電路分析（第4版）課件劉良成 第5-7章 正弦穩(wěn)態(tài)電路、三相電路、耦合電感電路

電路分析（第4版）普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材電子電氣基礎(chǔ)課程系列教材正弦穩(wěn)態(tài)電路第五章正弦量的基本概念01一、正弦量的基本概念正弦量的三要素01一、正弦量的基本概念正弦量的三要素01一、正弦量的基本概念正弦量的相位差與參考正弦量02一、正弦量的基本概念正弦量的有效值03可以得出周期電流i的有效值由上式可以看出，周期電流i的有效值，等于它瞬時值i的平方在一個周期內(nèi)的積分平均值取平方根。因此，有效值又稱均方根值，都是正的實數(shù)。它是從功率損耗的觀點來衡量一個周期電流的大小的，可以看成是一個與交流電流平均做功能力相等效的直流電流的數(shù)值。一、正弦量的基本概念正弦量的有效值03一、正弦量的基本概念正弦量的有效值03正弦量的相量表示法02二、正弦量的相量表示法復(fù)數(shù)的表示形式及運算01二、正弦量的相量表示法復(fù)數(shù)的表示形式及運算01二、正弦量的相量表示法復(fù)數(shù)的表示形式及運算01二、正弦量的相量表示法正弦量的相量表示02二、正弦量的相量表示法正弦量的相量表示022.同頻率正弦量的運算二、正弦量的相量表示法正弦量的相量表示022.同頻率正弦量的運算二、正弦量的相量表示法正弦量的相量表示022.同頻率正弦量的運算基爾霍夫定律及元件方程的相量形式03三、基爾霍夫定律及元件方程的相量形式基爾霍夫定律的相量形式01三、基爾霍夫定律及元件方程的相量形式元件方程的相量形式02三、基爾霍夫定律及元件方程的相量形式元件方程的相量形式02三、基爾霍夫定律及元件方程的相量形式元件方程的相量形式02三、基爾霍夫定律及元件方程的相量形式元件方程的相量形式02阻抗和導(dǎo)納04四、阻抗和導(dǎo)納阻抗的定義01四、阻抗和導(dǎo)納導(dǎo)納的定義02四、阻抗和導(dǎo)納導(dǎo)納的定義02四、阻抗和導(dǎo)納阻抗與導(dǎo)納的關(guān)系及等效阻抗03四、阻抗和導(dǎo)納阻抗與導(dǎo)納的關(guān)系及等效阻抗03正弦穩(wěn)態(tài)電路分析05五、正弦穩(wěn)態(tài)電路分析相量法01對應(yīng)直流電阻電路中的電路方程的列寫形式，在正弦穩(wěn)態(tài)電路中，直接變?yōu)橄嗔啃问郊纯?。在相量法中，求含有受控源電路的等效阻抗，以及相量形式的戴維南和諾頓等效電路均為復(fù)數(shù)運算。五、正弦穩(wěn)態(tài)電路分析相量圖02電路的相量圖，就是把相關(guān)的電壓、電流相量畫在復(fù)平面.上組成的圖形。相量圖比較直觀地反映電路中各個相量之間的關(guān)系，是分析計算正弦穩(wěn)態(tài)電路的重要輔助手段。通常的做法：以電路并聯(lián)部分的電壓相量為參考，根據(jù)支路的電壓電流關(guān)系，確定各并聯(lián)支路的電流相量與電壓相量的夾角；然后根據(jù)結(jié)點上的KCL方程，用相量平移求和法則，畫出由各個支路電流相量組成的多邊形；對于電路中串聯(lián)部分，則取電流相量為參考，根據(jù)支路的電壓電流關(guān)系確定各串聯(lián)支路的電壓相量與電流相量的夾角，然后根據(jù)回路上的KVL方程，畫出回路上由電壓相量所組成的多邊形。正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率06六、正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率的定義01六、正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率的定義01六、正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率的定義01六、正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率的定義014.無功功率工程中，定義無功功率為其量綱也是功率，其單位為了和前面的各個功率相區(qū)別，采用無功伏安(var或乏)表示。無功功率的物理解釋是：能量在電源和負(fù)載的電抗成分之間來回流動的時間速率，這些成分交替充電和放電，分別導(dǎo)致電源到負(fù)載和負(fù)載到電源的電流流動。在實際的電力系統(tǒng)中，它并非無用的功。