lián)電容后，原負(fù)載的電壓和電流不變，后，原負(fù)載的電壓和電流不變，吸收的有功功率和無(wú)功功率不變，即：吸收的有功功率和無(wú)功功率不變，即：負(fù)載的負(fù)載的工作狀態(tài)不變工作狀態(tài)不變。但。但電路的功率因數(shù)提高電路的功率因數(shù)提高了。了。特點(diǎn)特點(diǎn)下 頁(yè)上 頁(yè)LRCUILICI+_返 回第75頁(yè)/共91頁(yè)并聯(lián)電容的確

16、定：并聯(lián)電容的確定：21sinsin IIILC補(bǔ)償補(bǔ)償容量容量不同不同全全不要求不要求( (電容設(shè)備投資增加電容設(shè)備投資增加, ,經(jīng)濟(jì)效經(jīng)濟(jì)效 果不明顯果不明顯) )。欠欠過(guò)過(guò)功率因數(shù)又由高變低功率因數(shù)又由高變低( (性質(zhì)不同性質(zhì)不同) )。代入得代入得將將 cos , cos 12UPIUPIL)tgtg( 21UPCUIC)tgtg(212UPC下 頁(yè)上 頁(yè)CI ULI1I2返 回適當(dāng)提高功率因數(shù)。適當(dāng)提高功率因數(shù)。第76頁(yè)/共91頁(yè)并聯(lián)電容也可以用功率三角形確定：并聯(lián)電容也可以用功率三角形確定：12PQCQLQ)tgtg( )tgtg( 212221CUPCCUQPQQQCL從功率角度

17、看從功率角度看并聯(lián)電容后，電源向負(fù)載輸送的有功并聯(lián)電容后，電源向負(fù)載輸送的有功UIL cos1=UI cos2不變，但是電源向負(fù)載輸送的無(wú)功不變，但是電源向負(fù)載輸送的無(wú)功UIsin2UILsin1減少了，減少了，減少的這部分無(wú)功由電容減少的這部分無(wú)功由電容“產(chǎn)生產(chǎn)生”來(lái)補(bǔ)償來(lái)補(bǔ)償，使感使感性負(fù)載吸收的無(wú)功不變，而功率因數(shù)得到改善性負(fù)載吸收的無(wú)功不變，而功率因數(shù)得到改善。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回第77頁(yè)/共91頁(yè)已知：已知：f=50Hz, U=220V, P=10kW, cos1=0.6，要，要使功率因數(shù)提高到使功率因數(shù)提高到0.9 , , 求并聯(lián)電容求并聯(lián)電容C，并聯(lián)前并聯(lián)前后電路的總電流各為多大？

18、后電路的總電流各為多大？o1113.53 6 . 0cos例解o2284.25 9 . 0cos F 557 )84.25tg13.53tg(2203141010 )tgtg(23212UPCA8 .756 . 02201010cos31UPIIL未并電容時(shí)：未并電容時(shí)：并聯(lián)電容后：并聯(lián)電容后：A5 .509 . 02201010cos32UPI下 頁(yè)上 頁(yè)LRCUILICI+_返 回第78頁(yè)/共91頁(yè)若要使功率因數(shù)從若要使功率因數(shù)從0.9再提高到再提高到0.95 , , 試問(wèn)還應(yīng)增試問(wèn)還應(yīng)增加多少并聯(lián)電容加多少并聯(lián)電容，此時(shí)電路的總電流是多大？此時(shí)電路的總電流是多大？o2219.18 95.

