邱关源《电路》第五版第9章-正弦稳态电路分析

第9章 正弦稳态电路分析

9-1 阻抗和导纳

一．阻抗

1． 定义：在正弦稳态无源二端网络端钮处的电压相量与电流相量之比定义为该二

端网络的阻抗，记为Z ，

注意：此时电压相量U g

与电流相量I g

的参考方向向内部关联。

u

i

U U Z

I I

ψψ∠=

∠ （复数）阻抗()Ω

z j Z R X ψ=∠=+

其中 ()U

Z I

=

Ω —阻抗Z 的模，即阻抗的值。 Z u i ?ψψ=- —阻抗Z 的阻抗角 z cos ()R Z ?=Ω —阻抗Z 的电阻分量 z sin ()X Z ?=Ω —阻抗Z 的电抗分量

电阻元件的阻抗： 在电压和电流关联参考方向下电阻的伏安关系的相量形式为

g

U U Z I

=-

g

g

g

R

X

|Z |

Z ?

g

R

U g

R I 与R U 共线

阻抗三角形

R R U R I =

则 R R R

U Z R I ==

电感元件的阻抗： 在电压和电流关联参考方向下电感的伏安关系的相量形式为

L L j U L I ω=

则 L L L L

j j U Z L X I ω==

电容的阻抗： 在电压和电流关联参考方向下电容的伏安关系的相量形式为

j g

g

1j

- C U

g

g

C

C C

C C

C j 11

j j I C U U I I C C

ωωω===- 则 C C C C

1j

j U Z X C I ω=-= C 1

X C

ω=-

—容抗 2. 欧姆定律的相量形式 U Z I = 电阻、电感、电容的串联阻抗：

在电压和电流关联参考方向下，电阻、电感、电容的串联，得到等效阻抗eq Z

R L C eq R L C

1

L C Z

Z I Z I Z I

U Z Z Z Z I

I

R j L R jX jX R jX j C Z ωω?++=

=

=++=++=++=+=∠

其中：阻抗Z 的模为

||Z =

阻抗角分别为 1/L

C

Z

X L C arctg arctg

arctg

R

R

R

X

X

ωω?+-===。

可见，电抗X 是角频率ω的函数。

当电抗X ＞0(ωL ＞1/ωC )时，阻抗角φZ ＞0，阻抗Z 呈感性； 当电抗X ＜0(ωL ＜1/ωC ＝时，阻抗角φZ ＜0，阻抗Z 呈容性； 当电抗X ＝0(ωL ＝1/ωC )时，阻抗角φZ ＝0，阻抗Z 呈阻性。

C

g

3. 串联阻抗分压公式：

引入阻抗概念以后，根据上述关系，并与电阻电路的有关公式作对比，不难得知，若一端口正弦稳态电路的各元件为串联的，则其阻抗为

∑==n

k k Z Z 1

串联阻抗分压公式

eq

k

k Z U U Z =

二．导纳

1．定义：正弦稳态无源二端网络端钮的电流相量与电压相量之比定义为该二端网络的导纳，记为Y ，即

i u

1I I

Y

Z U U ψψ∠==

∠ 复导纳（S ） Y j Y G B ψ=∠=+

其中 I

Y U

=

—导纳Y 的模（S ） Y i u Z ?ψψ?=-=- —导纳Y 的导纳角。

Y cos (s)G Y ?= —导纳Y 的电导分量

Y sin (s)B Y ?= —导纳Y 的电纳分量 导纳三角形

g

g

G

B

|Y |

Y ?

可见，同一二端网络的Z 与Y 互为倒数 特例：

电阻的导纳 R R 1Y G R

Z =

=

电容的 C C j j C Y C Z B ω== B C 电容的电纳，简称容纳。

电感的 L L 1

j

j L Y B Z L

ω=-= B L 称为电感的电纳，简称感纳；

2. 欧姆定律的另一种相量形式

I Y U =

若一端口正弦稳态电路的各元件为并联的，则其导纳为

∑==

n

k k

Y Y 1

并联导纳的分流公式：

eq

k

k Y I I Y =

RLC 并联正弦稳态电路中，根据导纳并联公式，得到等效导纳Y

Y C L R Y jB G L

C j R C j L

j R Y Y Y Y ?ωωωω/||)1

(111=+=-+=

++=++=

可见，等效导纳Y 的实部是等效电导G (＝1/R )＝|Y |cos φY ；

等效导纳Y 的虚部是等效电纳B ＝|Y |sin φY ＝B C +B L ＝ωC -1/ωL ，是角

频率ω的函数。

导纳的模为：||Y =导纳角分别为:

1/C

L

Y

B

C L

arctg

arctg arctg

G

G

G

B

B

ωω?

+-===

由于电纳B 是角频率ω的函数，

当电纳B ＞0(ωC ＞1/ωL )时，导纳角φY ＞o ，导纳Y 呈容性； 当电纳B ＜0(ωC ＜1/ωL )时，导纳角φY ＜o ，导纳Y 呈感性； 当电纳B =0(ωC =1/ωL )时，导纳角φY ＝0导纳Y 呈阻性。

注意：两个电阻的并联与两个阻抗的并联对应

12121212

R R Z Z

R Z R R Z Z =

?=++

22

Z1R11212

R Z I I I I R R Z Z =

?=++

三.对同一二端网络：

1

U I Z Y Y Z

I

U

=

=

=

其中：22()()()()R G R X ωωωω=

+ ， 22()

()()()

X B R X ωωωω-=+， Y Z ??=-

一般情况下，一个由电阻、电感、电容所组成的不含独立源的一端口正弦稳态电路的等效阻抗Z (j ω)是外施正弦激励角频率ω的函数，即

Z (j ω)＝R (ω)+jX (ω)

式中R (ω)＝Re[Z (j ω)]称为Z (j ω)的电阻分量，X (ω)＝Im[Z (j ω)]称为Z (j ω)的电抗分量。式中电阻分量和电抗分量都是角频率ω的函数。所以，要注意到电路结构和

R 、L 、C 的值相同的不含独立源的正弦稳态电路，对于角频率ω不同的外施正弦激

励而言，其等效阻抗是不同的。如下图电路的等效阻抗

eq 22

j 1j (j )1

()(j )j ()R L R L R L Z j R L C R L C

ωωωωωωω??-=

+-=+-++ 222222

()1j ()()R L R L R L R L C ωωωωω??

=+-??++??