六、正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率的定義01六、正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率的定義01六、正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率最大功率傳輸02六、正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率最大功率傳輸02應(yīng)用07七、應(yīng)用電磁系儀表011.原理與結(jié)構(gòu)圖5-38所示為推斥式電磁系儀表測量機(jī)構(gòu)原理。1為固定線圈，2為動(鐵)片，3為固定在固定線圈上的靜(鐵)片，4為彈簧，5為軸，6為指針，7為讀數(shù)盤，8為軸承。轉(zhuǎn)動指針和動鐵片連成一體。當(dāng)儀表接入電路中時，固定線圈中通交變電流，產(chǎn)生交變電磁場，動片與靜片均在電磁場中，同一瞬間，同一方向動片和靜片被磁化的極性相同，即靜片的上部為S極、下部為N極，動片的上部也為S極、下部也為N極，從而相互排斥而使動片轉(zhuǎn)動，帶動指針偏轉(zhuǎn)，從刻度盤上即可讀出測量示值。七、應(yīng)用電磁系儀表012.作用力矩與電流的關(guān)系設(shè)線圈的電感為L，通電流i后磁場有儲能七、應(yīng)用電磁系儀表012.作用力矩與電流的關(guān)系七、應(yīng)用電磁系儀表013.電流表和電壓表由電磁系測量機(jī)構(gòu)可以直接制成電流表。為了供給足夠的磁場強(qiáng)度，一般采用200~300安匝。而電流表擴(kuò)大量程一般是通過改變線圈的匝數(shù)實現(xiàn)的。有時為了測量更大的電流，采用電流互感器與之配用。電磁系測量機(jī)構(gòu)串加電阻可以制成電壓表。量程的擴(kuò)大通過改變串聯(lián)電阻實現(xiàn)，但測量750V以上電壓時，往往也采用與電流互感器的配用來實現(xiàn)。七、應(yīng)用電動系儀表021.構(gòu)造和原理圖5-39(a)為空氣心式電動系儀表的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5-39(b)為鐵磁式電動系儀表的結(jié)構(gòu)示意圖。七、應(yīng)用電動系儀表02七、應(yīng)用電動系儀表023.電流表與電壓表(1)電流表欲測量幾十毫安到幾百毫安的電流時，可以把動圈與定圈串聯(lián)起來，構(gòu)成電流表，如圖5-40(a)所示。七、應(yīng)用電動系儀表023.電流表與電壓表(2)電壓表將測量機(jī)構(gòu)中的兩個線圈串聯(lián)后再串聯(lián)不同的電阻分壓，就可以制成多量程電壓表了。為了減小這個誤差，采用低量程電阻并聯(lián)電容C的方式起到與線圈電感補(bǔ)償?shù)淖饔茫鐖D5-41所示。七、應(yīng)用電動系儀表02七、應(yīng)用電動系儀表024.電動系功率表(2)功率表的接線單相功率表的面板上往往有幾個電流端鈕，也有幾個電壓端鈕，電流端鈕處還有“±”或“*”標(biāo)記，電壓端鈕處也有“±”或“*”標(biāo)記。這些標(biāo)記稱為發(fā)電機(jī)端鈕。功率表接入電路時，應(yīng)該讓電流從發(fā)電機(jī)端鈕流向非發(fā)電機(jī)端鈕。當(dāng)發(fā)現(xiàn)指針反轉(zhuǎn)時，只能對調(diào)電流的接線，因為電流是流經(jīng)動圈的。如果對調(diào)電壓端，會使電壓都加到附加電阻Rm上，使兩個電流之間有相位差，導(dǎo)致讀數(shù)誤差。當(dāng)然，現(xiàn)在有的功率表上有對調(diào)電流的開關(guān)，在測量時若出現(xiàn)指針反偏，把電流端鈕換個位置即可。七、應(yīng)用電動系儀表024.電動系功率表(3)讀數(shù)功率表的讀數(shù)一般制成P=UHIH時達(dá)到最大偏轉(zhuǎn)，其中，UH為儀表的電壓端鈕標(biāo)稱值(即額定電壓)，IH為電流端鈕的標(biāo)稱值(即額定電流)，但是在測量時往往達(dá)不到滿刻度。達(dá)不到滿刻度，說明電壓與電流均未達(dá)到或有一個未達(dá)到額定值。有時即使電壓和電流均達(dá)到額定值，指針也未達(dá)到滿刻度，這說明負(fù)載的功率因數(shù)小于1。所以，在測量功率因數(shù)較低的負(fù)載如電感線圈的功率時，往往需要使用低功率因數(shù)的功率表(瓦特表)。電路分析（第4版）普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材電子電氣基礎(chǔ)課程系列教材三相電路第六章三相電路的基本概念01一、三相電路的基本概念一、三相電路的基本概念一、三相電路的基本概念三相電路的連接02二、三相電路的連接幾種典型三相電路的連接方式，如圖6-3所示。