正弦稳态电路的分析
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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ο0101∠=•I A ο90102∠=•I A由KCL 方程,有 ()101021j I I I +=+=•••A由KVL 方程,有 ︒•••∠==++-=+=9010010010010010010101j 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︒•∠=03I A。
由于L和C1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。
例 如图所示正弦稳态电路,已知有效值U 1=1002V, U=5002V ,I 2=30A ,电阻R=10Ω,求电抗X 1,X 2和X 3的值。
由电路可得两边取模得已知2550=U V ,所以6002=U V ,故有。
正弦稳态交流电路相量的研究实验报告实验目的。
本实验旨在通过对正弦稳态交流电路相量的研究,探索交流电路中电压和电流的相量特性,加深对交流电路中相量概念的理解,并验证相关理论知识。
实验原理。
正弦稳态交流电路是指在电压和电流都是正弦波的情况下,电路中各个元件的电压和电流也是正弦波,并且频率相同、相位差不变。
在正弦稳态交流电路中,电压和电流的相量可以用复数表示,其中实部表示电压或电流的幅值,虚部表示相位差。
电压和电流的相量之间存在幅值比和相位差的关系。
实验仪器和材料。
1. 交流电源。
2. 电阻、电感、电容等元件。
3. 示波器。
4. 万用表。
5. 直流电源。
6. 信号发生器。
实验步骤。
1. 搭建正弦稳态交流电路,包括电压源、电阻、电感和电容等元件。
2. 连接示波器,观察电压和电流的波形,并测量其幅值和相位差。
3. 调节信号发生器的频率,观察电压和电流的波形随频率变化的规律。
4. 断开交流电源,接入直流电源,观察电压和电流的波形,并测量其幅值和相位差。
5. 记录实验数据,并进行数据处理和分析。
实验结果。
通过实验观测和数据处理,得出以下结论:1. 在正弦稳态交流电路中,电压和电流的相量可以用复数表示,实部表示幅值,虚部表示相位差。
2. 电压和电流的相量之间存在幅值比和相位差的关系,符合正弦函数规律。
3. 频率对电压和电流的相量有影响,频率增大时,电压和电流的相量幅值减小,相位差增大。
4. 在直流电源下,电压和电流的相量均为实数,相位差为零。
实验分析。
通过本实验的研究,加深了对正弦稳态交流电路中相量的理解,验证了相关理论知识。
实验结果表明,电压和电流的相量在交流电路中具有一定的规律性,频率对相量也有一定的影响。
这对于进一步研究交流电路、分析电路性能具有一定的指导意义。
结论。
本实验通过对正弦稳态交流电路相量的研究,验证了电压和电流的相量在交流电路中的特性,加深了对相量概念的理解。
同时,实验结果对于进一步研究交流电路、分析电路性能具有一定的指导意义。
第 4 节正弦稳态电路的相量分析相量分析法相量分析法是针对正弦量激励下、且电路已进入稳态时的动态电路的分析。
因为电路在正弦量的激励下,各处的响应都是同频率的正弦量,因此,将电路的激励和响应都用相量来表示,把电阻、电感、电容元件用复数阻抗或复数导纳表示,将电路定律用相量形式表示,把时域电路转换成相量电路之后,描述动态电路的方程就由时域中的微分方程转换为频域中的复数代数方程,求解复数代数方程,求得各响应的相量,然后再将这些响应的相量转换成时域的正弦函数表达式。
相量分析法的步骤正弦量用相量表示,电阻、电感、电容元件用阻抗或导纳表示,画出相量电路;2 、相量电路中,用电阻电路的分析方法求解各响应的相量;3 、将求得的响应相量转换成时域的正弦函数表达式。
例 7.4-1 电路如图 7.4-1 ( a )所示,已知,求 uS , iL 和 ic 。
解:电流 iR 的相量为感抗容抗所以,得到相量电路如图 7.4-1 ( b )所示。
图 7.4-1 ( b )中,有则由 KCL 得由 KVL 得将相量再转换成正弦函数表达式,得例 7.4-2 电路如图 7.4-2 所示,已知,,电压源的角频率,求电流 i1 和 i2 。
解:用节点电压法求解,设节点 a 、 b 的节点电压分别是和,列写节点电压方程,节点 a :节点 b :代入参数并整理,得则,所以,因此,,例 7.4-3 电路如图 7.4-3 所示,已知电压源,求电流。
解:这是一个含有受控源的单回路电路,用相量法分析时,也可将受控源当独立源处理。
由 KVL 得,代入参数,得则一、有功功率无源二端网络 N 中含有线性电阻、电容、电感、受控源等元件,阻抗为。
其端电压和端电流分别为。
二端网络 N 吸收的瞬时功率为平均功率( average power )是指在一个周期内吸收的瞬时功率的平均值,用 P 表示,即有功功率在一个周期内吸收的瞬时功率的平均值,称为平均功率,又称有功功率( active power ),单位为瓦( W )。
