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文檔簡介
問題的提出:日常生活中很多負載為感性的,其等效電路及相量關系如下圖。uiRLCOSI當U、P
一定時,希望將COS提高2.3.4功率因數(shù)的提高P=PR=UICOS其中消耗的有功功率為:125負載iu說明: 由負載性質決定。與電路的參數(shù)和頻率有關,與電路的電壓、電流無關。功率因數(shù)和電路參數(shù)的關系RZ126例40W白熾燈40W日光燈發(fā)電與供電設備的容量要求較大
供電局一般要求用戶的
,否則受處罰。
127純電阻電路R-L-C串聯(lián)電路純電感電路或純電容電路電動機空載滿載
日光燈
(R-L-C串聯(lián)電路)常用電路的功率因數(shù)128提高功率因數(shù)的原則:
必須保證原負載的工作狀態(tài)不變。即:加至負載上的電壓和負載的有功功率不變。提高功率因數(shù)的措施:uiRL并電容C129并聯(lián)電容值的計算uiRLC設原電路的功率因數(shù)為cosL,要求補償?shù)絚os
須并聯(lián)多大電容?(設U、P
為已知)130分析依據(jù):補償前后P、U不變。由相量圖可知:(圖見教材144)131iuRLC132呈電容性。呈電感性問題與討論功率因數(shù)補償?shù)绞裁闯潭??理論上可以補償成以下三種情況:功率因素補償問題(一)呈電阻性133結論:在角相同的情況下,補償成容性要求使用的電容容量更大,經(jīng)濟上不合算,所以一般工作在欠補償狀態(tài)。感性(較小)容性(較大)功率因數(shù)補償成感性好,還是容性好?一般情況下很難做到完全補償(即:)過補償欠補償C
較大134功率因素補償問題(二)并聯(lián)電容補償后,總電路的有功功率是否改變?問題與討論R定性說明:電路中電阻沒有變,所以消耗的功率也不變。<<通過計算可知總功率不變。I、其中135功率因數(shù)補償問題(三)提高功率因數(shù)除并電容外,用其他方法行不行?補償后RL串電容行否補償前RLC問題與討論136串電容功率因數(shù)可以提高,甚至可以補償?shù)?,但不可以這樣做!原因是:在外加電壓不變的情況下,負載得不到所需的額定工作電壓及電流。同樣,電路中串、并電感或電阻也不能用于功率因數(shù)的提高。其請自行分析。RLC137§2.4正弦交流電路的頻率特性2.4.1諧振現(xiàn)象2.4.2網(wǎng)絡的頻率特性
138含有電感和電容的電路,如果無功功率得到完全補償,使電路的功率因數(shù)等于1,即:u、i
同相,便稱此電路處于諧振狀態(tài)。諧振串聯(lián)諧振:L
與C
串聯(lián)時
u、i
同相并聯(lián)諧振:L
與C
并聯(lián)時
u、i
同相諧振電路在無線電工程、電子測量技術等許多電路中應用非常廣泛。諧振概念:2.4.1諧振現(xiàn)象139一、串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振的條件RLC串聯(lián)諧振電路、同相若令:則:諧振串聯(lián)諧振的條件是:140當時,諧振時:、該系數(shù)設為Q則UC=UL=QU141諧振頻率:
142串聯(lián)諧振的特點U、I
同相當時當電源電壓一定時:UC、UL將大于電源電壓U,為Q倍U=QUL=QUC143品質因數(shù)——Q
值
定義:電路處于串聯(lián)諧振時,電感或電容上的電壓和總電壓之比。諧振時:Q的物理意義為諧振時電路中儲能與耗能之比。注意區(qū)別于無功功率Q。144串聯(lián)諧振特性曲線I諧振電流諧振頻率下限截止頻率上限截止頻率通頻帶145關于諧振曲線的討論(a)
不變,變化。(b)
不變,變化。分以下兩種情況:146諧振曲線討論(之一)結論:R的變化引起變化
R愈大愈?。ㄟx擇性差)
R愈小愈大(選擇性好)R小R大不變,變化。(1)不變
即LC不變R改變改變(2),U不變147分析:(1)不變即U、R不變(2)改變結論:LC的變化引起變化
L變小或C變小
變大
L變大或C變大
變小諧振曲線討論(之二)不變,變化。148串聯(lián)諧振時的阻抗特性感性容性149串聯(lián)諧振應用舉例收音機接收電路接收天線與C:組成諧振電路將選擇的信號送接收電路150組成諧振電路,選出所需的電臺。為來自3個不同電臺(不同頻率)的電動勢信號;151已知:解:如果要收聽節(jié)目,C應配多大?問題(一):結論:當C調到150pF時,可收聽到