二、三相電路的連接對于圖6-3(a)的Y-Y連接中，開關(guān)S斷開時，不含中線，稱為三相三線制；而開關(guān)S閉合時，含有中線，其中ZN為中線阻抗，此時稱為三相四線制(Y-Yn)電路。其他的連接方式有Y-△、A-Y和A-△等，分別如圖6-3(b)、(c)和(d)所示，它們與Y-Y連接均屬于三相三線制電路。二、三相電路的連接當(dāng)三線制電路中，三相的阻抗完全相同(即ZA=ZB=Zc)，三相導(dǎo)線為理想(阻抗為零)導(dǎo)線，三相電壓源對稱，即為對稱三相電路。三相電路中的電流很多，如圖6-3(d)中則有9條不同的電流。但這些電流可以分成兩類：一類是流經(jīng)各相元件(電壓源或負(fù)載)的電流，稱為相電流；另一類是流經(jīng)三相理想導(dǎo)線中的電流，稱為線電流。二、三相電路的連接對稱三相電路的計算03三、對稱三相電路的計算三、對稱三相電路的計算不對稱三相電路04四、不對稱三相電路四、不對稱三相電路(2)某相短路，指對稱三相電路的某相負(fù)載短路了。如圖6-11(a)所示為A相短路電路。此時兩個中點NN'直接被一相電壓連起來，造成另外兩相的負(fù)載直接承受線電壓幅值。由圖(b)中的相量圖可見，中點位移直接接到三角形的頂點。這種情況往往會造成負(fù)載在很大程度上損失。為避免出現(xiàn)上述不對稱情況，需采取必要的措施，使電力系統(tǒng)的安全運行有充分的保障。四、不對稱三相電路三相電路的功率及其測量05五、三相電路的功率及其測量三相電路的功率01五、三相電路的功率及其測量三相電路的功率01五、三相電路的功率及其測量三相電路的功率01五、三相電路的功率及其測量相電路功率的測量02五、三相電路的功率及其測量相電路功率的測量02五、三相電路的功率及其測量相電路功率的測量02五、三相電路的功率及其測量相電路功率的測量023.一只功率表應(yīng)用06六、應(yīng)用圖6-19(a)為一般的接零保護(hù)，以工作零線兼作保護(hù)零線。工作原理：在當(dāng)電路的某相帶電部分觸及設(shè)備外殼時，通過外殼形成該相對零線的單相短路(稱碰殼短路)，此時，短路電流很大，可以使線路上保護(hù)裝置迅速動作，切斷電源。六、應(yīng)用圖6-19(b)為重復(fù)接地保護(hù)，在進(jìn)入用戶端，一處或多處通過接地裝置再次與大地連接，接地電阻R2很小。該裝置除可以起到圖(a)的保護(hù)作用之外，還可以使在零線斷線、相線零線接錯時所產(chǎn)生的危險能夠快速反應(yīng)而斷電保護(hù)。六、應(yīng)用圖6-19(c)為專用保護(hù)線。與圖(b)的區(qū)別在于從電源的中性點處直接接出一根專用保護(hù)線到用戶。它是目前國際上流行的三相電路保護(hù)系統(tǒng)，稱為三相五線制保護(hù)系統(tǒng)。我國也開始逐漸采用這種三相五線制。不過多數(shù)情況下仍然采用圖(a)或圖(b)的方法。電路分析（第4版）普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材電子電氣基礎(chǔ)課程系列教材耦合電感電路第七章磁耦合現(xiàn)象與互感01一、磁耦合現(xiàn)象與互感磁耦合現(xiàn)象01如果電路中有兩個非?？拷木€圈，當(dāng)一個線圈中通過電流時，此電流產(chǎn)生的磁通不但穿過該線圈本身，同時也會有部分磁力線穿過鄰近的另一個線圈。這時，當(dāng)電流變化時，鄰近線圈中的磁通也會發(fā)生變化，從而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。這種由于一個線圈的電流變化時，通過磁通耦合在另一線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象，稱為磁耦合現(xiàn)象，又稱互感現(xiàn)象。一、磁耦合現(xiàn)象與互感同名端與互感02一、磁耦合現(xiàn)象與互感同名端與互感02為了便于反映“增強(qiáng)”或“削弱”作用的現(xiàn)象，采用同名端進(jìn)行標(biāo)記。即：對于兩個有耦合的線圈各取一個端子，用相同的符號(如用“·”或“*、△”)標(biāo)記，稱這一對端子為同名端。當(dāng)施感電流i1和i2都是從同名端流入(或流出)線圈時，根據(jù)右手螺旋定則，兩電流產(chǎn)生的自感磁鏈在兩線圈中是同方向的(即增強(qiáng))。一、磁耦合現(xiàn)象與互感同名端與互感02一、磁耦合現(xiàn)象與互感耦合系數(shù)03含互感電路的分析02二、含互感電路的分析串/并聯(lián)電路01二、含互感電路的分析串/并聯(lián)電路01二、含互感電路的分析去耦等效電路02二、含互感電路的分析含互感電路的分析03空心變壓