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 ϕ+ω=ϕ+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: )(IUI U IUZ z Rx tg x R jx R )x x j R C 1L j R Z i u i u ..122C L ϕ-ϕ∠=ϕ∠ϕ∠==ϕ∠=∠+=+=-+=ω-ω+=-或()(z 称为阻抗的模,ϕ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。
ϕ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 >ϕ-ϕ>ϕ>>->,时即,电压超前电流一个角度ϕ,电路为感性;当00x x 0x x 0x i u C L C L <ϕ-ϕ<ϕ<<-<,时即,电压滞后电流一个角度ϕ,电路为容性。
当,,,0x x 0x C L =ϕ==则电压、电流同相,电路发生串联谐振。
由以上关系: )(zI I z I Z U i i ..ϕ+ϕ∠=ϕ∠ϕ∠== 总电压)t (USin 2)t (zISin 2u u i ϕ+ω=ϕ+ϕ+ω=即间的关系。
为电压、电流有效值之可正可负;,,zI U i u =ϕϕ+ϕ=ϕ 二、R 、L 、C 串联电路的相量图。
为了方便,以感性电路(ϕ>0)为例,如图9-1-2。
......C .L .R ..IZ I ]C1L 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)20t 314(Sin 2202u ︒+=在相量上,表明各个相量之间的相位关系非常重要,在指定电流的初相角的情况下,可按给定的初相角画出其相量,若在题目中只给定了电流的有效值,而没有给定初相角的情况下,可设电流为参考正弦量,令其初相角为0,其它相量可根据与参考正弦量的关系得到。
在串联电路中,以电流I 为参考正弦量较方便。
如图9-1-3,9-1-4。
由以上分析可以看出:三个电压的有效值之间形成直角三角形的关系—电压三角形,故若将电压三角形三边分除以I ,得到阻抗三角形。
如图9-1-5。
从电压三角形可以看出:【实例9-1】一个实际的电感线圈具有电阻R=30Ω,L=127mh ,与电容器C=40μF 串联后接至电压 的电源上。
如图例9-1。
求:①复阻抗,电流的有效值、相量、瞬时值。
②电容和线圈上电压的瞬时值。
③作电压、电流相量图。
【解】XR 2C L 2R 2X 2R U U U )U U (U U U U +≠-+=+=一般情况下9.163521.734.4*80j I c1j U )2()1.73t 314(Sin 4.42i :A4.4I 1.734.41.535020220Z U I 80j Z 1.5350314j 30Z 1.535040j 3080j 40j 3010*40*3141j 10*127*314j 30Z Z )C 1L (j R Z )1(.C ...C RL 63C RL ︒-∠=︒∠-=ω-=︒+==︒∠=︒∠︒∠==Ω-=Ω︒-∠=+=Ω︒∠=-=-+=-+=+=ω-ω+=--瞬时值表达式为其中有效值电流,其中阻抗相量图如9-1-6。
第二节 用相量法分析R 、L 、C 并联电路 — 导纳一、R 、L 、C 并联电路中电流与电压的大小、相位关系: 电路如图9-1-7。
设)t (USin 2)t (Sin U u u i m ϕ+ω=ϕ+ω=则电路中各元件的电流及总电流均为与电压同频率的正弦量。
由KCL ,当B>0时,电路为容性,B<0时,电路为感性,B=0电路发生并联谐振。
二、相量图:如图9-2-2为一般情况下,感性电路各电压、电流之间的关系。
图9-2-3是以电压为参考正弦量时,感性电路、容性电路的相量图。
称为复导纳。
式中)(y y jB G )]B B (j G [Y UY U )]B B (j G [U jB U jB U G U C j L j UR U I I I I u i C L ..C L .C .L ....C.L .R ..ϕ-ϕ-∠=ϕ-∠=-=--==--=+-=ω+ω+=++=。
,可见或即或R 1G G 1R B G B X B G G R X R X B X R R G X R jX R jX R 1B G Y Y1Z Z 1Y 2222222222≠≠⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=⇒+-=+=-===(感性)。
,即并联等效电路参数为:(感性)。
,即串联等效电路参数为:,)解:电路。
求:其串联、并联等效已知:S 1.0B S 31.0G 1.0j 31.0302.0UI Y 5.2X 35.2R 5.2j 35.2305IUZ 6022I 90210U 60t 10(Sin 2)30t 10(Cos 2i A)30t 10(Cos 2i V)90t 10(Sin 10u ......==-=︒-∠==Ω=Ω=+=︒∠==︒∠=︒∠=︒+=︒-=︒-=︒+=由相量图可见:三、复阻抗与复导纳的等值转换:任意无源一端口网络可以用一等值阻抗或等值导纳来描述。