()j ()R X ωω=+

同理，一个由电阻、电感、电容所组成的不含独立源的一端口正弦稳态电路的等效导纳Y (j ω)也是外施正弦激励角频率ω的函数，即

Y (j ω)＝G (ω)+jB (ω)

式中G (ω)＝Re[Y (j ω)]称为Y (j ω)的电导分量，B (ω)＝Im[Y (j ω)]称为Y (j ω)的电纳分量。电导分量和电纳分量也都是角频率ω的函数。所以要注意到电路结构和R 、L 、

C 的值相同下的不含独立源的一端口正弦稳态电路，对于角频率ω不同的外施正弦

激励言，其等效导纳是不同的。

四.电路的计算 完全与电阻电路一样

例：求如图所示电路等效阻抗。

可变，找不到适于任何场合下的等效电路

j ω L

1j

-

R 2

1

R2

Z eq

22222112

2

222

1m 2m 22

2

11

1

(j )j j j eq 1

1

j (j )j C U U U C C C R R C g C g U C U U R R U Z I

ωωωωωωω+++

+++++=

=

=

9-2 简单正弦稳态电路的分析、相量图

例1：

已知：S ()V u t t =，求：L C (),(),()i t i t i t

解：将电路转化为相量模型

L 1

j j3000j 1k 3Z L ω==?=Ω

C 6

1

j j2k 1

3000106Z -=-=-Ω??

eq (12j)j 12j 1(2j 1)(1j 1)

1.5 1.5 1.52j 1.5k

2.536.9(1j2)j 11j 12

Z k -?+++=

+=+=+=+Ω=∠Ω

-+- S eq 4001636.9mA 2.536.9

U I Z ∠=

==∠-

∠

C j 1j 11636.9

8298.1mA (1j2)j 11j 1I I I =

==∠-=∠-+-

L C 1j2

25.355.3mA (1j2)j 1

I I I I -=

=-=∠--+

μF

(t )

Ω

S U _ g

()36.9)mA i t t ∴=- C ()16c o s (300098.1)m A

i t t

=+

L ()22c o s (3000

55.

3)m A i t t =- 例2：已知：U =100V , I =5A, 且U 超前I 53.1，求L ,R X

解法1 ：令50A I =∠，则10053.1V U =∠

eq 10053.1

2053.112j 1650

U Z I

∠=

=

=∠=+Ω∠

12,16eq eq R X ∴=Ω=Ω

2

L

22

L 2

L L 22L 1210032516R X R X R R X X R X ??=??+=Ω????????=Ω=??+?

解法2 ：令1000U =∠—纯实数， 则553.1A 3I =∠-=-

R

1000100

33

U R I ∠=

=

=Ω I I j X L

g

L 纯虚数

L L

1000

j25j4

U Z I ∠=

=

=Ω

-

例3：已知C 2A I =

，R I =，L 100X =Ω，且U 与C I 同相，求U ＝？

解代数法：

令R 0A I =

，则R 0V U =

R L L j A j 100

U I X =

=-

C R L 2j

100

I I I =+=

2

=100R =Ω

R 0V U

∴= L A I =- C R L 245A

I I I =+=∠- L eq C L C

j j j R X U

Z X R X I ?=+

=

+ C C

j 50j50U X I ++=

U 与C I 同相 eq Im 0Z ??∴=?? 即C 500X += 则C 50X =-Ω

C R C j j502451002502j50210045V

U X I U =+=-?∠-+=-=∠-

R

g

R

100V U ∴=

解相量图法：

由电流三角形

L I =

=

R L L L 10V U U X I === 1

L

R

45I tg

I α-== 由电压三角形 R cos 100V U U α==

在正弦稳态电路分析和计算中，往往需要画出一种能反映电路中电压、电流关系的几何图形，这种图形就称为电路的相置图。与反映电路中电压、电流相量关系的电路方程相比较，相量图能直观地显示各相量之间的关系，特别是各相量的相位关系，它是分析和计算正弦稳态电路的重要手段。通常在未求出各相量的具体表达式之前，不可能准确地画出电路的相量图，但可以依据元件伏安关系的相量形式和电路的KCL 、KVL 方程定性地画出电路的相量图。在画相星图时，可以选择电路中某一相量作为参考相量，其它有关相量就可以根据它来确定。参考相量的初相可任意假定，可取为零，也可取其它值，因为初相的选择不同只会使各相量的初相改变同一数值，而不会影响各相量之间的相位关系。所以，

通常选参考相量的初相为零。

g

R L U =g g

在画串联电路的相量图时，一般取电流相量为参考相量，各元件的电压相且即可按元件上电压与电流的大小关系和相位关系画出。在画并联电路的相量图时，一般取电压相量为参考相量，各元件的电流相置即可按元件上电压与电流的大小关系和相位关系画出。

例4：已知：L1C1L3C3,X X X X ><，定性作出相量图

解：1. 取1I 为参考相量，并设各元件的电压与电流为关联参考方向。

2. 作R1U

3. 作L1U

4. 作C1U

5. 作L2R1L1C1U U U U =++

6. 作2I

7. 作312I I I =+

8. 作R3U

9. 作L3U 10. 作C3U

11. 作L2R3L3C3U U U U U =+++

g

X C1

g

9-3 正弦稳态电路的功率

一．瞬时功率

如图所示的任意一端口电路N 0，在端口的电压u 与电流i 的参考方向对电路内部关联下，其吸收瞬时功率

()()()p t u t i t =?

若设正弦稳态一端口电路的正弦电压和电流分别为

()cos u t t ω=

()cos()i t t ω?=-

式中u 0ψ=为正弦电压的初相位，

i ψ?=-为正弦电流的初相位，

Z u i ψψψ?=-=为端口上电压与电流的相位差。

则在某瞬时输入该正弦稳态一端口电路的瞬时功率为

则()cos cos()p t t t ωω?=

-

[]c o s c o s (2)U I t ?ω?=+- c o s c o s (2U I U I t ?ω?=+- 常量 两倍于原频率的正弦量

c o s c o s 2c o s s i n 2s

U I U I t U I t ?ω?ω?=++ c o s (1c o s 2)s i n 2s

U I t U I t ?ωω?=++ 不可逆部分R ()P t (0)≥ 可逆部分X ()P t

(t )

二．平均功率

T

01()cos T

P

p t dt UI ?=? 可见：1. P 是一个常量，由有效值U 、I 及cos ?，u i ()?ψψ=-三者乘积确定，量纲：W

2. 当P ＞0时，表示该一端口电路吸收平均功率P ；当P ＜0时，表示该一端口电路发出平均功率|P |。

3. 单一无源元件的平均功率：R P UI =，L C 0,0P P ==。

0900900P ???

<<>?<

感性容性－，始终消耗功率。

三．无功功率

正弦稳态一端口电路内部与外部能量交换的最大速率(即瞬时功率可逆部分的振幅)定义为无功功率Q ，即 s i n Q

U I ?

可见：1. Q 也是一个常量，由U 、I 及sin ?三者乘积确定，量纲：乏(Var)

2. R L C 0,,Q Q UI Q UI ===-

0900Q ?<<>

吸收无功功率 9000Q ?-<<< 发出无功功率

四．视在功率（表观功率）

S UI ，

反映电源设备的容量（可能输出的最大平均功率），量纲：伏安（V A ）。 P 、Q 和S 之间满足下列关系 S 2

＝P 2

+Q 2

即有 P Q tg Q P S /,22=+=?

cos cos P UI S ??== sin Q S ?=

五．功率因数及其提高

1. 定义： 当正弦稳态一端口电路内部不含独立源时，cos φ用λ表示，称为该一端口电路的功率因数。

cos P

S

?=

9090

cos 0??-<<>

I 超前U 指容性网络，I 滞后U 指感性网络。

2. 功率因数的提高：

例1：在50Hz f =，380V U =的交流电源上，接有一感性负载，其消耗的平均功率120kW P =，其功率因数1cos 0.6?=。求：线路电流1I 。若在感性负载两端并联一组电容器，其等值电容为374μF ，求线路电流I 及总功率因数cos ?。

P

Q

S

?

