正弦交流电路的向量表示法
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用向量法证明正弦定理正弦定理又称为正弦法则,是指在任意三角形中,三条边的长度之间的关系可以用正弦函数表示。
具体地,如果在三角形 ABC 中,a、b、c 分别表示三条边的长度,A、B、C 分别表示三个角,则其正弦定理可以表述为:$$\frac{a}{\sin A}=\frac{b}{\sin B}=\frac{c}{\sin C}$$下面我们使用向量法来证明正弦定理。
假设向量 $\vec{a}$、$\vec{b}$、$\vec{c}$ 分别表示三条边的方向和长度,则三角形的三个顶点可以用向量表示为:$$\vec{A}=\vec{0}$$$$\vec{B}=\vec{a}$$$$\vec{C}=\vec{a}+\vec{b}$$根据三角形余弦定理可得:$$\cosA=\frac{\vec{b}\cdot\vec{c}}{|\vec{b}|\cdot|\vec{c}|}=\frac {(\vec{a}+\vec{b})\cdot\vec{a}}{|\vec{a}+\vec{b}|\cdot|\vec {a}|}=\frac{\vec{a}\cdot\vec{a}+\vec{a}\cdot\vec{b}}{|\vec{ a}+\vec{b}|\cdot|\vec{a}|}$$移项得:$$\vec{a}\cdot\vec{b}=|\vec{a}|\cdot|\vec{b}|\cdot\cos A-|\vec{a}|^2$$同理,可以得到:$$\vec{b}\cdot\vec{c}=|\vec{b}|\cdot|\vec{c}|\cdot\cos B-|\vec{b}|^2$$$$\vec{c}\cdot\vec{a}=|\vec{c}|\cdot|\vec{a}|\cdot\cos C-|\vec{a}+\vec{b}|^2$$将三个式子分别代入正弦定理中:$$\frac{a}{\sin A}=\frac{b}{\sin B}=\frac{c}{\sin C}$$得到:$$\frac{|\vec{a}|}{\sin A}=\frac{|\vec{b}|}{\sinB}=\frac{|\vec{c}|}{\sin C}$$由于 $\vec{a}$、$\vec{b}$、$\vec{c}$ 可以任意选取方向,因此可以将它们都转化为长度相等的单位向量。
4-1 正弦交流电路的分析方法一、用向量表示正弦量表示正弦量的方法:三角函数式、波形图、相量图(式)。
一、正弦量的旋转矢量表示1、相量:在一平面直角坐标系上画一矢量,它的长度等于正弦量的最大值,它与横轴正方向之间的夹角为正弦量的初相,而角速度因是固定的也可不必再标明,这种仅反映正弦量的最大值和初相的“静止的”矢量,称为相量。
如:•m I 、•m U 、•m E 。
有效值相量:表示出正弦量的有效值和初相位的相量。
如:•I 、•U 、•E 。
2、注意:⑴相同单位的量应按相同的的比例尺来画,不同单位的量可以用不同的比例尺来画;⑵只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上,否则无法进行比较和运算。
二、同频率正弦量的加、减确定m I 和ψ可用曲线相加法,也可用相量作图法。
1、 相量作图法的步骤:先用出相量1•I 和2•I ,而后以1•I 和2•I 为邻边作一平行四边形,其对角线即为合成电流i 的相量•I 。
•I 的长度为有效值,•I 与横轴正方向的夹角即为初相ψ。
2、应用相量作图法对正弦量进行减法时,实质与加法相同。
例如: •••••-+=-=)(2121I I I I I3、三角形法求矢量加、减两矢量求和:两相量“头尾相连”,第三条边即是它们的和。
两矢量求差:两相量“尾尾相连,指向最减数的第三边即为它们的差。
多个相量相加时:各相量“头尾相连”,由第一个相量的箭尾和最后一个相量的箭头作一相量,即为求和的相量。
三、相量的复数表示式把一个表示正弦量的相量画在复平面上,相量便可以用复数来表示,从而正弦量也就可以用复数表示。
jb a I +=•其中,a----实部,b----虚部ψψsin ,cos I b I a ==则:()ψψψψsin cos sin cos j I jI I jb a I +=+=+=•, 式中,I----复数的模,ψ----复数的幅角a b tg b a I =+=ψ,22复数的三角函数形式变换为指数形式再简写为极坐标形式为:ψψ∠==•I Ie I j复数和正弦量之间也是一一对应的关系,表示正弦量的复数称为相量表示式,也简称相量,以后述及相量,若进行运算指复数运算,若作图指位置在初始时间的相量图。