西安科技大學(xué)電路教案ch9教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)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(zhì)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(xué)目的：通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握將電路的時(shí)域模型轉(zhuǎn)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(jì)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(wú)功功率、視在功率及功率因數(shù)的物理意義和計(jì)算方法；3.掌握復(fù)功率的計(jì)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(diǎn)：1. 正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量分析法2. 有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)難點(diǎn)： 無(wú)功功率、功率因數(shù)內(nèi)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(fù)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(fù)習(xí)舊課：正弦量表示相量簡(jiǎn)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(dǎo)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(lái)。這是因?yàn)閮烧咴谛问缴鲜窍嗤?，?/p>

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(guò)程示意建立含微分方程的電路方程得時(shí)域響應(yīng)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(fù)數(shù)形式電路方程得相量域響應(yīng)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(jù)兩類約束的相量形式列寫出電路方程，并求解；分析計(jì)算時(shí)要充分利用相量圖；如有需要，根據(jù)相量形式寫出對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)值解析式。下面以舉例的方式說(shuō)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(wǎng)孔法求解。（a） （b）圖9-1 例9-1圖解 首先將時(shí)域模型轉(zhuǎn)化為相量模型，因?yàn)?，所?/p>

4、，相量模型如圖9-1（b）所示。在圖中，設(shè)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(jié)點(diǎn)法求電流。圖9-2 例9-2圖解 以結(jié)點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)結(jié)點(diǎn)1、2的結(jié)點(diǎn)分別為和，則結(jié)點(diǎn)電壓方程為代入數(shù)據(jù)，化簡(jiǎn)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(dāng)單獨(dú)作用時(shí)，電路的相量模型如圖9-3（a）所示，當(dāng)單獨(dú)作用時(shí)，電路的相量模型如圖（b）所示。在圖（a）中，設(shè)回路電流分別為、，則電路方程分別為解得：，。 在圖（b）中，設(shè)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(jì)算的結(jié)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(shí)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(jié)點(diǎn)電壓法和歐姆定律，有將代入式，得將一端口內(nèi)部的獨(dú)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(gè)電壓，求電流，則。由圖知解得。例9-5 電路如圖所示，已知，問(wèn)R為何值時(shí)，可使與相位差為 。圖9-5 例9-5圖解 由阻抗串并聯(lián)關(guān)系、歐姆定律以及分流公式，有 欲使與相位差為，則分母的實(shí)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(jié):本節(jié)課主要講授了正弦穩(wěn)態(tài)復(fù)雜電路的分析方法。這是后續(xù)課程的基礎(chǔ)，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(fù)功率課題：9-2 正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率，9-3 復(fù)功率目的要求：掌握有功功率、無(wú)功功率、視在功率及功率因數(shù)的物理意義和計(jì)算方法；和復(fù)功率的計(jì)算；復(fù)習(xí)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(shí)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?qū)﹄娐穬?nèi)部關(guān)聯(lián)下，其吸收瞬時(shí)功率若設(shè)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(shí)輸入該正弦穩(wěn)態(tài)一端口電路的瞬時(shí)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(shí)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(shí)功率在一個(gè)周期上的平均值， 可見：（1）. P是一個(gè)常量，由有效值U、I及，三者乘積確定，量綱：W（2）. 當(dāng)P0時(shí)，表示該一端口電路吸收平均功率P；當(dāng)P0時(shí)，表示該一端口電路發(fā)出平均功率|P|。（3）. 單一無(wú)源元件的平均功

8、率：，。，始終消耗功率。2.功率因數(shù)定義： 當(dāng)正弦穩(wěn)態(tài)一端口電路內(nèi)部不含獨(dú)立源時(shí)，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(wǎng)絡(luò)，I滯后U指感性網(wǎng)絡(luò)。三、無(wú)功功率正弦穩(wěn)態(tài)一端口電路內(nèi)部與外部能量交換的最大速率(即瞬時(shí)功率可逆部分的振幅)定義為無(wú)功功率Q，即可見：1. Q也是一個(gè)常量，由U、I及三者乘積確定，量綱：乏2. 吸收無(wú)功功率 發(fā)出無(wú)功功率三視在功率（表觀功率）反映電源設(shè)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(guān)系 S 2P 2+Q 2即有 功率三角形六 復(fù)功率1.復(fù)功率：用相量域的電壓、電流直接求功率。沒有實(shí)際的物理意義只是為