功率三角形

解：1

12000087.72A cos 3800.6

P I U ?=

==?

令3800V U =∠，则187.7253.1A I =∠-

6C j250374103800j44.6A I j CU ωπ-==????∠=

1C 58.525.8A I I I =+=∠-，则58.5I A =，cos cos 25.80.9?==

并联电容的作用：减小电流，提高功率因数

*感性负载吸收的无功功率一部分由电源提供，一部分由电容提供。

情况1：

g

g

感性负载

1I g

的有功分量 11I sin I I g

1I 的无功分量 g

情况2：

情况3：

给定1P 、1cos ?，要求将1cos ?提高cos ?，求C ＝？

1C 1111sin sin sin sin ()cos cos P P P

I I I tg tg CU U U U

??????ω??=-=

-=-=

12

()P

C tg tg U

??ω=

-

六 复功率

cos I ?

cos ?补

11I I g

没有必要将cos ?补偿到1电路

11I

设u i ,U U I I ψψ=∠=∠，且i I I ψ*

=∠-

则u i u i Z ()S U I U I UI S ψψψψ?*

==∠?∠-=∠-=∠

Z Z cos j sin j (VA)S S P Q ??=?+?=+

22(j )S U I Z I I ZI R X I *

*

====+ []22Re P RI Z I ∴==?

[]22Im Q XI Z I ==?

2()()S U I U U Y Y U U G jB U *

*

*

*====- 22,P GU Q BU ==-

功率守恒情况： 瞬时功率守恒：()()k

p t p t =∑

平均功率守恒：

在一端口正弦稳态电路吸收的平均功率等于该电路内各电阻所吸收的平均功率之和。

2k k k p p R I ==∑∑

无功功率守恒：

在一端口正弦稳态电路吸收的总无功功率等于电路内各电感和电容吸收的无功功率之和。

22L C ()k k k k k k Q Q X I X X I ===+∑∑∑

复功率守恒：

在一端口正弦稳态电路中，总复功率等于该电路各部分的复功率之和。

g

(j )j k k k k k S S p Q p Q ==+=+∑∑∑∑

视在功率不守恒：应该注意，在一般情况下，总视在功率不等于该电路各部分的视在功率之和。因为一般情况下复数之和的模不等于复数的模之和。

k S S ≠∑

例2：已知：2j2Z =+Ω，R L C 5A,3A,8A I I I ===，且总平均功率200W P =， 求U ＝？

解： 设：R 50A I =∠，则：L 390A I =∠-，C 890A I =∠

R L C 45A

I I I I =++∠ [][]2

2

2

R

2R

Re Re 4P Z I P Z I RI

R I

-=+?=

=Ω

R (24545020j20V 20245V

U Z I R I ∴

=?+?=++?∠=+=∠

则U =

例3：已知：12100V,86.6W,U P I I I ====，求L C ,,R X X

g

g

X C

30o

I g

I

U

解： 分析

2c U X I =-，21

P R I =

，L X = 作出电路的相量图，可见电流相量图为等腰三角形。 1A cos cos(30)

P P

I U U ?=

==-

则 121I I I A ===

2100U c I X ∴=-=-Ω

21

86.6]

50P

I L R X =

=Ω==Ω

9-4 复杂正弦稳态电路的分析

例1：

已知：3S ()V u t t =，求：12(),()i t i t 。

解： 首先画出时域电路对应的相量模型 1a I I =，2b I I =

a b S a b 11a (3j4)(j4)100j4(j4j2)2I I U I I I I I ?

+-==∠??

-+-=-??

=?

?

2i 1 + _ 2

+ _

212I g

课件-第4章 正弦稳态电路分析--例题

第4章 正弦稳态电路分析 --例题 √【例4.1】已知两个同频正弦电流分别为 ()A 3314cos 2101π+=t i ，()A 65314cos 2222π-=t i 。求（1） 21i i +；（2）dt di 1；（3）?dt i 2。 【解】 （1）设()i t I i i i ψω+=+=cos 221，其相量为i I I ψ∠=? （待求），可得： ()()()()A 54.170314cos 224.14A 54.17014.24A 34.205.14 A 1105.19A j8.665 A 15022A 601021?-=?-∠=--=--++=?-∠+?∠=+=? ? t i j j I I I （2）求 dt di 1可直接用时域形式求解，也可以用相量求解 () () ?+?+=?+?-=9060314cos 23140 60314sin 3142101 t t dt di 用相量形式求解，设dt di 1的相量为K K ψ∠，则有 )9060(31406010314K 1K ?+?∠=?∠?==∠? j I j ωψ 两者结果相同。 （3）?dt i 2的相量为 ?∠=? ∠?-∠=? 12007.0903********ωj I

【例4.2】 图4-9所示电路中的仪表为交流电流表，其仪表所指示的读数为电流的有效值，其中电流表A 1的读数为5 A ，电流表A 2的读数为20 A ，电流表A 3的读数为25 A 。求电流表A 和A 4的读数。 图4-9 例4.2图 【解】 图中各交流电流表的读数就是仪表所在支路的电流相量的模（有效值）。显然，如果选择并联支路的电压相量为参考相量，即令 V 0?∠=? S S U U ，根据元件的VCR 就能很方便地确定这些并联支路中电流 的相量。它们分别为： A 25 ,A 20 ,A 053 21j I j I I =-=?∠= 根据KCL ，有： ()A 095A 5A 457.07A 553 2 4 321?∠==+=?∠=+=++=j I I I j I I I I 所求电流表的读数为：表A ：7.07 A ；表A 4：5 A