的節(jié)目。152
問題(二):信號在電路中產(chǎn)生的電流有多大?在C
上產(chǎn)生的電壓是多少?已知:解答:所希望的信號被“放大”了64倍。153二、并聯(lián)諧振當時領先于(容性)諧振當時理想情況:純電感和純電容并聯(lián)。當時落后于(感性)154或理想情況下并聯(lián)諧振條件155非理想情況下的并聯(lián)諧振同相時則諧振156虛部實部則、
同相虛部=0。諧振條件:一、非理想情況下并聯(lián)諧振條件157由上式虛部并聯(lián)諧振頻率得:或當時158并聯(lián)諧振的特點同相。、電路的總阻抗最大。定性分析:Z理想情況下諧振時:159總阻抗:得:代入并聯(lián)諧振電路總阻抗的大小(見教材P139)諧振時虛部為零,即:什么性質?160并聯(lián)諧振電路總阻抗:當時所以,純電感和純電容并聯(lián)諧振時,相當于斷路。161外加電壓一定時,總電流最小。Z外加電流為恒定電流
時,輸出電壓最大。162并聯(lián)支路中的電流可能比總電流大。支路電流可能大于總電流電流諧振163則若品質因素--Q:Q為支路電流和總電流之比。當時,164并聯(lián)諧振特性曲線容性感性思考:時為什么是感性?165消除噪聲
三、諧振濾波器利用諧振進行選頻、濾波。令濾波器工作在噪聲頻率下,即可消除噪聲。---信號源---噪聲源已知:C接收網(wǎng)絡諧振濾波器L166提取信號令濾波器工作在頻率下,信號即可順利地到達接收網(wǎng)絡。---信號源---噪聲源已知:接收網(wǎng)絡諧振濾波器LC167分析(一):抑制噪聲信號被濾掉了令:消除噪聲提取信號接收網(wǎng)絡諧振濾波器168分析(二):提取信號接收網(wǎng)絡諧振濾波器則信號全部降落在接收網(wǎng)絡上。若在下169諧振濾波器接收網(wǎng)絡如果,網(wǎng)絡應如何設計??思考題:用上頁類似的形式,設計消除噪聲、提取信號的電路。1703.4.2網(wǎng)絡的頻率特性概念:網(wǎng)絡的頻率特性是研究正弦交流電路中電壓、電流隨頻率變化的關系(即頻域分析)。網(wǎng)絡傳遞函數(shù):171一、低通濾波器網(wǎng)絡的傳遞函數(shù):濾掉輸入信號的高頻成分,通過低頻成分。172低通濾波器的傳遞函數(shù)173---幅頻特性:輸出與輸入有效值之比與頻率的關系。其中:相頻特性:輸出與輸入相位差與頻率的關系。---174相頻特性幅頻特性低通濾波器的頻率特性100~:帶寬:截止頻率因Uo總是落后Ui,故又稱為相位滯后網(wǎng)絡175分貝數(shù)定義:半功率點:當時,幅頻特性上時,叫3分貝點或半功率點。1三分貝點176二、高通濾波器濾掉輸入信號的低頻成分,通過高頻成分。高通濾波器的傳遞函數(shù)177高通濾波器的頻率特性幅頻特性相頻特性1因Uo總是超前Ui,故又稱為相位超前網(wǎng)絡高通和低通又稱為移相網(wǎng)絡178三、帶通濾波器RC
串并聯(lián)網(wǎng)絡RRRCRC令:則:(文氏電橋)179180幅頻特性令虛部為零,則Uo與Ui同相,此時有:o=1/RC181四、帶阻濾波器雙T網(wǎng)絡RRR2CC2C11821/10110100
…...-1012…...0.0010.010.10.707110100-60-40-20-302040對于變化范圍較寬的頻率特性,為展寬視野,其特性橫坐標改用對數(shù)坐標,表示歸一化頻率;縱坐標用(分貝)表示,便構成波特圖。波特圖183用歸一化頻率表示的低通濾波器傳遞函數(shù)令:則:知:184低通波特圖-20dB/十倍頻幅頻特性(分貝)185相頻特性186傳遞函數(shù)典型的網(wǎng)絡函數(shù)低通高通帶通帶阻電路舉例187關于濾波器質量的評價以低通濾波器為例:要求:通帶內盡可能平坦,過渡帶盡可能窄。通帶阻帶過渡帶3分貝點188改進方法舉例(二階電路)(一階電路)(有源濾波器)-+189正弦交流電路綜合舉例例1、移相電路RR1RC已知:當R1由0變化時,的有效值不變,和之間的相位差由變化180o
0o證明:190解法1已知:復數(shù)運算RR1RC解:191當:R1=0時=180oR1=
時=0°192解法2畫相量圖已知:當:R1=0時=180°R1=
時=0°(2)的幅度為圓的半徑,其值為(1)
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