9、了方便計(jì)算引入的復(fù)數(shù)。設(shè)一端口的電壓相量為，電流相量為，則復(fù)功率的定義為 2. 功率守恒情況：瞬時(shí)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(nèi)各電阻所吸收的平均功率之和。無(wú)功功率守恒：在一端口正弦穩(wěn)態(tài)電路吸收的總無(wú)功功率等于電路內(nèi)各電感和電容吸收的無(wú)功功率之和。復(fù)功率守恒： 在一端口正弦穩(wěn)態(tài)電路中，總復(fù)功率等于該電路各部分的復(fù)功率之和。視在功率不守恒：應(yīng)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?yàn)橐话闱闆r下復(fù)數(shù)之和的模不等于復(fù)數(shù)的模之和。例1 已知阻抗，設(shè)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(guò)阻抗的電流。設(shè)阻抗上的電

10、壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向，由相量域歐姆定律，有小結(jié)：本節(jié)內(nèi)容主要講授的正弦穩(wěn)態(tài)電路的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)的概念和計(jì)算，需要大家掌握。復(fù)功率為了計(jì)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(fù)習(xí)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(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器等）的利用率。例如，容量為15000KVA

11、的發(fā)電機(jī)，若功率因數(shù)由0.6提高到0.8時(shí)，就可以使發(fā)電機(jī)實(shí)際發(fā)電能力提高3000KW。2.提高功率因數(shù)的方法：在感性負(fù)載兩端并聯(lián)電容。例 有一電動(dòng)機(jī)（感性）負(fù)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(fù)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(wú)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?yàn)橹挥须娮柘挠泄β?，所以并?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(fù)載中的電流也不變，則由相量圖知再利用，結(jié)合上式，有 (9-12)代入數(shù)據(jù)得。 （2）因?yàn)楣β什蛔?，則并聯(lián)電容前，電源提供的電流和無(wú)功功率分別為并聯(lián)電容后，電源提供的電流和無(wú)功功率分別為可見，感性負(fù)載并聯(lián)電容后，無(wú)功功率變小了，從而減少了電源與負(fù)載之間的能量交換，感性負(fù)載所需無(wú)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(fù)載吸收的無(wú)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(wú)功分量的無(wú)功分量情況1：情況2：IC沒有必要將補(bǔ)償?shù)?電路情況3：沒有必要將補(bǔ)償?shù)饺菪噪娐沸〗Y(jié)：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(fù)載在什么條件下能獲得最大平均功率。這類問(wèn)題可以歸結(jié)為一個(gè)有源一端口正弦穩(wěn)態(tài)電路向負(fù)載傳送平均功率的問(wèn)題。+_ZLZeq+即時(shí)，ZL可獲最大平均功率（a） （b）圖9-10 最大功率傳輸設(shè)， 可獨(dú)立變化， 可變，不變， 不變，可變 。一可獨(dú)立變化 ， 共軛匹配此時(shí) 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(shí)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?yàn)?，故。時(shí)，負(fù)載獲得最大功率，（a） （b） （c）圖9-11 例9-9圖本章小結(jié):根據(jù)相量域的分析方法，所列的電路方程為復(fù)數(shù)方程，求出的響應(yīng)為相量域響應(yīng)，響應(yīng)為復(fù)數(shù)形式。對(duì)于簡(jiǎn)單的電路，可以用相量圖直接求解。除瞬時(shí)功率外，還有平均功率（有功功率）、無(wú)功功率、視在功率和復(fù)功率等。一般并不關(guān)心瞬時(shí)功率，而更關(guān)心有功功率、無(wú)功功率和視在功率。平均功率反映了電路實(shí)際消耗的功率；無(wú)功功率