第五章正弦交流电路习题

第五章习题（练习册） 1.是非题 （1）用交流电压表测得交流电压是220V ，则此交流电压的最大值是3220V 。 （2）一只额定电压为220V 的白炽灯，可以接在最大值为311V 的交流电源上。 （3）用交流电压表测得交流电的数值是平均值。 （4）如果将一只额定电压为220V 、额定功率为100W 的白炽灯，接到电压为220V 、输 出额定功率为2000W 的电源上，则白炽灯会烧坏。 （5）电感性负载并联一只适当数值的电容器后，可使线路中的总电流减小。 （6）只有在纯电阻电路中，端电压与电流的相位差才为零。 （7）某电路两端的端电压为)30314sin(2220?+=t u V ，电路中的总电流为 )30314sin(210?-=t i A ，则该电路为电感性电路。 （8）在RLC 串联电路中，若C L X X >，则该电路为电感性电路。 （9）在RLC 串联电路中，若C L X X =，这时电路的端电压与电流的相位差为零。 （10）谐振电路的品质因数越高，则电路的通频带也就越宽。 （11）在RLC 并联电路中，若C L X X <，则该电路中的总电流超前端电压，电路为电 容性电路。 （12）正弦交流电的三要素是指：有效值、频率和周期。 2.选择题 （1）两个正弦交流电流的解析式是：)6 314sin(101π + =t i A ，)4 314sin(2102π + =t i A 。 这两个交流电流相同的量是________。 A ．最大值 B ．有效值 C ．周期 D ．初相位 （2）已知一交流电流，当t=0时的值10=i A ，初相位为?30，则这个交流电的有效值 为_______ A ．0.5A B ．1.141A C ．1A D ．2A （3）白炽灯与电容器组成的电路如图所示，由交流电源供电，如果交流电的频率减小， 则电容器的________。 A ．电容增大 B ．电容减小 C ．容抗增大 D ．容抗减小 （4）白炽灯与线圈组成的电路如图所示，由交流电源供电，如果交流电的频率增大， 则线圈的_________。 A ．电感增大 B ．电感减小 C ．感抗增大 D ．感抗减小 （5）一个电容器接在10V 的直流电源上，产生一定的热功率。把它改接到交流电源上， 使产生的热功率是直流时的一半，则交流电源电压的最大值应是______。 A ．7.07V B ．5V C ．14V D ．10V （6）在纯电感电路中，下列各式正确的是______。 A ．L U I = B ．L U I ω= C ．LU I ω= D ．L X u I = （7）如图所示，当交流电源的电压为220V ，频率为50Hz 时， 三只白炽灯的亮度相同。现将交流电的频率改为100Hz ， 则下列情况正确的应是______。 A ．A 灯比原来暗 B ．B 灯比原来亮 C ．C 灯比原来亮 D ．C 灯和原来一样亮 （8）在如图所示电路中，交流电压表的读数分别是V 为10V ，V1为8V ，则V2的读数 是_____。 A ．6V B ．2V C ．10V D ．4V （9）在如图所示电路中，交流电流表的读数分别是A1为6A ，A2为2A ，A3为10A ， 则A 的读数是_____。 A ．10A B ．18A C ．2A D ．26 A （10）如图所示，电路在开关S 断开时的谐振频率为0f ，在开关S 合上后电路的谐振 频率为______。 A ．20f B ．021f C ．0f D ．041 f （11）要使RLC 串联电路的谐振频率增高，采用的方法是______。 A ．在线圈中插入铁心 B ．增加线圈的匝数 C ．增加电容器两极板的正对面积 D ．增加电容器两极板的距离

正弦稳态交流电路及谐振电路仿真实验

实验报告三 一、实验目的 1.通过仿真电路理解相量形式的欧姆定律、基尔霍夫定律。 2.通过仿真实验理解谐振电路工作特点。 二、实验内容 1. 建立仿真电路验证相量形式欧姆定律、基尔霍夫定律； 2. 建立仿真电路验证RLC 串联、并联谐振电路工作特点； 三、实验环境 计算机、MULTISIM 仿真软件 四、实验电路 2.3.1欧姆定律的向量形式仿真实验 1.实验电路 2.理论分析计算 由向量发和欧姆定律可知， ωω=+-≈∠Ω。1 1040.416Z R j L j C = =∠. . 。9.6116m V I A Z

= ≈13.59Rm V V ω= ≈0.43Lm V L V ω=≈1 4.33Cm V V C ３.实验结果 2.3.1欧姆定律的向量形式仿真实 1.实验电路

2.理论分析计算 （1）相量形式的基尔霍夫电压定律 由向量法和欧姆定律可知， ωω=+-1 Z R j L j C = =. . 0.329V I A Z = ≈32.91Rm V V ω= ≈10.34Lm V L V ω=≈1 104.72Cm V V C （2）相量形式的基尔霍夫电流定律： 1.实验电路

2.理论分析计算 . . . . R C L I I I I =++ . . . . R C L U U U U === ... //I U R U L U C ωω=++ 代入数据得： 假设： . 。0U U =∠ 则 1R I A = 3.183L I A = 0.314C I A = . 。。。0-9090=3.038R C L I I I I A =∠+∠+∠ 2.5.1 RLC 串联电路仿真 (R=1Ω)： 1.实验电路

第五章正弦交流电路习题及参考答案

第五章 正弦稳态电路分析 一、思考题 5.1为了改善电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器， 此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？为什么？ 5.2提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法， 而不用串联法？所并的电容器是否越大 越好？为什么？ 5.3三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？ 5.4试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线，情况又如何？ 5.5三相四线制有什么特点？其中线上可以安装保险丝吗？为什么？ 二、计算题 5.1图示5.1为正弦波经半波整流后的波形，求其有效值和平均值。 5.2图示5.2电路中，已知R 1=R 2=X L =100Ω，U AB =141.4 /0oV ，两并联支路的功率P AB =100W ， 其功率因数为cos φAB =0.707 (φAB <0)。求： （1）该电路的复阻抗Z 1； （2）端口电压U 及有功功率P ，无功功率Q 和功率因数λ。 5.3若。，求，)()(sin 3)(cos )(2121t i t i A t t i A t t i +-==ωω 5.4已知V t u V t u bc ab )60314sin(100)30314cos(100 +=+=，，在用相量法求u ac 时，下列四种算法得答案哪些是正确的？不正确的，错在何处？ 方法一： 方法二： V t u j U U j U j U ac bc ab bc ab 314cos 2.17302.173506.8650 6.86=+=+-=+=? ? ? ? V t u j U U j U j U ac bc ab bc ab )45314cos(4.1936.1366.1366.865050 6.86 +=+=++=+=? ? ? ? 方法三： 方法四： I R 1 A ＋I 2 2 X L － B 图5.2

第9章 正弦稳态电路的分析(答案)

第9章 正弦稳态电路的分析 答案 例 如图所示正弦稳态电路，已知I1=I2=10A,电阻R 上电压的初相位为零，求相量? I 和 ? S U 。 解： 电路中电阻R 和电容C 并联，且两端电压的初相为0。由电阻和电容傻姑娘的电压与电流的相位关系可知：电阻电流?1I 与电压?R U 同相，电容电流?2I 超前电压? R U 相角90○ ，故 ο 0101∠=? I A ο90102∠=? I A 由KCL 方程，有 ()101021j I I I +=+=? ??A 由KVL 方程，有 ? ? ? ? ∠==++-=+=9010010010010010010101 j j I I j U S V 例 如图所示正弦稳态电路，R 1=R 2=1Ω。 （1）当电源频率为f 0时，X C2=1Ω，理想电压表读数V 1=3V ，V 2=6V ，V 3=2V,求I S 。 （2）电路中电阻、电容和电感的值不变，现将电源的频率提高一倍，即为2 f 0，若想维持V 1的读数不变，I S 问应变为多少

如果把电源的频率提高一倍，而维持V1的读数不变，即R1上的电压有效值U R1＝3V，那么R1 上的电流的有效值I也不变，此时仍把? I设置为参考相量，故? ? ∠ =0 3 I A。由于L和C 1上的 电流? I不变，根据电感和电容上电压有效值与频率的关系，电源的频率提高一倍，电感上电 压表的读数增大一倍，而电容上电压表的读数降为原来的一半，故 电源得频率提高一倍，X C2也降为原来得一半，即 所以 例如图所示正弦稳态电路，已知I1＝10A，I2=20A，R2=5Ω，U=220V,并且总电压 ? U与总 电流? I同相。求电流I和R，X2，X C的值。