如图9-1-10。
因此复阻抗与复导纳之间等效转换的关系为:【实例9-2】电路如图例9-2。
CL R 2C L 2R I I I I )I I (I I ++≠-+=一般情况下,解之得:)()(整理)(452U 4522U j U j 1U j 1j 1U j U U U j R 1j 1U j 1j 01U j 1U )j 1j 1(U ...2n .1n .2n .1n .2n .1n .1.1.1n .2n .1n .1n .︒∠=︒∠=⎪⎩⎪⎨⎧=++---=-⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=+-+---︒∠=---+第三节 正弦交流电路的计算直流电路中以KCL 、KVL 为基础的方法和定理完全适用于正弦交流电路,不同的是电压、电流为相量,电阻变为阻抗,在复杂电路中还可以借助于相量图进行分析,特别在定性分析中尤为重要。
一、阻抗串联:1、复阻抗的计算:Z=Z 1+Z 2+…+Z n2、分压公式:二、阻抗(导纳)并联:1、 复导纳的计算:Y=Y 1+Y 2+…+Y n2、 分流公式:三、复杂连接:通过例题介绍。
【实例9-3】已知:R 1=5Ω,X C1=5Ω,X C2=10Ω,X L2=20Ω,X L3=10Ω。
求:电路的总阻抗Zab ,并说明电路的性质。
【解】根据阻抗的串、并联计算公式:【实例9-4】如图例9-4。
【解】利用结点电压法,方程及结果如下。
为分压系数。
阻抗为正比分压,其中n21Kn 21K .ZK .Z ...Z Z Z Z ...Z Z Z UU ++++=为分流系数。
导纳为正比分流,其中n21Kn 21K .GK .G ...G G G G ...G G G II ++++=。
,电路表现为电阻性质Ω=++-=510j 10j 10j *10j 5j 5Z ab 的瞬时值表达式。
电流相量。
电流求:。
,,,,已知:C C .C L 2S .1S .i )2(I )1(1R j jx j jx A 901I A 01I Ω=Ω-=-Ω=︒-∠=︒∠=3129j 13739.663500035U Z 9.6601.0I 0350035.0*1000I R U 9.663908.001.0*035.0*201.0035.00.04I I 2I I I Cos Cos I I 2I I )180(Cos I I 2I I Cos I I 2I I I ..RL 2.1.1.22221222122122212122212122212+=︒∠=︒∠==︒-∠=∴︒∠=︒∠==︒=θ⇒=--=--=θ∴θ++=θ-︒-+=ϕ-+=而根据相量图。
【实例9-5】图例9-5是一个RC 移相电路,要使输出电压与输入电压之间产生180度的相位移。
求:电源信号的角频率与电路参数之间的关系,并求在此频率下电路的电压传输系数。
【解】本题可有多种解题方法,但基本的是回路电流法,选择回路电流为独立变量,如图例9-4。
【实例9-6】为测量某电感线圈的参数R 、L ,可用一只安培表和一个已知电阻R1,组成电路图9-6。
设R 1=1K ,I=0.04A ,I 1=0.035A,I 2=0.01A ,若电源为工频,求:线圈的参数R ,L 。
,结果同上。
即分子为或则零,即相,令表达式的虚部为为使输出、输入电压反)()(,所以而)(解得:0180RC 51RC 1CR 6tg RC 610RC 1CR 6)R C 1CR 6(j R C 511)C 1C R 6(j C R 5R R U U I R U )]C1C R 6(j C R 5R [U R I 0I )C 1j R 2(I R 0I R I )C 1j R 2(I R U I R I )C 1j R (222333133333322233222331.2.3.2.3322231.23.3.2.3.2.1.1.2.1.︒=ω-ω-ω=ϕ=ω=ω-ωω-ω-ω-=ω-ω-ω-==ω-ω-ω-=⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=ω-+-=-ω-+-=-ω--的大小。
可算出,即可求出即为阻抗角,而间相位差,、一个角度,只要找出滞后于电压电流。
,则为参考正弦量,即分析:以电压RL ..2..2.1...Z U U I U I 0035.0I 0U U U ︒∠=︒∠=这就是三电流表法测未知阻抗的原理。
第四节 正弦交流电路的功率在正弦交流电路中,由于电阻、电感、电容的存在,使得功率的计算比直流电路复杂 得多,既有能量的消耗,又有能量的往返交换。
一、瞬时功率:如图9-4-1(以感性电路为例)。
当p>0时,此二端网络吸收功率,p<0时发出功率。
二、平均功率(有功功率)和功率因数:- 根据数学中平均值的定义,三、无功功率和无功因数:无功功率是这样定义的。
根据瞬时功率的表达式四、视在功率:视在功率定义为S=UI 。
计量单位为“伏-安”、“千伏-安“(V A 、KV A )。
一般用来表示发电设备的容量。
在数值上等于最大的有功功率。
五、S 、P 、Q 之间的关系:【实例9-7】三表法测未知参数的电路如图例9-7。