19、 0cos解o1184.25 9 . 0cos F 103 )8.191tg5.842tg(2203141010 )tgtg(23212UPCA8 .4795. 022010103I cos 提高后，線路上總電流減少，但繼提高后，線路上總電流減少，但繼續(xù)提高續(xù)提高cos 所需電容很大，增加成本，總電流減所需電容很大，增加成本，總電流減小卻不明顯。因此小卻不明顯。因此一般將一般將cos 提高到提高到0.9即可即可。下 頁(yè)上 頁(yè)注意 返 回第79頁(yè)/共91頁(yè)9.5 9.5 復(fù)功率復(fù)功率1. 1. 復(fù)功率復(fù)功率功功率率”來(lái)來(lái)計(jì)計(jì)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

20、IUS UI負(fù)載+_定義：定義： jsinjcos )( QPUIUISUIUISiu XIRIX)I(RZIIIZIUS2222*jj 也可表示為：也可表示為： )(or *2* YUYUUYUUIUS下 頁(yè)上 頁(yè)返 回第80頁(yè)/共91頁(yè).守恒守恒 視在功率 視在功率復(fù)功率守恒,復(fù)功率守恒,不2121 SSSUUU下 頁(yè)上 頁(yè)結(jié)論 S 是復(fù)數(shù)，而不是相量是復(fù)數(shù)，而不是相量，它不對(duì)應(yīng)任意正弦量；，它不對(duì)應(yīng)任意正弦量；00 11bkkbkkQP 0)j(11bkkbkkkSQP注意 把把 P、Q、S 聯(lián)系在一起，它的聯(lián)系在一起，它的實(shí)部是平均實(shí)部是平均功率，虛部是無(wú)功功率，模是視在功率功率，虛部

21、是無(wú)功功率，模是視在功率；S復(fù)功率復(fù)功率滿足守恒定理滿足守恒定理：在正弦穩(wěn)態(tài)下，任一電：在正弦穩(wěn)態(tài)下，任一電路的所有支路吸收的路的所有支路吸收的復(fù)功率之和為零復(fù)功率之和為零。即。即返 回第81頁(yè)/共91頁(yè)求電路各支路的復(fù)功率求電路各支路的復(fù)功率V)1 .37(236 010 ooZU例 解1)15j5/()25j10(ZVA 1424j1882010)1 .37(236 oo發(fā)SVA 1920j768)25j101(236 *2*121YUS吸VA 3345j1113 *222YUS吸發(fā)吸吸SSS21 下 頁(yè)上 頁(yè)+_U100o A10j255-j151I2I返 回第82頁(yè)/共91頁(yè)A )3

22、.105(77. 815j525j1015j5010 oo1I解2A 5 .3494.14 o12IIISVA 1923j769)25j10(77. 8 21211ZIS吸VA 3348j1116)15j5(94.14 22222ZIS吸VA 1423j1885 )25j10)(3 .105(77. 810 o*11SIZIS發(fā)下 頁(yè)上 頁(yè)返 回第83頁(yè)/共91頁(yè)9.6 9.6 最大功率傳輸最大功率傳輸Zi= Ri + jXi， ZL= RL + jXL2Li2LiSLiS)()( , XXRRUIZZUI2Li2Li2SL2L)()( XXRRURIRP有功功率有功功率負(fù)載有有源源網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)等

23、效電路等效電路下 頁(yè)上 頁(yè)S UZLZiI+-返 回第84頁(yè)/共91頁(yè)正弦電路中負(fù)載獲得最大功率正弦電路中負(fù)載獲得最大功率Pmax的條件的條件若若ZL= RL + jXL可任意改變可任意改變 a)a)先先設(shè)設(shè) RL 不變，不變，XL 改變改變顯然，當(dāng)顯然，當(dāng)Xi + XL=0，即即XL =-Xi時(shí)時(shí)，P 獲得最大值。獲得最大值。2Li2SL)(RRURPb)b)再討論再討論 RL 改變時(shí)，改變時(shí)，P 的最大值的最大值i2Smax4RUP2Li2Li2SL)()(XXRRURP下 頁(yè)上 頁(yè)討論討論 當(dāng)當(dāng)RL= Ri 時(shí)，時(shí)，P 獲得最大值獲得最大值RL= RiXL =-XiZL= Zi*最佳最佳匹配匹配條件條件返 回第85頁(yè)/共91頁(yè)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：Xi + XL=0，即即 XL =-Xi 2Li2SLmax)(RRURP最大功率為最大功率為若若ZL= RL為純電阻為純電阻負(fù)載獲得的功率為：負(fù)載獲得的功率為：2i2LiSLiS)( , XRRUIRZUI電