正弦稳态电路的分析

x 第九章 正弦稳态电路 的分析 本章重点: 1. 阻抗，导纳及的概念 2. 正弦电路的分析方法 3. 正弦电路功率的计算 4. 谐振的概念及谐振的特点 本章难点：如何求电路的参数 主要内容 X arctg 为阻抗角(辐角)； R 1 1 可见，当X.>0，即L 一时，Z 是感性； 当X<0,即卩L 一时，Z 呈容性。 c c (3)阻抗三角形: 1 ?阻抗 (1)复阻抗：Z § 9-1 阻抗和导纳 R jX R=Re[Z] Z cos z 称为电阻; X=Im[Z]= ⑵RLC 串联电路的阻抗: 称电抗。 Z sin z j( L j(X L 丄) c X C ) R jX 式中X L L 称为感抗；X C 称为容抗; X X L X C L — c 式中Z 为阻抗的模; Z R

2 ?导纳 x

1 (1)复导纳：丫 一 Z ⑵RLC 并联电路的导纳: (3)导纳三角形： 3.阻抗和导纳的等效互换 § 9-2 阻抗(导纳)的串联和并联 1. 阻抗串联： (1) 等效阻抗：Z e q 乙Z 2川Z n (2) 分压作用：U |K 互U, k 1,2,|||,n Z eq 2. 导纳并联 (1) 等效导纳：Y eq 丫1 丫2 |||Y n (2) 分流作用：|[ 丫M 〔, k 1,2,|||, n 3. 两个阻抗并联: 式中Y I 一 「.G 2 B 2称为导纳的模; B Y arCtan G 称为导纳角; G Re[Y] 丫 cos 丫称为电导; lm[Y] Y sin 丫称为电纳。 Y G jB 1 c 飞) j(B c B L ) G jB Y 式中B L —称为感纳； L L 可见，当B 0,即c —时, L B c C 称为容纳; B B c B L Y 呈容性；当B 0,即c 1 —,丫呈感性 (1)RLC 串联电路的等效导纳: ⑵RLC 并联电路的等效阻抗: Y R R 2 X 2 G j 一 G B G X J " R 2 X 2 B B B G Y

Multisim 10-正弦稳态交流电路仿真实验

暨南大学本科实验报告专用纸 课程名称电路分析CAI 成绩评定 实验项目名称正弦稳态交流电路仿真实验指导教师 实验项目编号05实验项目类型验证型实验地点计算机中心C305 学生姓学号 学院电气信息学院专业实验时间 2013 年5月28日 一、实验目的 1.分析和验证欧姆定律的相量形式和相量法。 2.分析和验证基尔霍夫定律的相量形式和相量法。 二、实验环境定律 1.联想微机，windows XP，Microsoft office， 2.电路仿真设计工具Multisim10 三、实验原理 1在线性电路中，当电路的激励源是正弦电流（或电压）时，电路的响应也是同频的正弦向量，称为正弦稳态电路。正弦稳态电路中的KCL和KVL适用于所有的瞬时值和向量形式。 2.基尔霍夫电流定律（KCL）的向量模式为：具有相同频率的正弦电流电路中的任一结点，流出该结点的全部支路电流向量的代数和等于零。 3. 基尔霍夫电压定律（KVL）的向量模式为：具有相同频率的正弦电流电路中的任一回路，沿该回路全部的支路电压向量的代数和等于零。 四、实验内容与步骤 1. 欧姆定律相量形式仿真 ①在Multisim 10中，搭建如图（1）所示正弦稳态交流实 验电路图。打开仿真开关，用示波器经行仿真测量，分别测

量电阻R、电感L、电容C两端的电压幅值，并用电流表测 出电路电流，记录数据于下表 ②改变电路参数进行测试。电路元件R、L和C参数不变， 使电源电压有效值不变使其频率分别为f＝25Hz和f＝1kHz 参照①仿真测试方法，对分别对参数改变后的电路进行相同 内容的仿真测试。 ③将三次测试结果数据整理记录，总结分析比较电路电源频 率参数变化后对电路特性影响，研究、分析和验证欧姆定律 相量形式和相量法。 暨南大学本科实验报告专用纸(附页) 欧姆定律向量形式数据 V Rm/V V Lm/V V Cm/V I/mA 理论计算值 仿真值（f=50Hz） 理论计算值 仿真值（f=25Hz） 理论计算值 仿真值（f=1kHz） 2.基尔霍夫电压定律向量形式 在Multisim10中建立如图（2）所示仿真电路图。 打开仿真开关，用并接在各元件两端的电压表经行 仿真测量，分别测出电阻R、电感L、电容C两端 的电压值。用窜连在电路中的电流表测出电路中流 过的电流I，将测的数记录在下表。 ②改变电路参数进行测试。电路元件R＝300Ω、L＝

第九章正弦稳态电路的分析

第九章 正弦稳态电路的分析 本章重点： 1.阻抗，导纳及的概念 2.正弦电路的分析方法 3.正弦电路功率的计算 4.谐振的概念及谐振的特点 本章难点：如何求电路的参数 主要内容 §9-1阻抗和导纳 1．阻抗 (1)复阻抗：u i Z U U Z Z R jX I I ψψ?==-=∠=+&& 式中22U Z R X I ==+为阻抗的模； Z u i X arctg R ?ψψ=-=为阻抗角(辐角)； R=Re[Z]cos z Z ?=称为电阻； X=Im[Z]=sin z Z ?称电抗。 (2)RLC 串联电路的阻抗： 1 U Z R j L I j c ωω==++ =&& 1 ()()L C Z R j L c R j X X R jX Z ωω?+- = ++=+=∠ 式中L X L ω=称为感抗；1C X c ω=- 称为容抗；1L C X X X L c ωω=+=- 可见，当X.>0，即1L c ωω>时，Z 是感性； 当X<0，即1L c ωω<时，Z 呈容性。 (3)阻抗三角形： 2．导纳 Z ?Z Ｒ Ｘ Z &U &+ — I &U &+ — C L

(1)复导纳：1i u Y I I Y Y G jB Z U U ψψ?===∠-=∠=+&& 式中I Y U = =称为导纳的模；arctan Y B G ψ=称为导纳角； Re[]cos Y G Y Y ψ==称为电导； Im[]sin Y B Y Y ψ==称为电纳。 (2)RLC 并联电路的导纳： 1111 ()I Y j c j c U R j L R L ωωωω==++=+-=&& ()C L Y G j B B G jB Y ψ++=+=∠ 式中1L B L ω=- 称为感纳；C B C ω=称为容纳；1C L B B B c L ωω=+=-；1 G R =。 可见，当0,B >即1c L ωω>时，Y 呈容性；当0,B <即1 ,c L ωω

电路基础-实验2 正弦稳态交流电路(操作实验)

实验二正弦稳态交流电路相量的研究 一、实验目的 1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2.掌握日光灯线路的接线。 3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 1. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的 电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律，即∑?=0和∑? =0. 2.图2-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号?的激励下, ?R与?C保持有900的相位差，即当R 阻值改变时，?R的相量轨迹是一个半圆。?、?R与?C三者形成一个直角形的电压三角形，如图2-2所示。R值改变时，可改变?角的大小，从而达到移相的目的。 图2-1 图2-2 3.日光灯线路如图2-3所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容器，用以 Cos值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。 改善电路的功率因数（? 图2-3 三、实验设备

四、实验内容 1、按图16-1接线。R 为220V 、15W 的白炽灯，电容器为4.7Uf/450V 。经指导教师检查后，接通实验电源，将自耦调压器输出（即U ）调制220V 。记录U 、U R 、U C 值，验证电压三角形关系。 2、日光灯线路接线与测量。 按图2-4接线。经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓缓增大， 直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表得指示值。然后将电压调节至220V ，测量功率P ，电流I ，电压U ，U L ，U A 等值，验证电压、电流向量关系。 图2-4

3、并联电路——电路功率因数的改善。按图2-5组成实验电路。 图2-5 经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出调制220V，记录功率表、电压表读数。通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条之路的电流，改变电容值，进行三次重复测量。数据计入下页表中。 五、实验注意事项 1、本实验用交流市电220V，务必注意用电合人身安全。 2、功率表要真确接入电路。 3、线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。

正弦稳态交流电路相量的研究

实验二 正弦稳态交流电路相量的研究 一、实验目的 1．掌握正弦交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2．掌握功率的概念及感性负载电路提高功率因数的方法。 3．了解日光灯电路的工作原理，学会日光灯电路的连接。 4．学会使用功率表。 二、实验原理 1．R 、C 串联电路 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系应满足相量形式的基尔霍夫定律，即 ∑=0I 和 0=∑U 实验电路为ＲＣ串联电路，如图1（a ）所示，在正弦稳态信号U 的激励下，则有： )(C C R jX R I U U U -?=+= U 、R U 与C U 相量图为一个直角电压三角形。当阻值R 改变时，R U 与C U 始终保持着 90°的相位差，所以R U 的相量轨迹是一个半圆，如图1（b ）所示。从图中我们可知，改变C 或R 值可改变φ角的大小，从而达到移相的目的。 （a ）原理图 （b ）向量图 图（c ）Multisim 仿真电路图 图1 RC 串联电路及相量图 C R U U I

2．日光灯电路及其功率因数的提高 日光灯实验电路如图3（a）所示，日光灯电路由灯管、镇流器和启动器三部分组成。 灯管是一根普通的真空玻璃管，管内壁涂上荧光粉，管两端各有一根灯丝，用以发射电子。管内抽真空后充氩气和少量水银。在一定电压下，管内产生弧光放电，发射一种波长很短的不可见光，这种光被荧光粉吸收后转换成近似日光的可见光。 镇流器是一个带铁芯的电感线圈，启动时产生瞬时高电压，促使灯管放电，点燃日光灯。在点燃后又限制了灯管的电流。 启动器（如图2（a）所示）是一个充有氖气的玻璃泡，其中装有一个不动的静触片和一个用双金属片制成的U形可动触片，其作用是使电路自动接通和断开。在两电极间并联一个电容器，用以消除两触片断开时产生的火花对附近无线电设备的干扰。 (a) (b) (c) 图2启动器示意图和日光灯灯点燃过程 日光灯的点燃过程如下：当日光灯刚接通电源时，灯管尚未通电，启动器两极也处于断开位置。这时电路中没有电流，电源电压全部加在启动器的两电极上，使氖管产生辉光放电而发热，可动电极受热变形，于是两触片闭合，灯管灯丝通过启动器和镇流器构成回路，如图2（b）所示。灯丝通电加热发射电子，当氖管内两个触片接通后，触片间不存在电压，辉光放电停止，双金属片冷却复原，两触片脱开，回路中的电流瞬间被切断。这时镇流器产生相当高的自感电动势，它和电源电压串联后加在灯管两端，促使管内氩气首先电离，氩气放电产生的热量又使管内水银蒸发，变成水银蒸气。当水银蒸气电离导电时，激励管壁上的荧光粉而发出近似日光的可见光。 灯管点燃后，镇流器和灯管串联接入电源，如图2（c）所示。由于电源电压部分降落在镇流器上，使灯管两端电压（也就是启动器两触片间的电压）较低，不足以引起启动器氖管再次产生辉光放电，两触片仍保持断开状态。因此，日光灯正常工作后，启动器在日光灯电路中不再起作用。 日光灯点燃后的等效电路如图3（b）所示，其中灯管相当于纯电阻负载R，镇流器可用 静触片

电路 第9章习题2 正弦稳态电路的分析

9-001、 已知图示正弦电路中，电压表的读数为V 1 ：6V ；V 2 ：2V ； U S =10V 。求: (1)、图中电压表V 3、V 4的读数； (2)、若A I 1.0=，求电路的等效复阻抗； （3）、该电路呈何性质 答案 （1）V U U U 32.62 2 214=+= V 4的读数为 ； 2322 1)(U U U U S -+= 64)(212 232=-=-U U U U s 832±=-U U 取 V U 10823=+=,所以V 3的读数为10 V 。 (2)、A I 1.0=，电路的等效复阻抗: Ω===1001 .010I U Z ?-=-=-=1.536 8 arctan arctan 132U U U ? Ω-=?-+?=)8060()1.53sin(1.53cos 100j j Z （3）、由于复阻抗虚部为负值，故该电路呈电容性。 9-002、 答案 V 1 - R V 3 L u V 2 + C V 4

9-003、 求图示电路的等效阻抗，已知ω＝105 rad/s 。 例9 — 3 图解：感抗和容抗为： 所以电路的等效阻抗为 9-004、 例9-4图示电路对外呈现感性还是容性 例9 — 4 图解：图示电路的等效阻抗为：

所以 电路对外呈现容性。 9-005、3-9日光灯电源电压为V 220，频率为Hz 50，灯管相当于Ω300的电阻，与灯管串联的镇流器（电阻忽略不计）的感抗为Ω500，试求灯管两端电压与工作电流的有效值。 解：电路的总阻抗为 Ω≈+=58350030022Z 此时电路中流过的电流： A Z U I 377.0583 220=== 灯管两端电压为： V RI U R 113377.0300=?== 9-006、5、 与上题类似 今有一个40W 的日光灯，使用时灯管与镇流器(可近似把镇流器看作纯电感)串联在电压为220V ，频率为50Hz 的电源上。已知灯管工作时属于纯电阻负载，灯管两端的电压等于110V ，试求镇流器上的感抗和电感。这时电路的功率因数等于多少 解：∵P =40W U R =110(V) ω=314rad/s ∴36.0110 40=== =R L R U P I I (A) ∵U U U L R 2 22+= ∴5.1901102202222=-= -=U U U R L (V) ∴529 36.05.190=== I U X L L L (Ω) 69.1314 529 ===ωX L L (H) 这时电路的功率因数为： 5.0220 110 cos cos ===U U R ?

正弦稳态交流电路相量的研究含数据处理

实验十三正弦稳态交流电路相量的研究 专业 学号姓名实验日期 、实验目的 1. 2. 3?理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 1?在单相正弦交流电路中，用交流电流表则得各支中的电流值，用交流电压表测得回路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律， ' i =0 2?如图13-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号 相位差，即当阻值R改变时，U R的相量轨迹是一个半圆 的电压三角形。R值改变时，可改变0角的大小， 图13-1 器，用以改善电路的功率因数（COS?值）。 有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。 U的激励下，U R与U c保持有90°的 ，U、U C与U R三者形成一个直角形3?日光灯线路如图13-2所示，图中A是日光灯管，1是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容 图13-2

序号 名称型号与规格数量备注 1 单相交流电源0~220V 1 2 三相自耦调压器 1 3 交流电压表 1 4 交流电流表 1 5 功率因数表 1 DGJ-07 6 白炽灯组15W/220V 2 DGJ-04 7 镇流器与30W灯管配用 1 DGJ-04 8 电容器1uf，2.2uf， 4.7 〃450V DGJ-04 9 启辉器与30W灯管配用 1 DGJ-04 10 日光灯灯管30W 1 DGJ-04 11 电门插座 3 DGJ-04 四、实验内容 (1)用两只15W /220V的白炽灯泡和4.7^/450V电容器组成加图13-1所示的实验电路，经指导老师检查后，接通市电220V电源，将自藕调压器输出调至220V。记录U、U R、U C 值， 白炽灯盏数测量值计算值 U(V) U R(V) U C(V) U 'V) 0 2 220 200 84 217 22.8 1 220 213 45 218 11.9 图13-3 按图13-3组成线路，经指导教师检查后按下闭合按钮开关，调节自耦调压器的输出，使其 输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。然后将电压调至220 V，

正弦稳态电路的分析

第九章 正弦稳态电路的分析 1内容提要 正弦稳态电路的分析应用相量法。通过引入相量法，建立了阻抗和导纳的概 念，给出了 KCL 、KVL 和欧姆定律的相量形式，山于它们与直流电路分析中所 用的同一公式在形式上完全相同，因此能够把分析直流电路的方法、原理、定律, 例如，网孔法(回路法)、结点法、叠加定理、戴维宇定理、等效电源原理等等 直接应用于分析正弦电路的相量模型，其区别在于：⑴不直接引用电压电流的瞬 时表达式来表征各种关系，而是用对应的相量形式来表征各种关系；⑵相应的运 算不是代数运算，而是复数的运算，因而运算比直流复杂。根据复数运算的特点, 可画岀相量图，利用相量图的儿何关系来帮助分析和简化计算，从而扩大了求解 问题的思路和方法。⑶引入了一些新的概念，如平均功率、无功功率、视在功率、 复功率、最大功率传输、谐振等。认识以上区别，对正弦稳态电路的分析是有益 的。 2例题 例1求图示电路中各支路电流i ：, L, i 5 il 1 - R 5Q 解：①画运 算电路模型，取网孔电流 L 、L 如图。 (5-/2)/. -5/. =100 ② 列网孔方程： ' 「. -571+(5 + J 5)/2=-J 1OO 可用行列式求解： i 一人=29.23 + J6.16 = 29.87Z11.90 ③ :.i,(r) = 27.73V2cos(^-56.31°) A i 2(r) = 32.35^2 c os 伽 -115.35°) A i() = 29.87血 cos 伽 + 11.90。)A 当然此题也可以用结点电压法、或貝它 方法。 例2图中电流i 和Uzi 。 已知：Usi = IOO5/2 COS6X V q 2 =100V2COS (6X + 90°) V y 100^0° i\ = 100 -5 -ylOO 5 + j5 5-)2 一5 ?()() =15.38- J23.07 = 27.73Z - 56.31° A 10+ J15 5 + )5 i 2 = 5-)2 一5 100 一 J100 300-J500 5-J2 -5 -5 5 + )5 io+ ，i5 =-13.85-;29.23 = 32.35Z-H5.35? A 2 U 2=100Z90°

稳态第五章2

第五章 电力系统的有功功率和频率调整 第二节 电力系统中的有功功率的最优分配（发电计划，解决三次调整） 三、最优分配负荷时的目标函数和约束条件 z 一个时间断面下的经济功率分配 z 耗量特性：发电设备输入与输出的关系。 – 比耗量：耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值，即单位时间内输入能量与输出功率之比称比耗量μ 。显然，比耗量实际是原点和耗量特性曲线上某一点连线的斜率， μ ＝F／P 或μ ＝W／P。 – 发电效率：当耗量特性纵横坐标单位相同时，比耗量的倒数就是发电设备的效率η 。 – 耗量微增率：耗量特性曲线上某一点切线的斜率称耗量微增率λ 。耗量微增率是单位时间内输入能量微增量与输出功率微增量的比值，即dP dF P F //=ΔΔ=λ或dP dW P W //=ΔΔ=λ – 对于一台机组，比耗量曲线和耗量微增率曲线的交点是单台发电机效率最高的点。

–若耗量特性曲线为二次曲线F = aP2 + bP + C –则μ=aP+b+c/P， λ=2aP+b。 –若耗量特性曲线为F = aP2 + bP –则μ=aP+b， λ=2aP+b。

– 若耗量特性曲线为一次曲线F = bP –则μ=λ=b。

z 目标函数和约束条件 – 问题的提出：负荷最优分配的目的在于：确定电网中每台机组的有功功率输出，在满足负荷需求、系统安全的同时，使单位时间内的能源消耗最少。 – 优化问题的通用模型 d u x g 0 d u x f d u x C ≤=),,(),,(. .),,(t s Min

式中C 为目标函数，f 为等式约束，g 为不等式约束 – 最优分配负荷时的目标函数和约束条件 ? 目标函数： ∑=Σ=+++=n i Gi i Gn n G G P F P F P F P F F 1 2211)()()()(" – 其中：表示发电机i 的耗量曲线 )(Gi i P F ? 等式约束(不计网损) 01 1 =Δ??Σ==∑∑P P P n i Li n i Gi ? 不等式约束（发电有功、无功，节点电压幅值） Gimax Gi Gimin P P P ≤≤ Gimax Gi Gimin Q Q Q ≤≤ imax i imin U U U ≤≤

正弦稳态交流电路相量的研究实验报告

一、实验目的 1．研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2. 掌握日光灯线路的接线。 3. 理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 1. 在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得 各支路的电流值，用交流电压表测得回路各元件两 端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔 霍夫定律，即。 图4-1 RC 串联电路 2. 图4-1所示的RC 串联电路，在正弦稳态信 号U 的激励下，U R 与U C 保持有90o的相位差，即当 R 阻值改变时，U R 的相量轨迹是一个半园。U 、U C 与 U R 三者形成一个直角形的电压三角形，如图4-2所 示。R 值改变时，可改变φ角的大小，从而达到 移相的目的。 3. 日光灯线路如图4-3所示，图中 A 是日光灯管，L 是镇流器， S 是启辉器，C 是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（cos φ值）。有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。 图4-3 日光灯线路 序号 名称 数量 备注 1 电源控制屏（调压器、日光灯管） 1 DG01或GDS-01 2 交流电压表 1 D36或GDS-11 3 交流电流表 1 D35或GDS-12 4 三相负载 1 DG08或GDS-06B 5 荧光灯、可变电容 1 DG09或GDS-09 6 起辉器、镇流器、电容、电门插座 DG09或GDS-09 7 功率表 1 D34或GDS-13 220V L S A C R jXc Uc U R I U R U U c I φ

四、实验内容 1. 按图4-1接线。R为220V、15W的白炽灯泡，电容器为4.7μF/450V。经指导教师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器输出(即U)调至220V。记录 U、U R 、U C 值，验证电压三角形关系。 2. 日光灯线路接线与测量。 图4-4 （1）按图4-4接线。 （2）经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器的输出，使其输 出电压缓慢增大，直到日光灯刚刚启辉点亮为止，记下三表的指示值。 （3）将电压调至220V，测量功率P，电流I，电压U，U L ，U A 等值，验证电压、电流相量关系。 测量值P(W)CosφI(A)U(V)U L (V)U A (V)启辉值 正常工作值48.80.540.393237.7184.7102.1 3. 并联电路──电路功率因数的改善。 测量值计算值 U（V）U R （V）U C （V） U′（与U R ，U C 组成Rt△） （U′=2 2 C R U U ） △U = U′－U （V） △U/U（%）240.3234.151.4 239.6 0.62 0.26

正弦稳态电路的分析

第九章 正弦稳态电路的分析 第一节 用相量法分析R 、L 、C 串联电路 — 阻抗 一、R 、L 、C 串联电路中电流与电压的大小、相位关系： 电路如图9-1-1。设)t (ISin 2)t (Sin I i i i m ?+ω=?+ω= 则电路中各元件的电压及总电压均为与电流同频率的正弦量。由KVL ，C L R u u u u ++= 用相量表示： 其中： )(I U I U I U Z z R x tg x R jx R )x x j R C 1L j R Z i u i u .. 122C L ?-?∠=?∠?∠= = ?∠=∠+=+=-+=ω-ω+=-或（）（ z 称为阻抗的模，?称为阻抗的幅角，由于阻抗本身不是正弦量，是一个纯复数，因此不用“.” 表示。?又称为阻抗角。 复阻抗与元件的参数和激励的角频率有关，而与电压、电流相量无关，阻抗角是由于储能元件L 、C 造成的。 当00x x 0x x 0x i u C L C L >?-?>?>>->，时即，电压超前电流一个角度?,电路 为感性； 当00x x 0x x 0x i u C L C L 0）为例，如图9-1-2。 .... . . C . L .R ..I Z I ]C 1 L j R [I C 1j I L j I R U C L R U U U U =ω-ω+=ω-ω+=++=）（量关系表达式 的电压、电流之间的相、、 带入

西工大电路基础第五章课后答案

第五章 正弦稳态分析 5-1 已知 110cos(30)u t V ω?=-、V t u )120cos(52 ο +=ω。试写出相量1U ?、2U ? ，写出相量图，求相位差 12?。 答案 解： 110 302U V ? ?= ∠- 图 题5-1 21202U V ? ?= ∠ 1230120150???? =--∠=-∠ 相量图如图5-1所示。 5-2 已知186I j A ? =-、682j I +-=? 。试写出他们所代表正弦电流的时域表达式，画出相量图，并求相位差 12?。 答案 解： 1861036.9I j A ? ?=-=∠- A j I ο1.14310682∠=+-=? 110236.9)i t A ω?∴=-

2102cos(143.1)i t A ω?=+ 图 题5-2 1236.9143.1180????=--=- 相量图如图5-2所示。 5-3 已知mA t i )30cos(101ο +=ω，26cos(60)i t mA ω?=-。求12i i i =+的时域表达式。 答案 解： 11030m I mA ? ?=∠ mA I m ο6062-∠=? )(968.06.11196.06.1121mA j I I I m m m ο-∠=-=+=? ? ? 1211.6cos(0.968)i i i t mA ω?∴=+=-∠。 5-4 图题5-4所示电路，已知电压表 1 V 、 2 V 的读数分别为3V,4V 。求电 压表V 的读数。 图 题5-4

答案 解： (a) 22 345() U V =+= 22 ()345() b U V =+= 5-5 图题5-5所示电路，已知电流表1 A 、2 A 的读数均为10A。求电流表A的读数。 图题5-5 答案 解：设0 U U V ? ? =∠，则 (a) 101010245() I j A ? ? =+=∠+102 ∴电流表A的读数为。 ()101010245() b I j A ? ? =-=∠-∴A的读数为102 1 ()10100 c I j j ? =-+=∴A的读数为0。 5-6 图题5-6所示正弦稳态电路，已知电压表1 V 、2 V 、3 V 的读数分别为３０V、60V、100V。求电压表V 的读数。

正弦稳态交流电路相量的研究(含数据处理)

实验十三 正弦稳态交流电路相量的研究 1.研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系 2.掌握日光灯线路的接线。 3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 1.在单相正弦交流电路中,用交流电流表则得各支中的电流值,用交流电压表测得回路各元件两端的电压值,它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律,即 i =∑0 和 U =∑ 0 2.如图13-1 所示的RC 串联电路,在正弦稳态信号 U 的激励下,R U 与 U C 保持有90°的 相位差,即当阻值Ｒ改变时, U R 的相量轨迹是一个半圆, U 、 U C 与 U R 三者形成一个直角形的电压三角形。Ｒ值改变时,可改变φ角的大小,从而达到移相的目的。 图 13-1 3.日光灯线路如图13-2 所示,图中Ａ是日光灯管,Ｌ是镇流器,Ｓ是启辉器,Ｃ是补偿电容 器,用以改善电路的功率因数（cos φ值）。 图 13-2 有关日光灯的工作原理请自行翻阅有关资料。

三、实验设备 四、实验内容 (1)用两只15W /220V的白炽灯泡和4.7μf/450V电容器组成加图13-1所示的实验电路,经指导老师检查后，接通市电220V电源，将自藕调压器输出调至220V。记录U、U R、U C 值,验证电压三角形关系。 (2)日光灯线路接线与测量 图13-3 按图13-3组成线路,经指导教师检查后按下闭合按钮开关,调节自耦调压器的输出,使其输出电压缓慢增大,直到日光灯刚启辉点亮为止,记下三表的指示值。然后将电压调至220Ｖ,

测量功率Ｐ,电流Ｉ,电压 U U U L A ,,等值,验证电压、电流相量关系。 (3)并联电路——电路功率因数的改善 按图13-4组成实验线路 图 13-4 经指导老师检查后,按下绿色按钮开关调节自耦调压器的输出调至220V,记录功率表,电压表读数,通过一只电流表和三个电流取样插座分别测得三条支路的电流,改变电容值,进行三次重复测量。 五、实验注意事项 1.本实验用交流市电220V ，务必注意用电和人身安全。 2.在接通电源前，应将自藕调压器手柄置在零位上。 3.功率表要正确接入电路,读数时要注意量程和实际读数的折算关系。 4..线路接线正确,日光灯不能启辉时,应检查启辉器及其接触是否良好。 七、实验报告 1.完成数据表格中的计算,进行必要的误差分析。 误差分析： 1、仪表精确度； 2、读数时存在误差 2.根据实验数据,分别绘出电压、电流相量图,验证相量形式的基尔霍夫定律。